[发明专利]一种上下肢训练装置、系统及方法

权利要求书

1.一种上下肢训练系统，其特征在于，包括上下肢训练装置，所述上下肢训练装置包括：底盘(10)；

下肢训练部件(20)，固定于所述底盘(10)上；

升降机构(30)；

上肢训练部件(40)，通过升降机构(30)连接所述下肢训练部件(20)，以通过所述升降机构(30)对所述上肢训练部件(40)进行高度调整；

其中，所述下肢训练部件(20)包括：轮带机构(201)、脚踏机构(202)、以及与所述升降机构(30)固定连接的下肢固定结构(203)；

所述轮带机构(201)固定在所述下肢固定结构(203)上，其具有盘毂轮(204)，且所述脚踏机构(202)与所述盘毂轮(204)铰接，以使所述脚踏机构(202)转动时带动所述盘毂轮(204)转动；

所述上肢训练部件(40)包括上肢训练握把(401)、扭动机构(402)、以及与所述升降机构(30)连接的上肢固定结构(403)；

所述上下肢训练装置还包括：设置在底盘(10)上的电机(50)和控制器(60)；所述电机(50)电连接所述控制器(60)和所述轮带机构(201)，用于根据所述控制器(60)发送的控制信号驱动所述轮带机构(201)转动；

所述下肢训练部件(20)还包括设置在所述轮带机构(201)上的位置传感器(207)，所述位置传感器(207)电连接所述控制器(60)，用于检测所述盘毂轮(204)的转动位置信息，并将所述位置信息发送至所述控制器(60)；

所述上肢训练部件还包括设置在所述扭动机构(402)上的角度传感器(405)，所述角度传感器(405)电连接所述控制器(60)，用于检测所述上肢训练握把(401)的转动角度信息，并将所述角度信息发送至所述控制器(60)；

所述上肢固定结构(403)一端具有腔体(404)，所述腔体(404)内固定有所述扭动机构(402)，并且所述上肢训练握把(401)和所述扭动机构(402)弹性连接，以使所述上肢训练握把(401)能够在预设扭动方向上按照预设角度偏转；

所述扭动机构(402)包括连接上肢训练握把(401)的上肢转子(4021)，与该上肢转子(4021)配合的上肢定子(4022)，以及设置于上肢转子(4021)和上肢定子(4022)之间的拉力弹簧(4025)和轴承(4023)，其中，该拉力弹簧(4025)一端连接上肢转子(4021)，另一端连接上肢定子(4022)，角度传感器(405)设置在上肢转子(4021)的一端，用于检测该上肢转子(4021)的转动角度和转动幅度；

所述下肢训练部件(20)还包括小腿固定机构(205)，连接所述脚踏机构(202)；

所述下肢训练部件(20)还包括脚部固定机构(206)，连接所述脚踏机构(202)；

所述上下肢训练装置还包括连接至所述上下肢训练装置的信息处理设备，以及连接至所述信息处理设备的显示设备；

所述信息处理设备具体用于确定运动模式和训练任务，根据所述运动模式确定对应运动参数，并根据所述训练任务加载对应的运动场景；接收位置传感器发送的位置信息和/或接收角度传感器发送的角度信息；将所述位置信息和/或所述角度信息反馈至对应的运动场景中；

所述显示设备用于显示所述运动场景，其中，所述运动场景包括二维场景或三维场景以实现高交互性训练任务；

其中，所述运动模式包括等速运动模式、被动运动模式、助力运动模式或主动运动模式；所述运动参数包括用户运动时的运动辅助力、运动阻力、运动限速中的至少一种；所述运动场景包括针对训练任务为用户设置的交互显示界面；所述运动模式根据用户在所述运动场景中的运动行为进行调整；

所述信息处理设备还用于将所述运动场景中的场景运动信息映射至所述上下肢训练装置，以控制所述上下肢训练装置根据所述场景运动信息调整为对应状态；

所述助力运动模式下速度变化的调整方式为：

ω_t＝ω_t-1+k_mk_ωΔI_t-1

所述主动运动模式下速度变化的调整方式为：

ω_t＝ω_t-1+k_aΔI_t-1-k_mk_ω

其中，ω_t为电机在t时刻的角速度，ω_t-1为电机在t-1时刻的角速度；ΔI_t-1表示人体作用力电流值，为电机在时刻t-1时刻的电流数值I_t-1与电机不受外力的状态下以角速度ω_t-1转动时电机电流I_ωt-1的差值，即ΔI_t-1＝I_t-1-I_ωt-1、k_a为惯性系数以表征加速的难易程度、k_m为阻力系数/助力系数以表征环境任务参数、k_ω为助力角速度系数，k_ω大于等于0，其绝对值和ω_t-1的绝对值成负相关。