[发明专利]一种基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置

权利要求书

1.一种基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，其特征在于：包括单轴电机、电机架、左连接柄和右连接柄，单轴电机安装在电机架上，左连接柄安装在单轴电机输出轴的左端，右连接柄安装在单轴电机输出轴的右端，记单轴电机输出轴的中心线为直线l，左连接柄的施力点、右连接柄的施力点和直线l位于同一平面内，且左连接柄的施力点、右连接柄的施力点与直线l的距离相等；

力量采集模块通过单轴电机输出轴的受力扭矩计算输出轴的受力，单轴电机输出轴旋转一周记为一个旋转周期，力量采集模块等旋转角度间隔采集一次单轴电机输出轴的受力，每个旋转周期采集N次，N为偶数；在电机架上设置有霍尔传感器I和霍尔传感器II，霍尔传感器I用于检测左连接柄的施力点是否到达检测位置，霍尔传感器II用于检测右连接柄的施力点是否到达检测位置；

当左连接柄的施力点到达检测位置时，触发霍尔传感器I，旋转周期开始，力量采集模块采集到的受力为F₁，单轴电机的输出轴连续旋转，力量采集模块依次采集到的受力为F₂,F₃,…,F_(N/2)；当右连接柄的施力点到达检测位置时，触发霍尔传感器II，旋转周期过半，力量采集模块采集到的受力为F_(N/2)+1，单轴电机的输出轴连续旋转，力量采集模块依次采集到的受力为F_(N/2)+2,F_(N/2)+3,…,F_N；

记在当前旋转周期中，力量采集模块依次采集到的受力为F₁,F₂,…,F_N；记在当前旋转周期的前一旋转周期中，力量采集模块依次采集到的受力为F₁',F₂',…,F_N'；对力量采集模块的采集值进行连续记录；

若当前时刻处于霍尔传感器I触发后、霍尔传感器II触发前的前半个旋转周期内，左连接柄施力点的受力固定为F_left＝F₁，右连接柄施力点的受力固定为

若当前时刻处于霍尔传感器II触发后、霍尔传感器I触发前的后半个旋转周期内，右连接柄施力点的受力固定为F_right＝F_(N/2)+1，左连接柄施力点的受力固定为

转弯判断模块根据左连接柄施力点和右连接柄施力点的力量差Δf＝F_left-F_right判断该训练装置处于直行状态或转弯状态，包括如下步骤：

(1)计算左连接柄施力点和右连接柄施力点的力量差Δf＝F_left-F_right；

(2)计算转弯角度为A＝Δf×a，a为单位力量差对应的转弯角度；

(3)判断转弯角度A是否大于转弯角度门限ΔA：若|A|＞ΔA，则进入步骤(4)；否则，保持当前方向并返回步骤(1)；

(4)若A＞0，则判断该训练装置处于左转弯状态；若A＜0，则判断该训练装置处于右转弯状态，转弯角度为|A|。

2.根据权利要求1所述的基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，其特征在于：还包括方向自动回正模块，在转弯开始T时长后自动方向回正，方向回正的角速度为r，包括如下步骤：

(1)设转弯开始时刻为t₀，当前时刻为t，当前时刻偏离前进方向的角度为a₀，Δt＝t-t₀；

(2)若Δt＞T，则启动方向自动回正，进入步骤(3)；否则，返回步骤(1)；

(3)以角速度r进行方向回正，持续计算已经回正的角度Δr＝(t-t₀-T)×r，若a₀-Δr＜R，则认为方向回正完成，R为方向回正门限值；否则，持续步骤(3)。

3.根据权利要求1所述的基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，其特征在于：所述左连接柄的施力点和右连接柄的施力点分别为左右手的手柄或左右脚的脚蹬。

4.根据权利要求1所述的基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，其特征在于：所述检测位置为左连接柄的施力点和右连接柄的施力点的最高位置。