[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

说明书

本发明公开了一种基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，不在手柄/脚蹬上部署力传感器，而是通过采集单轴电机的受力，通过采集时机和计算准确得到左右侧的受力，并将该受力计算转换为游戏中的转弯角度来实现患者在游戏中的转弯，完成游戏化互动训练；本发明通过方向自动回正机制进一步提升了游戏的体验；本发明方法，将枯燥乏味的单调训练变成主动参与的游戏化互动训练，能够提高患者的主动训练意识，最终有效增强训练效果。

技术领域

本发明涉及一种基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，能够为偏瘫患者提供对称性训练，属于上下肢主被动医疗康复训练技术。

背景技术

上下肢肢体康复训练设备是通过电机驱动带动存在运动功能障碍的四肢进行持续、重复的圆周、屈伸运动的训练设备，是用以提高用户肢体肌肉力量、关节活动度及心肺功能等目的的一款康复训练设备。对比双侧用力的对称性训练是该训练设备的重要训练模式，通过该模式引导偏瘫患侧主动用力，能够有效促进偏瘫患侧的康复。但是这种对称性训练的动作方式单一，训练枯燥乏味，难以提高患者训练的积极性和主动性；如果该训练设备能够提供实时动态游戏模式，基于游戏的趣味性，将极有可能大大提高患者训练的积极性和主动性。比如将该训练设备设计成模拟自行车骑行的3D游戏，可以提供和真实世界自行车骑行同样的体验。

模拟自行车骑行的3D游戏中，很重要的转弯功能需要对双侧手柄或者脚蹬的受力情况进行分析，根据受力的差异来计算转弯的方向和幅度。现有的模拟自行车骑行的3D游戏，通过在左侧手柄/脚蹬和右侧手柄/脚蹬上安装压力传感器，能够精确检测左右侧用力；但是因为受力手柄/脚蹬是旋转机构，不便于布线；因此，直接基于现有的3D游戏对训练设备进行改造将增加研发难度和后期的维护难度，并且会显著增加产品的成本。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，直接使用单轴电机的受力扭矩，间接计算得到患者的左右侧用力，创造性地将康复训练设备与游戏体验设备相融合和改进，能够提高康复过程的趣味性，提高患者训练的积极性和主动性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于单轴电机受力的游戏式主被动康复训练装置，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；