一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法技术

本发明专利技术公开了一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，提出了一种可实现上、下肢双关节进行等速训练方法。通过具有能够整周回转的曲柄结构的末端牵引装置如踏车式训练机，牵引肢体末端，进而实现肢体关节的等速运动。该方法为根据关节活动规律，通过控制末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节如肩关节或髋关节的相对位移的变化，来控制肢体关节的运动，即实现肢体双关节的等速运动。

A method for simultaneous isokinetic training of upper limbs or lower extremities

The invention discloses a method for realizing simultaneous isokinetic training of upper limb or lower limb joints, and provides a method for realizing isokinetic training of upper and lower limb joints. Through the end traction device with a crank structure that can rotate around, such as a bicycle training machine, the end of the limb can be tracted, and then the limb joint can move at the same speed. The method is to control the motion of limb joints by controlling the change of crank rotation angle and the relative displacement between crank rotation center and limb joints, such as shoulder joint or hip joint, according to the law of joint movement.

【技术实现步骤摘要】
一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法
：本专利技术涉及一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，属于康复医疗和运动健身领域。
技术介绍
：社会老龄化程度日益加深、脑卒中、脊髓损伤等原因导致肢体功能运动降低，甚至全部丧失，严重影响了生活质量。康复治疗是恢复运动功能的有效途径，等速技术是国际上一项较为先进的肌力功能评价和康复技术，对于使用者，能够在保障安全的前提下高效地恢复和改善肢体功能，但等速训练装置大多被国外技术封锁，且产品大多毕竟笨重、售价高昂，产品功能也都仅针对单关节等速训练，因此，研究一种简单可行的能实现上、下肢多关节同时等速训练的方法具有深远的现实意义。
技术实现思路
：为克服现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节如肩关节或髋关节的相对水平位移的变化，来实现肢体关节的等速运动：步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型将人体下肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1.1，设：大腿长为l1；小腿长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θk，大腿与水平面夹角为θh，小腿与水平面夹角为θ2；，将人体上肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1.2，设：大臂长为l1；小臂长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s，竖直距离h，低于肩关节水平面；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θa，大臂与水平面夹角为θs，小臂与水平面夹角为θ2；步骤二：建立运动方程并求解(1)根据笛卡尔直角坐标系1.1建立运动矢量方程：l1cosθh+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθh+h＝l3sinθ3+l2sinθ2其中：θ2＝θh-θk在对下肢膝关节以及髋关节进行等速训练时，可解得θ3、s的表达式：s＝l2cosθ2+l3cosθ3-l1cosθh由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体髋关节的相对水平位移s以及曲柄的转角按照该规律变化，即可实现下肢髋关节以及膝关节同时的等速训练；(2)根据笛卡尔直角坐标系1.2建立运动矢量方程：l1cosθs+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθs-h＝l2sinθ2+l3sinθ3其中：θ2＝θs+θa若对上肢肩关节和肘关节进行等速训练，可解得θ3、s的表达式：s＝l2cosθ2+l3cosθ3-l1cosθs由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体肩关节的相对水平位移s以及曲柄转角按照该规律变化，即可实现上肢肩关节和肘关节同时的等速训练。一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节：肩关节或髋关节的相对竖直位移的变化，来实现肢体关节的等速运动：步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型将人体下肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系2.1，设：大腿长为l1；小腿长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θk，大腿与水平面夹角为θh，小腿与水平面夹角为θ2；将人体上肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系2.2，设：大臂长为l1；小臂长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s，竖直距离h，低于肩关节水平面；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θa，大臂与水平面夹角为θs，小臂与水平面夹角为θ2；步骤二：建立运动方程并求解(1)根据笛卡尔直角坐标系2.1建立运动矢量方程：l1cosθh+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθh+h＝l3sinθ3+l2sinθ2θ2＝θh-θk其中，在对下肢膝关节以及髋关节进行等速训练时，可解得θ3、h的表达式：h＝l2sinθ2+l3sinθ3-l1sinθh由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体髋关节的相对竖直位移h以及曲柄的转角按照该规律变化，即可实现下肢髋关节以及膝关节同时的等速训练；(2)根据笛卡尔直角坐标系2.2建立运动矢量方程：l1cosθs+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθs-h＝l2sinθ2+l3sinθ3其中：θ2＝θs+θa。若对上肢肩关节和肘关节进行等速训练，由此可解得θ3、h的表达式：h＝l1sinθs-l2sinθ2-l3sinθ3由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体肩关节的相对竖直位移h以及曲柄的转角按照该规律变化，即可实现上肢肩关节、肘关节同时的等速训练。一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过将踏车式末端牵引机构置于一个可绕固定轴实时旋转摆动斜面上，控制斜面的摆动以及踏车式末端牵引机构中曲柄转角的变化运动来实现肢体关节的等速运动：步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型将踏车式末端牵引机构置于一个可绕固定旋转轴实时摆动的斜面上，将下肢简化成一个多刚体运动系统，建立笛卡尔直角坐标系3.1。设：大腿为l1；小腿为l2；踏车式末端牵引机构的曲柄为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；摆动斜面的旋转轴低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h，摆动斜面的旋转轴和踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心距离为l4，摆动斜面与水平面夹角θ4；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θk，大腿与水平面夹角为θh，小腿与水平面夹角为θ2；将踏车式末端牵引机构置于一个可绕固定旋转轴实时摆动的斜面上，将上肢简化成一个多刚体运动系统，建立笛卡尔直角坐标系3.2；设：大臂为l1；小臂为l2；踏车式末端牵引机构的曲柄为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；摆动斜面的旋转轴高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s，竖直距离h，摆动斜面的旋转轴和踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心距离为l4，摆动斜面与水平面夹角θ4；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θk，大臂与水平面夹角为θh，小臂与水平面夹角为θ2；步骤二：建立运动方程并求解(1)根据笛卡尔直角坐标系3.1建立运动矢量方程：s+l4cosθ4+l3cosθ3+l2cosθ2＝l1cosθhl4sinθ4+l3sinθ3+l2sinθ2＝h+l1sinθh其中：θ2＝θh+θk若对下肢膝关节和髋关节进行等速训练，解得摆动斜面的倾角以及曲柄的转角为：其中：A＝l1cosθh-l2cosθ2-sB＝h+l1sinθh-l2sinθ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节如肩关节或髋关节的相对水平位移的变化，来实现肢体关节的等速运动，其特征在于：步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型将人体下肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1.1，设：大腿长为l1；小腿长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θk，大腿与水平面夹角为θh，小腿与水平面夹角为θ2；将人体上肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1.2，设：大臂长为l1；小臂长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s，竖直距离h，低于肩关节水平面；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θa，大臂与水平面夹角为θs，小臂与水平面夹角为θ2；步骤二：建立运动方程并求解(1)根据笛卡尔直角坐标系1.1建立运动矢量方程：...

【技术特征摘要】
1.一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节如肩关节或髋关节的相对水平位移的变化，来实现肢体关节的等速运动，其特征在于：步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型将人体下肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1.1，设：大腿长为l1；小腿长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θk，大腿与水平面夹角为θh，小腿与水平面夹角为θ2；将人体上肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系1.2，设：大臂长为l1；小臂长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s，竖直距离h，低于肩关节水平面；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θa，大臂与水平面夹角为θs，小臂与水平面夹角为θ2；步骤二：建立运动方程并求解(1)根据笛卡尔直角坐标系1.1建立运动矢量方程：l1cosθh+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθh+h＝l3sinθ3+l2sinθ2其中：θ2＝θh-θk在对下肢膝关节以及髋关节进行等速训练时，可解得θ3、s的表达式：s＝l2cosθ2+l3cosθ3-l1cosθh由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体髋关节的相对水平位移s以及曲柄的转角按照该规律变化，即可实现下肢髋关节以及膝关节同时的等速训练；(2)根据笛卡尔直角坐标系1.2建立运动矢量方程：l1cosθs+s＝l2cosθ2+l3cosθ3l1sinθs-h＝l2sinθ2+l3sinθ3其中：θ2＝θs+θa若对上肢肩关节和肘关节进行等速训练，可解得θ3、s的表达式：s＝l2cosθ2+l3cosθ3-l1cosθs由此可得，只要踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心和肢体肩关节的相对水平位移s以及曲柄转角按照该规律变化，即可实现上肢肩关节和肘关节同时的等速训练。2.一种可实现上肢或者下肢双关节同时等速训练的方法，通过控制踏车式末端牵引机构的曲柄转角的变化运动以及曲柄回转中心与肢体关节：肩关节或髋关节的相对竖直位移的变化，来实现肢体关节的等速运动，其特征在于：步骤一：建立人体与踏车式末端牵引机构运动模型将人体下肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系2.1，设：大腿长为l1；小腿长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心低于人体髋关节水平面，距人体髋关节水平距离s，竖直距离h；大腿和小腿之间的夹角即膝关节角度为θk，大腿与水平面夹角为θh，小腿与水平面夹角为θ2；将人体上肢左侧简化成一个多刚体运动系统，以踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心为原点，建立笛卡尔直角坐标系2.2，设：大臂长为l1；小臂长为l2；曲柄长为l3，与水平面夹角为θ3，转速为ω3；踏车式末端牵引机构的曲柄回转中心高于人体肩关节水平面，距人体肩关节水平距离s，竖直距离h，低于肩关节水平面；大臂和小臂之间的夹角即肘关节角度为θa，大臂与水平面夹角为θs，小臂与水平面夹角为θ2；步骤二：建立运动方程并求解(1)根据笛卡尔直角坐标系2.1建立运动矢量方程：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，梁启松，武壮，陈品，刘正士，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34