CN105311792B - 康复训练器及康复训练器的数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种康复训练器及康复训练器的数据采集方法，包括：主体、脚踏板、下肢运动旋转轴；旋转检测器，安装在下肢运动旋转轴上或与下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上，用于根据下肢运动旋转轴的摆动产生脉冲信号；中央处理器，连接至旋转检测器，用于根据脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度，判断该角度是否达到预设的数据采集角度，如果是，向模数转换器发送数据采集指令；力传感器，连接至脚踏板，用于实时测量用户施加在脚踏板上的力；模数转换器，连接至力传感器和中央处理器，用于根据数据采集指令从力传感器采集下肢运动旋转轴在当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力并向中央处理器发送采集结果。

Description

康复训练器及康复训练器的数据采集方法

技术领域

本发明涉及康复训练器的技术领域，尤其涉及一种康复训练器及康复训练器的数据采集方法。

背景技术

随着计算机技术的发展与进步，数字信号处理技术越来越广泛地被应用于人类活动的各个领域。作为数字系统必不可少的部分，数据采集技术也得到了深入研究和发展，它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。随着现代集成电路设计和制造技术的发展，单片模/数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)的采样频率已经大幅提升，达到GHz量级。

世界上大部分的信息，如拉力、压力、温度、电压等都是连续变化的物理量。对数字信号处理系统而言，这些信息必须转化为数字格式，计算机系统才能对其进行识别和处理。数据采集的任务就是将连续的物理量离散化，并尽量量化编码，转换为数字量，然后送入后端的个人计算机(Personal Computer，PC)等进行计算、处理、分析、显示、传输、存储等操作。

现实生活中有些信号是循环变化的(即类似周期信号)，例如，医院用的四肢联动康复训练器，锻炼病人的四肢肌肉力量，上肢推拉运动就是一个简单的循环变化的信号，图1是现有技术中康复训练器采集的左上肢在5个推拉循环锻炼过程中力信号的示意图，如图1所示，横坐标轴表示时间，纵坐标轴表示力信号，横坐标轴以上的部分表示推力(即用正值表示推力)，横坐标轴以下的部分表示拉力(即用负值表示拉力)，力信号的幅度表示用力程度的大小，时刻T0、T1、T2、T3、T4、T5表示一个推拉循环的开始时刻，时刻T0’、T1’、T2’、T3’、T4’表示第0、1、2、3、4个推拉循环中作用力方向的更改时刻(由推力变化为拉力的时刻)。如图1所示，用户在使用康复训练器时，每推拉一次的时间可能不同，导致信号的周期不同。

图1采用等时间间隔采样，即以一定的时间间隔对外接物理信号进行数据采集，采样的时间间隔越短(即采样频率越高)，对同样时间段的物理量得到的数字量越多，也就越接近真实的物理量。如图1所示，按等时间间隔采样，T0至T1时刻之间的波形采样个数与T4至T5时刻之间的波形采样个数一定是不一样的，不利于采样数据的比较。并且数据量越大，需要的计算、处理工作就会越多，不仅增加了中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的负担，也增加了软件算法上的难度。

在相同的采样时间间隔下，对于不同周期的信号采集的数据个数是不同的(单周期采样个数n＝周期T/采样时间间隔△t)。假设采样时间间隔为△t，需要对周期为T的正弦信号进行数据采集，在一个信号周期内要得到均匀的16次采样，则采样时间间隔△t＝T/16。如图2所示，横坐标轴表示时间，t0～t16表示采样时刻(t0表示第0次采样，t1表示第1次采样，……，t16表示第16次采样)，纵坐标轴表示采集的信号的大小，s0～s16分别表示对应于t0～t16时刻的采样值。假设信号周期由T更改为2T，如果采样时间间隔不变，仍为T/16，则每个周期需要采样32次，如图3所示。

由此可见，用等时间间隔采样法对循环变化的信号(例如康复训练器得到的力信号)进行采样，采样时间间隔相等，每次循环的周期不相等，所以每次循环过程中采集的数据个数以及采集的位置都不一致。想要比较每个周期的信号就需要采用特定的方法进行处理，例如需要比较各个循环中推拉力的作用情况时，就需要采用一定的算法对采集的数据进行分析处理，增加了数据处理的难度和复杂度。

发明内容

本发明提供了一种康复训练器及康复训练器的数据采集方法，以至少解决现有技术中康复训练器的数据采集使得对不同周期的信号对比分析时处理难度和复杂度较高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种康复训练器，包括：主体、脚踏板、将所述脚踏板连接至所述主体的下肢运动旋转轴，还包括：旋转检测器，安装在所述下肢运动旋转轴上或者安装在与所述下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上，用于根据所述下肢运动旋转轴的摆动产生第一脉冲信号；中央处理器，连接至所述旋转检测器，用于接收所述的第一脉冲信号，根据所述第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度，并判断所述当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度，如果是，向模数转换器发送第一数据采集指令；第一力传感器，连接至所述脚踏板，用于实时测量用户施加在所述脚踏板上的力；所述模数转换器，连接至所述第一力传感器和所述中央处理器，用于根据所述第一数据采集指令从所述第一力传感器采集所述下肢运动旋转轴在所述当前下肢运动旋转角度时所述用户施加在所述脚踏板上的力，并向所述中央处理器发送采集结果。

在一个实施例中，所述中央处理器，具体用于根据所述第一脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前下肢运动旋转角度，并判断所述当前下肢运动旋转角度是否达到所述预设的第一数据采集角度，如果是，向所述模数转换器发送所述第一数据采集指令。

在一个实施例中，与所述下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴包括上肢运动旋转轴。

在一个实施例中，所述康复训练器还包括：上肢训练部件，所述上肢训练部件包括手持部以及与所述手持部相连的连接杆，所述的连接杆连接所述的上肢运动旋转轴，所述上肢训练部件通过所述上肢运动旋转轴与所述脚踏板、所述下肢运动旋转轴匹配构成联动机构；第二力传感器，连接至所述上肢训练部件和所述模数转换器，用于实时测量所述用户施加在所述上肢训练部件上的力；其中，所述旋转检测器用于根据所述上肢运动旋转轴的摆动产生第二脉冲信号；所述的中央处理器接收所述的第二脉冲信号，根据所述第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度，并判断所述当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度，如果是，向所述模数转换器发送第二数据采集指令；所述模数转换器，连接至所述第二力传感器和所述中央处理器，用于根据所述第二数据采集指令从所述第二力传感器采集所述上肢运动旋转轴在所述当前上肢运动旋转角度时所述用户施加在所述上肢训练部件上的力，并向所述中央处理器发送采集结果。

在一个实施例中，所述中央处理器，具体用于根据所述第二脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前上肢运动旋转角度，并判断所述当前上肢运动旋转角度是否达到所述预设的第二数据采集角度，如果是，向所述模数转换器发送所述第二数据采集指令。

在一个实施例中，所述康复训练器还包括：显示屏，连接至所述中央处理器，用于显示所述用户施加在所述脚踏板上的力或所述上肢训练部件上的力。

根据本发明的另一个方面，提供了一种康复训练器的数据采集方法，所述康复训练器是上述任一种的康复训练器，所述方法包括：根据所述康复训练器的下肢运动旋转轴的摆动产生第一脉冲信号；根据所述第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度；判断所述当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度；如果所述当前下肢运动旋转角度达到所述预设的第一数据采集角度，采集所述下肢运动旋转轴在所述当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力。

在一个实施例中，根据所述第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度包括：根据所述第一脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前下肢运动旋转角度。

在一个实施例中，所述方法还包括：根据所述康复训练器中的上肢运动旋转轴的摆动产生第二脉冲信号；根据所述第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度；判断所述当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度；如果所述当前上肢运动旋转角度达到所述预设的第二数据采集角度，采集所述上肢运动旋转轴在所述当前上肢运动旋转角度时所述用户施加在上肢训练部件上的力。

在一个实施例中，根据所述第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度包括：根据所述第二脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前上肢运动旋转角度。

在一个实施例中，在采集所述下肢运动旋转轴在所述当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力，或者采集所述上肢运动旋转轴在所述当前上肢运动旋转角度时所述用户施加在上肢训练部件上的力之后，所述方法还包括：显示所述用户施加在所述脚踏板上的力或所述上肢训练部件上的力。

通过本发明的康复训练器及康复训练器的数据采集方法，在康复设备的旋转轴上安装旋转检测器，利用旋转检测器输出的脉冲信号获得用户在实际运动过程中的肢体运动旋转角度，如果当前肢体运动旋转角度达到预设的数据采集角度，则采集旋转轴在当前肢体运动旋转角度时用户施加在脚踏板或上肢训练部件上的力，即根据位置对不同周期的信号进行数据采集，与信号周期的变化无关，确保对每个周期的信号的相同位置进行数据采集，不同周期的信号的数据采集次数相等，采集位置相同，便于比较不同周期的信号的相同位置的信号差异，且降低了数据分析处理的难度和复杂度。进而，根据采集结果可以快速分析出患者需要康复的肢体(即患肢)在推拉过程中各个位置的用力情况，康复治疗师可以根据用力情况配合电刺激使患肢恢复正常的功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是现有技术中康复训练器采集的左上肢在5个推拉循环锻炼过程中力信号的波形示意图；

图2是现有技术中等时间间隔采样的波形示意图一；

图3是现有技术中等时间间隔采样的波形示意图二；

图4是本发明一实施例的康复训练器的结构示意图；

图5是本发明另一实施例的康复训练器的结构示意图；

图6是本发明实施例的康复训练器的旋转检测器安装位置示意图；

图7是本发明实施例的康复训练器的数据采集方法的流程图；

图8是本发明实施例的四肢联动康复训练器的结构示意图；

图9是本发明实施例的数据采集方法的流程示意图；

图10是本发明实施例的数据采集方法得到的波形示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种康复训练器，图4是本发明一实施例的康复训练器的结构示意图，如图4所示，该康复训练器包括：主体40、脚踏板41、将脚踏板41连接至主体40的下肢运动旋转轴42、旋转检测器43、中央处理器44、第一力传感器45和模数转换器46。其中，下肢运动旋转轴42一部分位于主体40外以连接脚踏板41，一部分位于主体40内；脚踏板41可以是两个，分别是左下肢脚踏板和右下肢脚踏板，两个脚踏板各自连接一个力传感器；旋转检测器43、中央处理器44和模数转换器46均位于主体40内。

旋转检测器43，安装在下肢运动旋转轴42上或者安装在与下肢运动旋转轴42存在旋转角度对应关系的轴上，用于根据下肢运动旋转轴42的摆动产生第一脉冲信号；

中央处理器44，连接至旋转检测器43，用于接收第一脉冲信号，根据第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度，并判断当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度，如果是，向模数转换器46发送第一数据采集指令；

第一力传感器45，连接至脚踏板41，用于实时测量用户施加在脚踏板41上的力；

模数转换器46，连接至第一力传感器45和中央处理器44，用于根据第一数据采集指令从第一力传感器45采集下肢运动旋转轴42在当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板41上的力，并向中央处理器44发送采集结果。

通过上述实施例，在康复设备(例如，锻炼下肢的康复训练器或者四肢联动的康复训练器)的旋转轴(可以是下肢运动旋转轴或者与下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴)上安装旋转检测器，利用旋转检测器输出的脉冲信号获得用户在实际运动过程中的下肢运动旋转角度，如果当前下肢运动旋转角度达到预设的数据采集角度，则采集下肢运动旋转轴在当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力，确保对每个周期的信号的相同位置进行数据采集，不同周期的信号的数据采集次数相等，采集位置相同，便于比较不同周期的信号的相同位置的信号差异，且降低了数据分析处理的难度和复杂度。

本发明实施例中，旋转检测器43的安装位置可以根据具体的康复训练器种类进行调整，例如，对于四肢联动康复训练器，旋转检测器可以安装在下肢运动旋转轴上，也可以安装在上肢运动旋转轴上，上肢运动旋转轴与下肢运动旋转轴的旋转角度具备对应关系，检测上肢运动旋转角度，可以根据对应关系得到下肢运动旋转角度，检测下肢运动旋转角度，可以根据对应关系得到上肢运动旋转角度，还可以安装在与上肢运动旋转轴或下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上；对于下肢功率车，旋转检测器可以安装在下肢运动旋转轴上，也可以安装在与下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上。需要说明的是，旋转检测器的轴或轴套的直径与安装该旋转检测器的轴的直径匹配，可以通过现有技术中安装旋转检测器的方式进行安装，例如，通过法兰或者齿轮、摩擦转轮等辅助部件将旋转检测器与安装轴固定。

本发明实施例中，患者使用康复训练器进行康复训练时，旋转检测器43根据安装该旋转检测器的轴的摆动(或称为旋转)输出脉冲信号(可以直接输出脉冲信号，也可以是通过正余弦信号斩波出频率更高的脉冲信号)，CPU实时采集该脉冲信号，得到当前肢体运动旋转角度，如果当前肢体运动旋转角度达到预设的数据采集角度，则从力传感器采集旋转轴在当前肢体运动旋转角度时用户施加在训练部件(对于下肢运动，训练部件是脚踏板；对于上肢运动，训练部件是上肢训练部件)上的力，确保对每个周期的信号的相同位置进行数据采集，不同周期的信号的数据采集次数相等，采集位置相同，便于比较不同周期的信号的相同位置的数据差异，且降低了数据分析处理的难度和复杂度。作为旋转检测器的信号接收设备，CPU的接口与旋转检测器的接口匹配。

在一个实施例中，中央处理器44，具体用于根据第一脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成当前下肢运动旋转角度，并判断当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度，如果是，向模数转换器46发送第一数据采集指令，以启动一次数据采集。

上述旋转检测器43可以是编码器，例如增量式旋转编码器。上述旋转检测器43也可以是位移传感器等可以将直线位移或角位移转换为电信号的装置。

需要说明的是，增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。对于增量式旋转编码器，每转过一定的角度就发出一个脉冲信号(也可以发出正余弦信号，再对正余弦信号进行细分，斩波出频率更高的脉冲)，通常为A相、B相、Z相输出，其中，A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，而且通过取A相、B相的上升沿和下降沿可以进行2倍频或4倍频；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。旋转编码器以每旋转360度输出的脉冲个数表示旋转编码器的分辨率，分辨率可使用多少线表示，旋转编码器的分辨率一般为5～10000线。

在本实施例中，中央处理器44根据A相脉冲信号与B相脉冲信号的延迟关系可以区分出不同的摆动方向，例如，设A相脉冲信号超前B相脉冲信号为正方向旋转，对应左下肢向前蹬所引起的摆动；B相信号超前A相信号为负方向旋转，对应左下肢向后蹬所引起的摆动。当然，正反转与肢体运动的对应关系可以自行设定。

增量式编码器输出的数据是相对数据，因此每次上电后都需要给增量式编码器的数据归0，以找到预先设置的0位，保证每次采集的数据使用的是相同的0位，进而保证对不同周期信号的同位置数据进行采集与对比分析。编码器的Z相输出是用于决定零位置或标识位置的零位脉冲(或称为标识脉冲)，因此可以采用Z相归0的方法，康复训练器每次上电开机后，运动的起始位置可能不同，即不是从预设的0位开始运动。当运动到第一次输出Z相信号时，CPU把增量式编码器的当前数据作为相对的0度，后续增量式编码器跟随旋转轴进行旋转时，CPU采集到的增量式编码器的实际数据要和0度的相对数据做比较，然后计算出对应的角度值。

以上实施例中，康复训练器可以是用于锻炼下肢的康复训练器，例如下肢功率车。

在另一个实施例中，康复训练器还可以是四肢联动的康复训练器，旋转检测器43可以安装到下肢运动旋转轴42上，也可以安装到与下肢运动旋转轴42存在旋转角度对应关系的轴上，例如，上肢运动旋转轴或者实现四肢联动的其他轴。

图5是本发明另一实施例的康复训练器的结构示意图，如图5所示，康复训练器还可以包括：上肢训练部件47、第二力传感器48及上肢运动旋转轴49。上肢训练部件47包括手持部471以及与手持部471相连的连接杆472，连接杆472连接上肢运动旋转轴49，上肢运动旋转轴49与下肢运动旋转轴42连接，上肢训练部件47通过上肢运动旋转轴49与脚踏板41、下肢运动旋转轴42匹配构成联动机构。第二力传感器48，连接至上肢训练部件47和模数转换器46，用于实时测量用户施加在上肢训练部件47上的力。具体的，第二力传感器48连接到手持部471，便于直接准确地测量用户施加在上肢训练部件47上的力。上肢训练部件47可以包括左上肢部件和右上肢部件，分别连接一个力传感器。

其中，旋转检测器43连接至上肢运动旋转轴49，用于根据上肢运动旋转轴49的摆动产生第二脉冲信号；

中央处理器44接收第二脉冲信号，根据第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度，并判断当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度，如果是，向模数转换器46发送第二数据采集指令；

模数转换器46，连接至第二力传感器48和中央处理器44，用于根据第二数据采集指令从第二力传感器48采集上肢运动旋转轴49在当前上肢运动旋转角度时用户施加在上肢训练部件47上的力，并向中央处理器44发送采集结果。当然，在本实施例中，模数转换器46可以同时连接至第一力传感器45和第二力传感器48，分别测量用户的下肢和上肢施加在对应的训练部件上的力；也可以根据需要测量和采集其中一个或几个肢体施加在对应的训练部件上的力。

需要说明的是，对于下肢功率车等用于锻炼下肢的康复训练器，旋转检测器可以安装在下肢运动旋转轴，也可以安装在与下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上，由此，可以根据旋转检测器所在的轴的旋转角度，得到下肢运动旋转轴的旋转角度。对于四肢联动康复训练器，旋转检测器可以安装在上肢运动旋转轴上，也可以安装在下肢运动旋转轴，还可以安装在与上肢运动旋转轴或下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上，由此，可以根据旋转检测器所在的轴的旋转角度，得到上肢运动旋转轴或下肢运动旋转轴的旋转角度。

预设的第二数据采集角度可以是和前述实施例中预设的第一数据采集角度相同，也可以不同。

预设的数据采集角度包括多个角度，则每个周期可以采集多个数据。可以根据实际需求设置数据采集角度，例如，设置为每隔5度采集1次数据，则数据采集角度为0°，±5°，±10°，±15°……；设置为每隔3度采集1次数据，则数据采集角度为0°，±3°，±6°，±9°……；也可以根据实际需求任意设置数据采集角度，如0°，1°，5°，20°，-4°……。

在一个实施例中，中央处理器44，具体用于根据第二脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成当前上肢运动旋转角度，并判断当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度，如果是，向模数转换器46发送第二数据采集指令。

在本实施例中，上肢训练部件与脚踏板及其旋转轴构成联动机构，这样，对于四肢联动的康复训练器，也可以采集不同周期信号的相同位置的数据，以方便比对。对于四肢联动康复训练器，根据编码器的A相、B相输出可以区分上肢的推拉或者区分下肢是向前蹬还是向后蹬。

在以上实施例中，旋转角度可以通过正角度来表示，例如，左上肢拉到底为70°，左上肢推到底为70°。旋转角度也可以通过正负角度来表示，例如，每个推拉运动周期对应编码器的角度范围是+90°～-90°，即推为正角度，拉为负角度。对于类似于自行车运动的用于锻炼下肢的康复训练器，旋转角度可以使用0°～360°表示。以每个推拉运动周期对应编码器的角度范围是+90°～-90°为例，预设的数据采集角度可以是±10°、±30°、±50°、±70°、±90°。

在一个实施例中，康复训练器还可以包括：显示屏，连接至中央处理器44，用于显示用户施加在脚踏板41上的力或上肢训练部件47上的力。方便用户或治疗师查看，以便针对性的进行治疗。

通过上述实施例所描述的技术方案，在康复设备的旋转轴上安装旋转检测器，利用旋转检测器输出的脉冲信号获得用户在实际运动过程中的肢体运动旋转角度，如果当前肢体运动旋转角度达到预设的数据采集角度，则采集旋转轴在当前肢体运动旋转角度时用户施加在脚踏板或上肢训练部件上的力，即根据位置对不同周期的信号进行数据采集，与信号周期的变化无关，确保对每个周期的信号的相同位置进行数据采集，不同周期的信号的数据采集次数相等，采集位置相同，便于比较不同周期的信号的相同位置的数据差异，且降低了数据分析处理的难度和复杂度。进而，根据采集结果可以快速分析出患者需要康复的肢体(即患肢)在推拉过程中各个位置的用力情况，康复治疗师可以根据用力情况配合电刺激使患肢恢复正常的功能。

下面结合图6说明旋转检测器43的安装位置，以四肢联动康复训练器为例，如图6所示，编码器(即旋转检测器43)安装在与下肢运动旋转轴42(图中未示出，被上肢运动旋转轴49覆盖)存在旋转角度对应关系的轴上，标号50所指的位置是安装脚踏板41的位置，472是与上肢运动旋转轴49连接的连接杆，其另一端连接手持部471(图6中未示出)。在图6中，当用户使用该康复训练器进行康复训练时，一肢带动三肢，上肢运动旋转轴49与下肢运动旋转轴42一起旋转，通过传动部件51带动齿轮52旋转，编码器43与齿轮52相契合，随齿轮52而旋转，从而可以通过编码器43检测安装编码器的轴的旋转，进而根据旋转角度对应关系得到下肢运动旋转轴42每次摆动的旋转角度。图6仅作安装旋转检测器的示例，并不构成对本发明不当的限定，在此基础上所做的变形、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明实施例还提供了一种康复训练器的数据采集方法，基于上述实施例描述的康复训练器实现，本发明的康复训练器的构造及原理已经在上述实施例中详细描述，此处不再详述。图7是本发明实施例的康复训练器的数据采集方法的流程图，如图7所示，该方法包括如下步骤：

步骤S701，根据康复训练器的下肢运动旋转轴的摆动产生第一脉冲信号；

步骤S702，根据第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度；

步骤S703，判断当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度；

步骤S704，如果当前下肢运动旋转角度达到预设的第一数据采集角度，采集下肢运动旋转轴在当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力。

在一个实施例中，步骤S702可以通过如下步骤实现：根据第一脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成当前下肢运动旋转角度。

需要说明的是，对于下肢功率车等用于锻炼下肢的康复训练器，旋转检测器可以安装在下肢运动旋转轴，也可以安装在与下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上，由此，可以根据旋转检测器所在的轴的旋转角度，得到下肢运动旋转轴的旋转角度。

在另一个实施例中，康复训练器可以是四肢联动的康复训练器，旋转检测器可以安装到下肢运动旋转轴上，也可以安装到与下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的上肢运动旋转轴上，还可以安装到与上肢运动旋转轴或下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的其他轴。由此，可以根据旋转检测器所在的轴的旋转角度，得到上肢运动旋转轴或下肢运动旋转轴的旋转角度。

对于四肢联动康复训练器，可以采集用户上肢施加在上肢训练部件的力，上述方法还可以包括：根据康复训练器中的上肢运动旋转轴的摆动产生第二脉冲信号；根据第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度；判断当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度；如果当前上肢运动旋转角度达到预设的第二数据采集角度，采集上肢运动旋转轴在当前上肢运动旋转角度时用户施加在上肢训练部件上的力。

具体的，根据第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度可以通过以下步骤实现：根据第二脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成当前上肢运动旋转角度。

在采集旋转轴在当前肢体运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力或上肢训练部件上的力之后，上述方法还可以包括：显示用户施加在脚踏板上的力或上肢训练部件上的力。方便用户或治疗师查看，以便针对性的进行治疗。

通过上述实施例，在康复设备的旋转轴上安装旋转检测器，利用旋转检测器输出的脉冲信号获得用户在实际运动过程中的肢体运动旋转角度，如果当前肢体运动旋转角度达到预设的数据采集角度，则采集旋转轴在当前肢体运动旋转角度时用户施加在脚踏板或上肢训练部件上的力，即根据位置对不同周期的信号进行数据采集，与信号周期的变化无关，确保对每个周期的信号的相同位置进行数据采集，不同周期的信号的数据采集次数相等，采集位置相同，便于比较不同周期的信号的相同位置的数据差异，且降低了数据分析处理的难度和复杂度。进而，根据采集结果可以快速分析出患者需要康复的肢体(即患肢)在推拉过程中各个位置的用力情况，康复治疗师可以根据用力情况配合电刺激使患肢恢复正常的功能。

为了对上述康复训练器及其数据采集方法进行更为清楚的解释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。

以四肢联动康复训练器为例，其结构示意图如图8所示，使用四个力传感器分别测量用户在左上肢扶手、右上肢扶手、左下肢脚踏和右下肢脚踏上施加的力。机械传动装置包括旋转输出轴，旋转输出轴与增量式编码器匹配连接，增量式编码器检测旋转输出轴的旋转。当模数转换器接收到CPU的数据采集指令时，采集当前编码器位置(即旋转轴的旋转角度)对应的力，本实施例中，采集结果是四个力传感器的四个力。当然，CPU还可以将数据传输至PC机进行显示、计算、处理、存储、分析对比等操作。可以根据需要仅采集其中某一肢施加在对应部件上的力。

图9是本发明实施例的数据采集方法的流程示意图，如图9所示，该方法包括以下步骤：

步骤S901，判断编码器是否有Z相信号输出，如果有Z相信号输出，则执行步骤S902；如果没有Z相信号输出，则执行步骤S901，继续判断是否有Z相信号输出；

步骤S902，检测编码器的当前位置(对应于旋转轴的旋转角度)；

步骤S903，判断编码器的当前位置是否是数据采集位置，如果是数据采集位置，则执行步骤S904；如果不是数据采集位置，则执行步骤S902；

步骤S904，模数转换器ADC采集与数据采集位置对应的力，并将采集结果输出给CPU。

由此可见，在一次摆动中，CPU不断地判断旋转角度是否达到预设的数据采集位置。

在实际应用中，可以按照下面的方法进行处理：假设间隔5°采集一次数据，当进行一次数据采集后，CPU知道当前的位置(例如5°)，CPU也能知道下次采集数据的位置是0°或者10°(对应于不同的运动方向)。在程序中设置2个变量来保存下一个应该采集的位置，然后程序中只跟这两个寄存器比较，如果是这两个值，进行数据采集，否则等待下一次数据采集。每次数据采集后重新计算下一个可能的位置，如此循环。

以四肢联动康复训练器为例，在四肢联动康复训练器的上肢运动旋转轴上安装一个增量式编码器。当患者通过四肢联动康复训练器进行推拉训练时，每个推拉运动周期对应增量式编码器的角度范围设置为+60度～-60度(当然也可以设置为其他范围，例如，+45度～-45度)，即左上肢推到底(右上肢拉到底)时，根据增量式编码器输出的脉冲信号得到的角度是+60度，左上肢拉到底(右上肢推到底)时，根据增量式编码器输出的脉冲信号得到的角度是-60度。由此，在推拉循环运动过程中，增量式编码器根据患者当前的推拉位置输出对应的脉冲信号。单片机或CPU实时采集增量式编码器输出的脉冲信号。当根据脉冲信号确定机器运动到指定的某些位置时，单片机或CPU发出指令触发模数转换器启动一次数据采集，得到一次数据；机器运动到下一指定位置时再启动一次数据采集。

上述根据位置对周期不同的信号进行采样，如果横坐标轴表示位置(角度)，纵坐标轴表示信号，采样的波形如图10所示，c0-c32是预设的采样角度，很容易对各个信号进行对比，例如，c1与c17是属于不同信号中的同位置的数据，即肢体在两次摆动中运动到相同位置，可以将c1与c17采集的信号大小进行对比，分析出肢体在运动到此位置时的用力情况。具体到康复训练器，则治疗师根据采样结果可以对比患者在不同位置的用力情况，以针对性地进行治疗。

每个周期信号采集的次数由需要采集数据的位置个数决定，并且一个周期中第n次采集的位置和下一个周期第n次采集的位置完全相同，与周期无关，CPU或PC机只需要简单比较各个周期中相同位置的信号，大大降低了分析对比的复杂度。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种康复训练器，包括：主体、脚踏板、将所述脚踏板连接至所述主体的下肢运动旋转轴，其特征在于，所述康复训练器还包括：

旋转检测器，安装在所述下肢运动旋转轴上或者安装在与所述下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴上，用于根据所述下肢运动旋转轴的摆动产生第一脉冲信号；

中央处理器，连接至所述旋转检测器，用于接收所述的第一脉冲信号，根据所述第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度，并判断所述当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度，如果是，向模数转换器发送第一数据采集指令；

第一力传感器，连接至所述脚踏板，用于实时测量用户施加在所述脚踏板上的力；

所述模数转换器，连接至所述第一力传感器和所述中央处理器，用于根据所述第一数据采集指令从所述第一力传感器采集所述下肢运动旋转轴在所述当前下肢运动旋转角度时所述用户施加在所述脚踏板上的力，并向所述中央处理器发送采集结果；

所述中央处理器，具体用于根据所述第一脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前下肢运动旋转角度，并判断所述当前下肢运动旋转角度是否达到所述预设的第一数据采集角度，如果是，向所述模数转换器发送所述第一数据采集指令；

所述与所述下肢运动旋转轴存在旋转角度对应关系的轴包括上肢运动旋转轴；

所述康复训练器还包括：

上肢训练部件，所述上肢训练部件包括手持部以及与所述手持部相连的连接杆，所述的连接杆连接所述的上肢运动旋转轴，所述上肢训练部件通过所述上肢运动旋转轴与所述脚踏板、所述下肢运动旋转轴匹配构成联动机构；

第二力传感器，连接至所述上肢训练部件和所述模数转换器，用于实时测量所述用户施加在所述上肢训练部件上的力；其中，

所述旋转检测器用于根据所述上肢运动旋转轴的摆动产生第二脉冲信号；

所述的中央处理器接收所述的第二脉冲信号，根据所述第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度，并判断所述当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度，如果是，向所述模数转换器发送第二数据采集指令；

所述模数转换器，连接至所述第二力传感器和所述中央处理器，用于根据所述第二数据采集指令从所述第二力传感器采集所述上肢运动旋转轴在所述当前上肢运动旋转角度时所述用户施加在所述上肢训练部件上的力，并向所述中央处理器发送采集结果。

2.根据权利要求1所述的康复训练器，其特征在于，

所述中央处理器，具体用于根据所述第二脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前上肢运动旋转角度，并判断所述当前上肢运动旋转角度是否达到所述预设的第二数据采集角度，如果是，向所述模数转换器发送所述第二数据采集指令。

3.根据权利要求1或2所述的康复训练器，其特征在于，所述康复训练器还包括：

显示屏，连接至所述中央处理器，用于显示所述用户施加在所述脚踏板上的力或所述上肢训练部件上的力。

4.一种康复训练器的数据采集方法，其特征在于，所述康复训练器是权利要求1至3中任一项所述的康复训练器，所述方法包括：

根据所述康复训练器的下肢运动旋转轴的摆动产生第一脉冲信号；

根据所述第一脉冲信号生成当前下肢运动旋转角度，包括：根据所述第一脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前下肢运动旋转角度；

判断所述当前下肢运动旋转角度是否达到预设的第一数据采集角度；

如果所述当前下肢运动旋转角度达到所述预设的第一数据采集角度，采集所述下肢运动旋转轴在所述当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力；

根据所述康复训练器中的上肢运动旋转轴的摆动产生第二脉冲信号；

根据所述第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度；

判断所述当前上肢运动旋转角度是否达到预设的第二数据采集角度；

如果所述当前上肢运动旋转角度达到所述预设的第二数据采集角度，采集所述上肢运动旋转轴在所述当前上肢运动旋转角度时所述用户施加在上肢训练部件上的力。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述第二脉冲信号生成当前上肢运动旋转角度包括：

根据所述第二脉冲信号中的A相脉冲信号、B相脉冲信号及Z相信号生成所述当前上肢运动旋转角度。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在采集所述下肢运动旋转轴在所述当前下肢运动旋转角度时用户施加在脚踏板上的力，或者采集所述上肢运动旋转轴在所述当前上肢运动旋转角度时所述用户施加在上肢训练部件上的力之后，所述方法还包括：显示所述用户施加在所述脚踏板上的力或所述上肢训练部件上的力。