CN109157803B - 一种多模态反馈主被动康复训练系统及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多模态反馈主被动康复训练系统和方法。所述多模态反馈主被动康复训练系统包括：机构总成，训练者通过所述机构总成能够进行上肢或下肢的循环往复的主被动康复训练运动；力可视化反馈模块，用于将训练者在机构总成上施加的上肢或下肢的力可视化并反馈给训练者；主动意图识别模块，用于使训练者根据从力可视化反馈模块反馈的康复情况来选择适合的主动、被动或主被动切换训练模式；和能量回收模块，用于回收训练者在训练过程中从机构总成产生的能量并且在需要时释放所回收的能量。本发明的多模态反馈主被动康复训练系统，在康复训练过程中以力可视化作为反馈策略，融合运动状态信息反馈，能够使患者更好地主动参与康复训练。

Description

一种多模态反馈主被动康复训练系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及康复辅具领域，具体地涉及一种多模态反馈主被动康复训练系统及其使用方法。
背景技术
脑卒中等疾病常导致患者罹患上下肢运动障碍，损伤肢体运动与协调功能，肢体康复训练器械有助于恢复其肢体运动能力、协调能力和稳定性。
现有的肢体康复训练器械一般包含上、下肢运动组件两部分，能帮助病人主动、被动或以助力的形式完成上下肢循环往复运动，以此达到重复性的康复训练治疗效果。目前，传统的肢体康复训练器械在训练过程中并未直接对患者的施力情况进行检测，未形成一条基于肌肉力的反馈回路。而力的可视化能够实时反馈给患者直观的运动学习情况，进而有效促进患者达到更好的康复训练效果。
有鉴于此，本发明提供一种以力可视化作为反馈策略，融合运动状态信息反馈的多模态反馈主被动康复训练系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种多模态反馈主被动康复训练系统及其使用方法，能够克服上述现有技术的某种或某些问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述多模态反馈主被动康复训练系统包括：
机构总成，训练者通过所述机构总成能够进行上肢或下肢的循环往复的主被动康复训练运动；
力可视化反馈模块，用于将训练者在机构总成上施加的上肢或下肢的力可视化并反馈给训练者；
主动意图识别模块，用于使训练者根据从力可视化反馈模块反馈的康复情况来选择适合的主动、被动或主被动切换训练模式；和
能量回收模块，用于回收训练者在训练过程中从机构总成产生的能量并且在需要时释放所回收的能量。
所述机构总成包括：
底座，所述底座用于支撑在地板上；
连接部件，所述连接部件的一端与所述底座固定连接；
上肢运动机构，所述上肢运动机构与所述连接部件的另一端固定连接，用于使训练者进行上肢的康复训练；和
下肢运动机构，所述下肢运动机构固定连接到所述底座，用于使训练者进行下肢的康复训练。
所述底座包括前后布置的两个底座支撑梁、连接两个底座支撑梁的底座横梁以及底座加强板，所述底座加强板固连于所述底座横梁和所述底座支撑梁上。
所述连接部件包括支撑杆安装板、可伸缩的支撑杆以及上肢基座，其中所述支撑杆安装板固连于底座支撑梁和底座加强板上，所述支撑杆的下端安装在可伸缩支撑杆上，所述上肢基座固连于所述支撑杆的上端。
所述上肢运动机构包括上肢电机、上肢电机套筒、上肢摆臂以及手柄，所述上肢电机套筒固连于所述连接部件的上肢基座，所述上肢电机安装于上肢电机套筒中，所述上肢摆臂及手柄安装于所述上肢电机的电机轴。
所述下肢运动机构包括皮带轮、下肢电机、下肢摆臂以及脚踏，其中所述皮带轮固定于所述底座，所述下肢摆臂及脚踏安装于所述皮带轮轴，所述下肢电机固定于所述底座的前部的底座支撑梁内，所述皮带轮与所述下肢电机的电机轴通过皮带连接传递力矩。
所述力可视化反馈模块包括：
压力传感器，所述压力传感器布置在所述上肢运动机构的手柄端或所述下肢运动机构的脚踏端，用于检测训练者手部或足底施加的压力；
无线信号发射器，所述无线信号发射器用于发射压力传感器所检测的压力；
无线信号接收器，所述无线信号接收器用于接收无线信号发射器发射的压力信号并将压力信号传输至电子控制单元；
电子控制单元，所述电子控制单元用于分析压力信号和运动周期信息，并且判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小；
编码器，所述编码器用于测量上下肢运动机构往复运动的角度和转速，以解算出训练者进行康复训练运动的周期信息；和
显示器，所述显示器用于根据电子控制单元的控制来显示压力大小。
所述力可视化反馈模块还包括语音播放器，所述语音播放器用于提醒训练者进行主动康复训练，当压力传感器检测到的压力小于一定数值时，语音播放器开启，提示训练者主动加大施力程度。
所述主动意图识别模块包括编码器、电流检测单元和电子控制单元，所述编码器用于测量上下肢运动机构往复运动的角度和转速，所述电流检测单元用于测量电流方向以判断训练者的主动意图，电子控制单元用于控制上肢电机和下肢电机的转速和方向。
所述能量回收供给模块包括与所述上肢电机或下肢电机耦接的蓄电池，所述蓄电池能够回收所述上肢电机或下肢电机产生的电能并储存，在需要供能时可释放电能供所述多模态反馈主被动康复训练系统使用。
本发明还提供一种多模态反馈主被动康复训练方法，其特征在于包括以下步骤：
训练者选择自身运动障碍类型(患侧为左侧或右侧)，并且选择最大握力或足底压力检测模式，显示器上显示最大握力或足底压力；
训练者根据自身康复情况，结合最大握力或足底压力大小，选择训练过程中提示其主动加大施力程度的实际握力或足底压力大小；
在康复训练中，电子控制单元分析上肢运动机构或下肢运动机构输入的压力信号和运动周期信息，得到每一运动周期的最大压力值，并控制显示器显示此最大压力值，每一周期显示一次数值；
所述电子控制单元判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小，若未超出，则控制语音播放器开启，提示训练者主动加大施力程度；
训练结束之后，电子控制单元控制显示器输出并存储此次康复训练患侧握力或足底压力曲线图，显示此次康复训练中实际握力或足底压力超过预设压力阈值的比例。
本发明的目的是提供一种以力可视化作为反馈策略，融合运动状态信息反馈的多模态反馈主被动康复训练系统，该康复训练系统的反馈能够使患者更好地主动参与康复训练，且该系统具有能量回收功能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多模态反馈主被动康复训练系统，包括机构总成、力可视化反馈模块、主动意图识别模块和能量回收模块。
其中，所述机构总成包括底座、连接部件、上肢运动机构和下肢运动机构，所述底座与所述连接部件一端固定连接，所述连接部件的另一端与所述上肢运动机构固定连接，所述下肢运动机构与所述底座固定连接。
所述底座包括前后两个圆柱底座支撑梁、底座横梁以及四块底座加强板，所述底座横梁固连所述圆柱底座支撑梁，所述底座安装板固连于所述底座横梁和所述圆柱底座支撑梁上。
所述连接部件包括支撑杆安装板、可伸缩支撑杆以及上肢基座，所述支撑杆安装板固连于所述圆柱底座支撑梁和底座加强板上，用于安装可伸缩支撑杆，所述上肢基座固连于所述可伸缩支撑杆上端。
所述上肢运动机构包括上肢电机、上肢电机套筒、上肢摆臂以及手柄，所述上肢电机套筒固连于所述上肢基座，所述上肢电机通过螺栓安装于上肢电机套筒中，所述上肢摆臂及手柄安装于所述上肢电机轴。
所述下肢运动机构包括轴承安装孔、轴承、皮带轮、下肢电机、下肢摆臂以及脚踏，所述皮带轮通过皮带轮轴固定于所述轴承，所述轴承通过所述轴承安装孔固定于所述底座，所述下肢摆臂及脚踏通过螺栓安装于所述皮带轮轴，所述下肢电机通过螺栓固定于所述底座前圆柱底座支撑梁内；所述皮带轮与所述下肢电机轴通过皮带连接传递力矩。
进一步地，蓄电池安装于圆柱底座支撑梁内，编码器分为上肢编码器和下肢编码器，所述上肢编码器安装于上肢电机套筒内板上，所述上肢编码器与所述上肢电机的轴通过皮带连接同步转速。所述下肢编码器安装于底座横梁支撑板上，所述下肢编码器与所述皮带轮的轴通过皮带连接同步转速。
通过采用上述技术方案，训练者能在所述多模态反馈主被动康复训练系统的机械结构上完成上肢或下肢循环往复的康复训练运动。
本发明的进一步设置为：所述多模态反馈主被动康复训练系统还包括力可视化反馈模块。所述力可视化反馈模块包括压力传感器、无线信号发射器、无线信号接收器、电子控制单元、编码器、显示器和语音播放器。
所述压力传感器布置在所述上肢运动机构的手柄端或所述下肢运动机构的脚踏端，用于检测训练者手部施加于握把的握力大小或足底施加于脚踏的足底压力大小。
所述无线信号发射器布置于压力传感器旁，用于将压力信号发射至无线信号接收器；所述无线信号接收器用于接收无线信号发射器发出的压力信号，并将压力信号传输至电子控制单元。
所述电子控制单元耦接无线信号接收器、编码器、显示器和语音播放器，用于分析压力信号、运动周期信息、控制显示器的压力显示和语音播放器的启闭。
所述编码器用于测量上下肢运动部件往复运动的角度和转速，以解算出训练者进行康复训练运动的周期信息。
所述显示器布置于便于与训练者视觉交互的位置，用于显示各握把端或脚踏端的握力大小或足底压力大小。
所述语音播放器用于提醒训练者进行主动康复训练，当压力传感器检测到的压力小于一定数值时，语音播放器开启，提示训练者主动加大施力程度。
本发明的进一步设置为：所述显示器上布置按钮；在所述康多模态反馈主被动康复训练系统实施时，训练者首先通过按钮选择自身运动障碍类型(患侧为左侧或右侧)；再通过按钮选择最大握力或足底压力检测模式，此时需要训练者使用患侧肢体尽量握紧手柄或压紧脚踏，以检测训练者所能输出的最大握力或足底压力，并将此数值输出到显示器上；然后，训练者或治疗师可根据训练者自身康复情况，结合所述最大握力或足底压力大小，通过按钮选择训练过程中需要语音提示其主动加大施力程度的实际握力或足底压力大小(或实际握力或足底压力大小与最大握力或足底压力的比值)；最后，通过按钮选择开始康复训练。
本发明的进一步设置为：所述电子控制单元分析上肢组件部分或下肢组件部分输入的压力信号和运动周期信息，得到每一运动周期的最大压力值，并控制显示器显示此最大压力值，每一周期显示一次数值；所述电子控制单元判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小，若未超出，则控制语音播放器开启，提示训练者主动加大施力程度。
本发明的进一步设置为：在一次康复训练中，所述电子控制单元实时存储训练者所能输出的最大握力或足底压力、预设的需语音提示加力的压力阈值和每一训练周期的实际最大压力；训练结束之后，所述电子控制单元控制显示器输出此次康复训练患侧握力或足底压力曲线图，显示此次康复训练中实际握力或足底压力超过预设压力阈值的比例。
通过采用上述技术方案，训练者能在康复训练过程中接收自己的施力大小信息，实现力可视化，得到运动训练情况的直观反馈；设置需语音提醒的压力阈值以有效提高训练者的主动参与程度；另外，可结合自身肢体障碍恢复情况和治疗师建议设置需语音提醒压力阈值大小，在有效提高主动参与程度的同时保证训练强度和安全性。
本发明的进一步设置为：所述多模态反馈主被动康复训练系统还包括主动意图识别模块。所述主动意图识别模块包括编码器、电流检测单元和电子控制单元，并由此产生患者可通过所述显示器和所述按钮选择的被动训练、主动训练、主被动切换训练三种训练模式。
所述被动训练模式下，所述上肢电机或下肢电机在所述电子控制单元控制下，以通过所述显示屏按钮设置的目标转速开始运转；在患者通过手柄增大或减小外力的情况下，所述电子控制单元控制所述上肢电机或下肢电机提供相应的阻力或动力向目标转速靠近。
所述主动训练模式下，所述上肢电机或下肢电机以预设的阻力为控制目标，以持续提供阻力供患者进行训练。当患者施力增大时，所述上肢电机或下肢电机转速上升；患者施力减小时，所述上肢电机或下肢电机转速下降；当患者完全不用力时，电机停止运转。
所述主被动切换模式下，所述电子控制单元根据所述编码器测得的转速、所述电流检测单元测得的电流方向综合判断识别训练者的主动意图。当所述多模态反馈主被动康复训练系统设置为主被动切换模式时，所述系统首先以所述被动训练模式开始工作，所述上肢电机或下肢电机提供动力以通过所述显示屏按钮设置的目标转速开始正转，若患者施力增加时，对应的上肢电机或下肢电机转速也会增加，当患者施力减小时，对应的上肢电机或下肢电机转速也会减小，通过编码器与电流检测单元实时监测所述上肢电机或下肢电机的转速与电流。当上肢电机或下肢电机电流方向反转时，所述上肢电机或下肢电机工作于发电状态，说明训练者在主动用力，若3秒内实际转速大于目标转速+N，则所述系统切换至所述主动训练模式；当所述上肢电机或下肢电机转速和电流方向恢复后，所述上肢电机或下肢电机工作于电动状态，说明训练者停止用力，所述系统切换至所述被动训练模式。
通过采用上述技术方案，训练者或康复治疗师能够根据患者具体康复情况选择适合的主动、被动或主被动切换训练模式，帮助患者适应不同康复阶段的康复训练强度，同时发挥患者在康复训练过程中的主动性，达到更佳的康复训练效果。
本发明的进一步设置为：所述多模态反馈主被动康复训练系统还包括能量回收供给模块。所述能量回收供给模块包括导线、电源线和与所述上肢电机或下肢电机耦接的蓄电池。
所述导线用于连接所述上肢电机或下肢电机、所述显示器、所述语音播放器、所述电子控制单元和所述电源线。
所述电源线用于外接交流电源。
所述蓄电池在所述主动训练模式下，能够回收所述上肢电机或下肢电机产生的电能并储存，在需要供能时可释放电能供所述多模态反馈主被动康复训练系统使用。
通过采用上述技术方案，能够实现所述多模态反馈主被动康复训练系统的供电及所述各模块的运转，能够将主动训练模式下训练者的机械能转化为电能并储存，实现能量的回收和再利用。
除非明显抵触，本发明不同实施例所涉及的特征可以相互组合。
附图说明
图1为本发明的多模态反馈主被动康复训练系统框图；
图2为本发明的一实施例的机构总成示意图；
图3为本发明的力可视化反馈模块框图；
图4为本发明的主被动模式切换控制流程图；
图5为本发明的一实施例的电机转速控制框图；
图6为本发明的一实施例的电流检测单元的示意性结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了一种多模态反馈主被动康复训练系统，包括机构总成、力可视化反馈模块、主动意图识别模块和能量回收模块，其中机构总成用于使训练者在其上进行训练，力可视化反馈模块用于可视化训练者在训练过程中施加的力，主动意图识别模块用于使训练者根据从力可视化反馈模块反馈的康复情况来选择适合的主动、被动或主被动切换训练模式，能量回收模块用于回收训练者在训练过程中从机构总成产生的能量并且在需要时释放所回收的能量。
图2示出了机构总成，该机构总成包括底座、连接部件、上肢运动机构和下肢运动机构。
底座包括前圆柱底座支撑梁101、后圆柱底座支撑梁102、底座横梁103以及底座加强板104，底座横梁103焊接固连于前圆柱底座支撑梁101和后圆柱底座支撑梁102之间，底座加强板104焊接固连于底座横梁103和前圆柱底座支撑梁101上。
如图2所示，连接部件包括支撑杆安装板201、可伸缩支撑杆202以及上肢基座203，支撑杆安装板201焊接固连于前圆柱底座支撑梁101和底座加强板104上，用于安装可伸缩支撑杆202，上肢基座203焊接固连于可伸缩支撑杆202上端。
如图2所示，上肢运动机构包括上肢电机304、上肢电机套筒301、上肢摆臂302以及手柄303，上肢电机套筒301通过螺栓连接于上肢基座203，所述上肢电机304通过螺栓安装于上肢电机套筒301中，上肢摆臂302及手柄303安装于所述上肢电机轴上，用于跟随上肢电机的旋转而进行枢转运动，训练者能够抓握上肢手柄303进行训练。
进一步如图2所示，下肢运动机构包括轴承安装孔401、皮带轮402、下肢摆臂403、脚踏404、轴承405和下肢电机406，皮带轮402通过皮带轮轴固定于轴承405，轴承405通过轴承安装孔401固定于所述底座，下肢摆臂403及脚踏404通过螺栓固定于所述皮带轮轴，所述下肢电机406通过螺栓固定于底座前圆柱底座支撑梁101内，皮带轮402与所述下肢电机轴通过皮带连接传递力矩。下肢摆臂403和脚踏404能够通过皮带轮轴进行枢转，以使训练者进行训练。
进一步地，蓄电池(未示出)安装于圆柱底座支撑梁101内，编码器502分为上肢编码器和下肢编码器，所述上肢编码器安装于上肢电机套筒301内板上，所述上肢编码器与所述上肢电机304的轴通过皮带连接同步转速。所述下肢编码器安装于底座横梁103支撑板上，所述下肢编码器与所述皮带轮402的轴通过皮带连接同步转速。
通过上述机构总成的设置，训练者能在本发明的多模态反馈主被动康复训练系统的机械结构上完成上肢或下肢循环往复的康复训练运动。
图3示出了力可视化反馈模块。该力可视化反馈模块包括压力传感器501、无线信号发射器503、无线信号接收器504、电子控制单元505、编码器502、显示器506和语音播放器507。
压力传感器501布置在所述上肢运动机构的手柄303端或下肢运动机构的脚踏404端，用于检测训练者手部施加于握把的握力大小或足底施加于脚踏的足底压力大小。
无线信号发射器503布置于压力传感器501附近，用于接受压力传感器501所检测的压力信号并且将压力信号发射至无线信号接收器504；无线信号接收器504用于接收无线信号发射器503发出的压力信号，并将压力信号传输至电子控制单元505。
电子控制单元505耦接无线信号接收器504、编码器502、显示器506和语音播放器507，用于分析压力信号、运动周期信息、控制显示器506的压力显示和语音播放器507的启闭。
编码器502用于测量上下肢运动机构往复运动的角度和转速，以解算出训练者进行康复训练运动的周期信息。
显示器506布置于便于与训练者视觉交互的位置，用于显示各手柄303端或脚踏404端的握力大小或足底压力大小，其上设置有按钮。
语音播放器507用于提醒训练者进行主动康复训练，当压力传感器501检测到的压力小于一定数值时，语音播放器507开启，提示训练者主动加大施力程度。
图4示出了多模态反馈主被动康复训练系统的主动意图识别模块。该主动意图识别模块包括编码器502、电流检测单元508和电子控制单元505，并由此产生患者可通过显示器506选择的被动训练、主动训练、主被动切换训练三种训练模式。
若选择了所述被动训练模式，所述上肢电机304或下肢电机406在所述电子控制单元505控制下，以通过所述显示屏506按钮设置的目标转速开始运转；在患者通过手柄303或脚踏404增大或减小外力的情况下，所述电子控制单元505控制所述上肢电机304或下肢电机406提供相应的阻力或动力向目标转速靠近。
若选择了所述主动训练模式，所述上肢电机304或下肢电机406以预设的阻力为控制目标，以持续提供阻力供患者进行训练。当患者施力增大时，所述上肢电机304或下肢电机406转速上升；患者施力减小时，所述上肢电机304或下肢电机406转速下降；当患者完全不用力时，电机304和406停止运转。
若选择了所述主被动切换模式，所述电子控制单元505根据所述编码器502测得的转速、所述电流检测单元508测得的电流方向综合判断识别训练者的主动意图。当所述多模态反馈主被动康复训练系统设置为主被动切换模式时，所述系统首先以所述被动训练模式开始工作，所述上肢电机304或下肢电机406提供动力以通过所述显示屏506按钮设置的目标转速开始正转，若患者施力增加时，对应的上肢电机304或下肢电机406转速也会增加，当患者施力减小时，对应的上肢电机304或下肢电机406转速也会减小，通过编码器502与电流检测单元508实时监测所述上肢电机304或下肢电机406的转速与电流。当上肢电机304或下肢电机406电流方向反转时，所述上肢电机304或下肢电机406工作于发电状态，说明训练者在主动用力，若3秒内实际转速大于目标转速+N，则所述系统切换至所述主动训练模式；当所述上肢电机304或下肢电机406转速和电流方向恢复后，所述上肢电机304或下肢电机406工作于电动状态，说明训练者停止用力，所述系统切换至所述被动训练模式。
通过上述主动意图识别模块的设置，训练者或康复治疗师能够根据患者具体康复情况选择适合的主动、被动或主被动切换训练模式，帮助患者适应不同康复阶段的康复训练强度，同时发挥患者在康复训练过程中的主动性，达到更佳的康复训练效果。
所述多模态反馈主被动康复训练系统还包括能量回收供给模块。所述能量回收供给模块包括导线、电源线和与所述上肢电机304或下肢电机406耦接的蓄电池。
所述导线用于连接所述上肢电机304或下肢电机406、所述显示器506、所述语音播放器507、所述电子控制单元505和所述电源线。
所述电源线用于外接交流电源。
所述蓄电池在所述主动训练模式下，能够回收所述上肢电机304或下肢电机406产生的电能并储存，在需要供能时可释放电能供所述多模态反馈主被动康复训练系统使用。
通过采用上述技术方案，能够实现所述多模态反馈主被动康复训练系统的供电及所述各模块的运转，能够将主动训练模式下训练者的机械能转化为电能并储存，实现能量的回收和再利用。
主动模式或被动模式对上肢电机304或下肢电机406的阻力和转速控制是通过PID控制来实现的。图5示出了电机转速控制框图，包括转速PID控制器、电流PID控制器和电流AD转换器。电机304或406的设定期望转速与电机编码器的负反馈速度累加，作为转速PID控制器的速度参数。经过PID运算得到电流控制环的电流参数，并与电流检测单元508采集反馈的数值累加作为电流PID控制器的输入项。经过电流环PID运算，输出电流参数，体现为电机304或406的力矩，控制了电机304或406的转速。电流控制环作为内环控制电机力矩及电流保护，周期100us，速度控制环作为外环控制电机速度，周期10ms，电流控制环和速度控制环共同组成电流速度双闭环的直流电机伺服控制系统。
期望的电机电流为：
Figure BDA0001794536960000121
电子控制单元505通过电流检测单元508实时采集电机电流，并计算与期望电流的误差值后，通过PID控制器计算得到电机所需要的驱动电压。
图6为本发明的一实施例的电流检测单元508的示意性结构图，包括两级滤波延时电路和两级运算放大电路。电流采样首先经过包括R73与C33组成的RC滤波延时电路，其中R76为100KΩ，接+5V电压作为正偏置电压。经过上述电路处理后进入TLC2272运算放大器IC，并进行两次负反馈放大运算，两次运放的总体放大倍数如下：
Figure BDA0001794536960000122
最后经R99与C42组成的RC滤波电路流入所述控制单元的A/D检测电路。
在使用本发明的多模态反馈主被动康复训练系统时，训练者首先通过按钮选择自身运动障碍类型(患侧为左侧或右侧)；再通过按钮选择最大握力或足底压力检测模式，此时需要训练者使用患侧肢体尽量握紧手柄303或压紧脚踏404，以检测训练者所能输出的最大握力或足底压力，并将此数值输出到显示器506上；然后，训练者或康复治疗师可根据训练者自身康复情况，结合所述最大握力或足底压力大小，通过按钮选择训练过程中需要语音提示其主动加大施力程度的实际握力或足底压力大小(或实际握力或足底压力大小与最大握力或足底压力的比值)；最后，通过按钮选择开始康复训练。
在康复训练过程中，电子控制单元505分析某上肢运动机构或下肢运动机构输入的压力信号和运动周期信息，得到每一运动周期的最大压力值，并控制显示器506显示此最大压力值，每一周期显示一次数值；电子控制单元505判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小，若未超出，则控制语音播放器507开启，提示训练者主动加大施力程度。
在一次康复训练中，电子控制单元505实时存储训练者所能输出的最大握力或足底压力、预设的需语音提示加力的压力阈值和每一训练周期的最大压力；训练结束之后，电子控制单元505控制显示器506输出此次康复训练患侧握力或足底压力曲线图，显示此次康复训练中实际握力或足底压力超过预设压力阈值的比例。
通过上述力可视化反馈模块的设置，训练者能在康复训练过程中接收自己的施力大小信息，实现力可视化，得到运动训练情况的直观反馈；设置需语音提醒的压力阈值以有效提高训练者的主动参与程度；另外，可结合自身肢体障碍恢复情况和康复治疗师建议设置需语音提醒的压力阈值大小，从而在有效提高主动参与程度的同时保证训练强度和安全性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述多模态反馈主被动康复训练系统包括：
机构总成，训练者通过所述机构总成能够进行上肢或下肢的循环往复的主被动康复训练运动，该机构总成包括上肢运动机构和下肢运动机构；
力可视化反馈模块，用于将训练者在机构总成上施加的上肢或下肢的力可视化并反馈给训练者；
主动意图识别模块，用于使训练者根据从力可视化反馈模块反馈的康复情况来选择适合的主动、被动或主被动切换训练模式；和
能量回收模块，用于回收训练者在训练过程中从机构总成产生的能量并且在需要时释放所回收的能量，
其特征在于，所述力可视化反馈模块包括压力传感器，所述压力传感器布置在所述上肢运动机构的手柄端或所述下肢运动机构的脚踏端，用于检测训练者手部或足底施加的压力大小；电子控制单元，所述电子控制单元用于分析压力信号和运动周期信息，并且判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小；编码器，所述编码器用于测量上下肢运动机构往复运动的角度和转速，以解算出训练者进行康复训练运动的周期信息；和显示器，所述显示器用于根据电子控制单元的控制来显示压力大小，其中所述电子控制单元通过分析上肢组件部分或下肢组件部分输入的压力信号和运动周期信息，得到每一运动周期的最大压力值，并控制显示器显示此最大压力值，并且判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小，若未超出，则控制语音播放器开启，提示训练者主动加大施力程度，其中所述主动意图识别模块包括所述编码器、电流检测单元和所述电子控制单元，所述编码器用于测量上、下肢运动机构往复运动的角度和转速，所述电流检测单元用于测量电流方向，所述电子控制单元根据所述编码器测得的转速、所述电流检测单元测得的电流方向以判断训练者的主动意图，所述电子控制单元用于控制上肢电机和下肢电机的转速和方向。
2.根据权利要求1所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述机构总成还包括：
底座，所述底座用于支撑在地板上；和
连接部件，所述连接部件的一端与所述底座固定连接；
所述上肢运动机构与所述连接部件的另一端固定连接，用于使训练者进行上肢的康复训练；所述下肢运动机构固定连接到所述底座，用于使训练者进行下肢的康复训练。
3.根据权利要求2所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述底座包括前后布置的两个底座支撑梁、连接两个底座支撑梁的底座横梁以及底座加强板，所述底座加强板固连于所述底座横梁和所述底座支撑梁上。
4.根据权利要求3所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述连接部件包括支撑杆安装板、可伸缩的支撑杆以及上肢基座，其中所述支撑杆安装板固连于底座支撑梁和底座加强板上，所述可伸缩的支撑杆的下端安装在所述支撑杆安装板上，所述上肢基座固连于所述支撑杆的上端。
5.根据权利要求4所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述上肢运动机构包括上肢电机、上肢电机套筒、上肢摆臂以及手柄，所述上肢电机套筒固连于所述连接部件的上肢基座，所述上肢电机安装于上肢电机套筒中，所述上肢摆臂及手柄安装于所述上肢电机的电机轴。
6.根据权利要求5所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述下肢运动机构包括皮带轮、下肢电机、下肢摆臂以及脚踏，其中所述皮带轮固定于所述底座，所述下肢摆臂及脚踏安装于所述皮带轮轴，所述下肢电机固定于所述底座的前部的底座支撑梁内，所述皮带轮与所述下肢电机的电机轴通过皮带连接传递力矩。
7.根据权利要求2所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述力可视化反馈模块还包括：
无线信号发射器，所述无线信号发射器用于发射压力传感器所检测的压力；
无线信号接收器，所述无线信号接收器用于接收无线信号发射器发射的压力信号并将压力信号传输至电子控制单元。
8.根据权利要求7所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述力可视化反馈模块还包括语音播放器，当压力传感器检测到的压力小于一定数值时，语音播放器开启，提示训练者主动加大施力程度。
9.根据权利要求1所述的多模态反馈主被动康复训练系统，其特征在于，所述能量回收供给模块包括与所述上肢电机或下肢电机耦接的蓄电池，所述蓄电池能够回收所述上肢电机或下肢电机产生的电能并储存，在需要供能时可释放电能供所述多模态反馈主被动康复训练系统使用。
10.一种使用根据权利要求1至9中任一项所述的多模态反馈主被动康复训练系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在显示器上显示最大握力或足底压力；
在康复训练中，电子控制单元分析上肢运动机构或下肢运动机构输入的压力信号和运动周期信息，得到每一运动周期的最大压力值，并控制显示器显示此最大压力值，每一周期显示一次数值；
所述电子控制单元判断每一运动周期的最大压力值是否超过训练者预设的压力大小，若未超出，则控制语音播放器开启；
训练结束之后，电子控制单元控制显示器输出并存储此次康复训练患侧握力或足底压力曲线图，显示此次康复训练中实际握力或足底压力超过预设压力阈值的比例。
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