CN113995634B - 肢体康复训练器及其对称性参数获取方法、装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用力情况识别角度范围大、能及时反映左右肢体的用力情况、数据准确性高的肢体康复训练器及其对称性参数获取方法、装置，所述肢体康复训练器的对称性参数获取方法包括有如下步骤：S10、对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次实时转速，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数；S20、根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量；S30、根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域；S40、对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行加权比较限幅整理得到左右肢体的对称性参数。

Description

肢体康复训练器及其对称性参数获取方法、装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种肢体康复训练器及其对称性参数获取方法、装置。
背景技术
肢体康复训练器的对称性是一种用于帮助康复训练者左右肢体均衡恢复的参数指标，康复训练者在训练的过程中根据对称性参数，加强用力薄弱侧的肢体训练，可使左右肢体的肌肉达到均衡。
目前的肢体康复训练器的对称性算法通过测量左右肢体用力区域的平均加速度，再根据其差值计算得出对称性，但该方法在测量左右肢体用力区域的平均加速度时，只能在固定角度识别(0°和180°)左右肢体的用力情况，当康复训练者的身高偏离正常人较大或者用力在固定角度的边缘，则对称性数值会失灵甚至错误；而且该方法只能通过识别0°和180°两点的加速度来计算对称性，采样数据少，解算频率低，不能更好的反应训练时的用力情况，进而使得得出的对称性参数准确性不高。
此外，目前的肢体康复训练器的对称性算法以左右肢体运动一圈为一个计算单元，这使得左右对称性数值在实际训练中存在一圈的时间滞后，且其计算周期为肢体运动一圈的时间，不能及时反映左右肢体的用力情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用力情况识别角度范围大、能及时反映左右肢体的用力情况、数据准确性高的肢体康复训练器及其对称性参数获取方法、装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案：
一种肢体康复训练器的对称性参数获取方法，其包括有如下步骤：
S10、对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数；
S20、根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量；
S30、根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域；
S40、对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行加权比较限幅整理得到左右肢体的对称性参数。
一种肢体康复训练器的对称性参数获取装置，其包括有一数据采集模块、一速度增量计算模块、一加速区域计算模块和一加权比较限幅模块，数据采集模块用于对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数；速度增量计算模块用于根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量；加速区域计算模块用于根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域；加权比较限幅模块用于对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行整理得到左右肢体的对称性参数。
一种肢体康复训练器，包括有电机、减速器、肢体训练机构和用于控制电机工作的控制装置，所述控制装置包括有处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器调用执行时实现以上所述的肢体康复训练器的对称性参数获取方法。
本发明的有益技术效果在于：上述的肢体康复训练器的对称性参数获取方法，通过计算左、右肢体加速区域的方法来计算对称性，只需区分左、右肢体加速区域的大小即可识别左右对称性，更能反应康复训练者左右肢体用力分布情况，数据准确性高；而且，在肢体训练机构转动过程中进行多次实时转速采样，能够识别-90°～+90°的角度范围内的用力情况，消除了不同身高的康复训练者使用时导致的不灵敏甚至错误的问题；本发明能够根据实时采样的数据实时计算左右肢体的对称性参数，相比传统对称性算法以左右肢体运动一圈为一个计算单元，本发明的解算频率可提高几十至几百倍，因而能够及时反映左右肢体的用力情况，极大的提高了数据的实时性与准确性。
附图说明
图1为本发明的肢体康复训练器的对称性参数获取方法的流程示意图；
图2为本发明的电机转轴与光电传感器的位置关系图；
图3为本发明的左肢体加速区域的示意图；
图4为本发明的右肢体加速区域的示意图；
图5为本发明的肢体康复训练器的对称性参数获取装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
如图1所示，在本发明一个实施例中，肢体康复训练器的对称性参数获取方法包括有如下步骤：
S10、对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数。
在本实施例中，肢体训练机构的转动圈数n的计数通过检测电机转轴上的黑条实现。肢体训练机构包括有左肢训练机构和右肢训练机构，左肢训练机构和右肢训练机构通过曲柄与电机转轴连接并能以电机转轴为转动中心随曲柄转动，因此，通过检测电机转轴的转动圈数就可以获得肢体训练机构的转动圈数。如图2所示，电机转轴10的外侧缠绕有黑白条30，黑白条30上设有黑条31，电机转轴10侧边对应黑白条30处设有光电传感器20。光电传感器20从第一次检测到黑条31开始计数，每检测到一次黑条31计数加1，从而得到肢体训练机构的转动圈数n。
在本实施例中，肢体康复训练器的肢体训练机构每转动一圈采样200次肢体训练机构的实时转速ω，即每隔360°/200＝1.8°采样一次肢体训练机构的实时转速。从光电传感器20第一次检测到黑条31开始第一次采样，记肢体训练机构在初始位置(左肢训练机构水平向内时的位置)时的角度为0°，则肢体训练机构在第一次采样时相对初始位置转动的角度为θ。当然，在本发明的其他实施例中，肢体训练机构转动一圈的采样次数可以预设为诸如100、180等其他数值。
S20、根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量。
本发明采用如下公式计算相邻两次采样的速度增量：
其中，为相邻两次采样的速度增量函数，ωk为第k次采样的实时转速，ωk+1为第k+1次采样的实时转速。
S30、根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域。
本发明采用如下公式计算左肢体加速区域和右肢体加速区域：
其中，SL为左肢体加速区域，SR为右肢体加速区域，θ为肢体训练机构在第一次采样时相对初始位置转动的角度。
如图3、4所示，在本实施例中，m的取值为200，n的取值为1，并设定从右侧观察来确定肢体训练机构的转动方向。
此时，左肢体加速区域的计算结果为：
其中，其中a为左肢体的起始加速点，b为左肢体的结束加速点。
右肢体加速区域的计算结果为：
其中，c、e为右肢体的两个起始加速点，d、f为右肢体的两个结束加速点。
S40、对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行加权比较限幅整理得到左右肢体的对称性参数。
本发明采用如下公式计算得到左右肢体的对称性数值:
其中Symmtry为左右肢体的对称性，其值域为-99～99。
本实施例中的肢体康复训练器的对称性参数获取方法，采用累积左、右肢体加速区域的方法来计算对称性，只需区分左、右肢体加速区域的大小即可识别左右对称性，更能反应康复训练者左右肢体用力分布情况，数据准确性高；而且，在肢体训练机构转动过程中进行多次实时转速采样，能够识别-90°～+90°的角度范围内的用力情况，消除了不同身高的康复训练者使用时导致的不灵敏甚至错误的问题；本发明能够根据实时采样的数据实时计算左右肢体的对称性参数，相比传统对称性算法以左右肢体运动一圈为一个计算单元，本发明的解算频率可提高几十至几百倍，因而能够及时反映左右肢体的用力情况，极大的提高了数据的实时性与准确性。
在本发明一个优选实施例中，通过采样得到肢体训练机构5圈的转速采样数据，用5圈的转速采样数据计算左肢体加速区域和右肢体加速区域，进而求取左右肢体的对称性参数，可以增加对称性数值的抗干扰能力。需要说明的是，肢体训练机构的转动圈数n越大，即采样的转速采样数据越多，计算得到的左右肢体的对称性参数越稳定，同时灵敏度也会越低，因此，转动圈数n的取值优选为1～5。
本发明还提供了一种肢体康复训练器的对称性参数获取装置。如图5所示，在本发明一个实施例中，所述肢体康复训练器的对称性参数获取装置包括有一数据采集模块110、一速度增量计算模块120、一加速区域计算模块130和一加权比较限幅模块140。
所述数据采集模块110用于执行图1所示实施例中的肢体康复训练器的对称性参数获取方法的步骤S10，用于对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数。
所述速度增量计算模块120用于执行图1所示实施例中的肢体康复训练器的对称性参数获取方法的步骤S20，用于根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量。
所述加速区域计算模块130执行图1所示实施例中的肢体康复训练器的对称性参数获取方法的步骤S30，用于根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域。
所述加权比较限幅模块140用于执行图1所示实施例中的肢体康复训练器的对称性参数获取方法的步骤S40，用于对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行整理得到左右肢体的对称性参数。
本发明还提供了一种肢体康复训练器，其包括有电机、减速器、肢体训练机构和用于控制电机工作的控制装置，所述控制装置包括有处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器调用执行时实现执行图1所示实施例中的肢体康复训练器的对称性参数获取方法。
所述肢体康复训练器还包括有与所述控制装置连接的显示装置，该显示装置用于显示输出左右肢体的对称性参数，康复训练者在训练的过程中根据对称性参数，加强用力薄弱侧的肢体训练，使左右肢体的肌肉达到均衡。
所述肢体训练机构包括有左肢训练机构和右肢训练机构，左肢训练机构和右肢训练机构通过曲柄与电机转轴连接，并能以电机转轴为转动中心随曲柄转动。
所述肢体康复训练器为上肢康复训练器或下肢康复训练器，当所述肢体康复训练器为上肢康复训练器时，所述左肢训练机构为左手柄，所述右肢训练机构为右手柄；当所述肢体康复训练器为下肢康复训练器时，所述左肢训练机构为左踏板，所述右肢训练机构为右踏板。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而非对本发明做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种肢体康复训练器的对称性参数获取方法，其特征在于，所述肢体康复训练器的对称性参数获取方法包括有如下步骤：
S10、对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数；
S20、根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量；
S30、根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域；
S40、对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行加权比较限幅整理得到左右肢体的对称性参数；
所述步骤S20采用如下公式计算相邻两次采样的速度增量：
，
其中，为相邻两次采样的速度增量函数，/>为第/>次采样的实时转速，/>为第次采样的实时转速；
所述步骤S30采用如下公式计算左肢体加速区域和右肢体加速区域：
，
，
其中，为左肢体加速区域，/>为右肢体加速区域，θ为肢体训练机构在第一次采样时相对初始位置转动的角度。
2.如权利要求1所述的肢体康复训练器的对称性参数获取方法，其特征在于，所述步骤S40采用如下公式计算得到左右肢体的对称性数值:
，
其中为左右肢体的对称性，其值域为-99~99。
3.如权利要求2所述的肢体康复训练器的对称性参数获取方法，其特征在于，m的取值为200，n的取值为1~5。
4.一种肢体康复训练器的对称性参数获取装置，其特征在于，所述肢体康复训练器的对称性参数获取装置包括有：
数据采集模块，用于对肢体训练机构的实时转速进行采样，肢体训练机构每转动一圈采样m次，获得转速采样数据和肢体训练机构的转动圈数n，其中m为预设常数；
速度增量计算模块，用于根据所述转速采样数据计算得到相邻两次采样的速度增量；
加速区域计算模块，用于根据所述转动圈数n和所述速度增量分别计算左肢体加速区域和右肢体加速区域；
加权比较限幅模块，用于对左肢体加速区域和右肢体加速区域的数值进行整理得到左右肢体的对称性参数；
所述速度增量计算模块采用如下公式计算相邻两次采样的速度增量：
，
其中，为相邻两次采样的速度增量函数，/>为第/>次采样的实时转速，/>为第次采样的实时转速；
所述加速区域计算模块采用如下公式计算左肢体加速区域和右肢体加速区域：
，
，
其中，为左肢体加速区域，/>为右肢体加速区域，θ为肢体训练机构在第一次采样时相对初始位置转动的角度。
5.一种肢体康复训练器，包括有电机、减速器、肢体训练机构和用于控制电机工作的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括有处理器以及与所述处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有程序指令，所述程序指令被所述处理器调用执行时实现如权利要求1至3任一项所述的肢体康复训练器的对称性参数获取方法。
6.如权利要求5所述的肢体康复训练器，其特征在于，所述肢体康复训练器还包括有与所述控制装置连接的显示装置，该显示装置用于显示输出左右肢体的对称性参数。
7.如权利要求6所述的肢体康复训练器，其特征在于，所述肢体训练机构包括有左肢训练机构和右肢训练机构，左肢训练机构和右肢训练机构通过曲柄与电机转轴连接，并能以电机转轴为转动中心随曲柄转动。
8.如权利要求7所述的肢体康复训练器，其特征在于，所述左肢训练机构为左手柄，所述右肢训练机构为右手柄；或者，所述左肢训练机构为左踏板，所述右肢训练机构为右踏板。
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