CN114470620B - 拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法 - Google Patents

拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114470620B
CN114470620B CN202210314047.XA CN202210314047A CN114470620B CN 114470620 B CN114470620 B CN 114470620B CN 202210314047 A CN202210314047 A CN 202210314047A CN 114470620 B CN114470620 B CN 114470620B
Authority
CN
China
Prior art keywords
force
winding drum
guide
rope
frame
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210314047.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114470620A (zh
Inventor
徐晗
徐东
李益斌
张珝
李晓龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tongji Zhejiang College
Original Assignee
Tongji Zhejiang College
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tongji Zhejiang College filed Critical Tongji Zhejiang College
Priority to CN202210314047.XA priority Critical patent/CN114470620B/zh
Publication of CN114470620A publication Critical patent/CN114470620A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114470620B publication Critical patent/CN114470620B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B21/00—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices
    • A63B21/02—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using resilient force-resisters
    • A63B21/055—Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices using resilient force-resisters extension element type
    • A63B21/0552—Elastic ropes or bands
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63B—APPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B71/00—Games or sports accessories not covered in groups A63B1/00 - A63B69/00
    • A63B71/06—Indicating or scoring devices for games or players, or for other sports activities

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

本发明涉及一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，包括基座、绕卷装置、拉力测量装置和拉力分量测量装置，绕卷装置包括框架、角度编码器，以及设在框架上的卷筒和卷筒驱动件，卷筒驱动件用于驱动卷筒转动，角度编码器用于监测卷筒的旋转角度，拉绳沿卷筒的轴向依次绕设在卷筒上；拉力测量装置包括第一力传感器，拉力分量测量装置包括测力框、第二力传感器和第三力传感器，第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器和测力框均设在基座上，框架沿卷筒的径向滑动设在基座上，测力框在与卷筒轴向平行的测力平面内活动设置，测力框上贯穿有供拉绳的牵引端穿过的出绳通道，出绳通道垂直于卷筒的旋转轴线设置。

Description

拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法
技术领域
本发明属于康复器械及健身器材技术领域，尤其涉及一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法。
背景技术
由于踝关节、肩关节、腕关节、膝关节和肘关节等关节是人体解剖结构最复杂和最易受伤的关节，且人体运动过程复杂，故难以用直接的方法来测量这些关节各项力学参数，造成对康复训练的监控和设计十分困难。目前，通常使用模拟或根据逆向动力学推算的方式来求得所需参数值，即根据关节的运动参数以及受力来推出关节力矩等更具参考价值的参数。临床上普遍采用等速测力的方法，如CYBEX、KIN-COM、BIODEX等，虽然等速测力的方法，也是通过测试关节角度来得出关节运动特性指标，但是整个系统结构庞大、复杂且昂贵，故难以在临床中推广应用。
现有的康复训练设备，也结构复杂，体积庞大，价格昂贵，且由于结构限制，肢体的运动训练范围极其有限。难以在居家环境中快速展开训练，且现有的康复训练设备专业性强，作为居家使用时，难以作为正常人的训练或锻炼器材，使用率不高。
发明内容
为解决现有技术存在的康复训练设备的结构复杂，体积庞大，参数测量困难，以及价格昂贵的问题，本发明提供一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，包括基座、绕卷装置、拉力测量装置和拉力分量测量装置，所述绕卷装置包括框架、角度编码器，以及设置在框架上的卷筒和卷筒驱动件，所述卷筒驱动件用于驱动卷筒转动，所述角度编码器用于监测卷筒的旋转角度，所述拉绳沿卷筒的轴向依次绕设在卷筒上；
所述拉力测量装置包括第一力传感器，所述拉力分量测量装置包括测力框、第二力传感器和第三力传感器，所述第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器和测力框均设置在基座上，所述框架沿卷筒的径向滑动设置在基座上，所述第一力传感器与框架相对设置，所述测力框在与卷筒轴向平行的测力平面内活动设置，所述测力框上贯穿有供拉绳的牵引端穿过的出绳通道，所述出绳通道垂直于卷筒的旋转轴线设置，所述第二力传感器和第三力传感器相互垂直设置在测力平面内，且均相对于测力框设置。
作为优选，所述绕卷装置还包括绕线定位件，所述绕线定位件也设置在框架上，所述绕线定位件包括导向结构和导向驱动结构，所述卷筒、导向驱动结构和导向结构依次传动连接，所述导向结构沿卷筒的轴向滑动设置，所述导向结构上具有供拉绳的牵引端穿过的导向通道，所述拉绳始终沿卷筒的切向收放，所述拉绳的牵引端依次穿过导向通道和出绳通道设置。绕线定位件的结构简单可靠，巧妙的实现卷筒平稳收放拉绳，保证卷筒收放拉绳的流畅度，同时，将卷筒收放拉绳对拉力测量装置和拉力分量测量装置的测量结果的影响减低到最小，若拉绳在卷筒上的收放方向与卷筒的轴线不空间垂直，则会产生沿卷筒轴向的拉力分量，从而使绳子的牵引端拉力减小，并且影响拉力测量的准确性。
作为优选，依次穿过所述导向通道和出绳通道的拉绳的牵引端设置有手柄；所述手柄上设置有控制按键、显示器和振动马达。便于用手或脚持住手柄，便于设置和显示训练模式、拉力大小、手柄位置和振动反馈模式等参数，提高训练效果，提高用户体验。
进一步地，所述导向结构包括滑块，所述导向驱动结构包括带传动组件、丝杆和导杆，所述丝杆和导杆均设置在框架上，所述带传动组件的主动轮设置在卷筒上，所述带传动组件的从动轮设置在丝杆上，所述滑块设置在丝杆和导杆上，所述滑块上设置有两个第一导轮，两个所述第一导轮之间形成所述的导向通道，所述拉绳始终沿卷筒的切线方向收放。导向结构、导向驱动结构和卷筒巧妙配合，传动平稳，保证拉绳始终沿卷筒的切线方向收放，确保拉绳卷绕在卷筒上均匀不重叠。
进一步地，所述框架上还设有两个第二导轮，两个所述第二导轮之间形成辅助通道，所述辅助通道和出绳通道同轴设置，所述拉绳的牵引端依次穿过导向通道、辅助通道和出绳通道设置。辅助通道确保拉绳从导向通道平稳的过渡至出绳通道后牵出，将卷筒收放拉绳对拉力测量装置和拉力分量测量装置的测量结果的影响减低到最小。
作为优选，所述卷筒驱动件包括伺服电机和减速器，所述伺服电机、减速器和卷筒依次连接；所述框架沿卷筒的径向通过导轨结构滑动设置在基座上，且所述框架的滑动方向与导向通道和出绳通道的方向一致。便于控制卷筒的转动速度和转动角度，提高该康复训练器的监控和训练精度；结构简单可靠，确保框架滑动的可靠性和稳定性。
作为优选，所述测力框通过安装轴设置在基座上，且所述安装轴和测力框之间在测力平面内具有活动间隙。便于测力框的设置，以及便于通过拉绳驱动测力框的运动，使第二力传感器和第三力传感器测得拉绳在空间上的力分量。
进一步地，所述测力框上设置有四个第三导轮，四个所述第三导轮绕出绳通道的周向依次设置，且四个所述第三导轮的周面相对设置围合成所述的出绳通道，其中一组相对设置的两个所述第三导轮上开设有与拉绳匹配的导向环槽。确保出绳通道稳定可靠，大大减小拉绳磨损，同时确保拉绳对测力框的作用力均匀，提高通过拉绳驱动测力框的运动，使第二力传感器和第三力传感器测得拉绳在空间上的力分量的精度。
进一步地，所述基座上设置有外壳，所述绕卷装置、拉力测量装置和拉力分量测量装置均位于外壳内，所述基座的底端设置有吸盘。通过吸盘吸附在平整光滑表面，便于固定该康复训练器。
一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练的方法，使用任一种上述的康复训练器，该康复训练方法包括，用户牵引拉绳的牵引端产生拉力，同时卷筒驱动件驱动卷筒旋转以缠绕收放拉绳，通过角度编码器记录卷筒的旋转角度，得出拉绳的出绳长度L，因拉绳始终沿卷筒的切向收放，拉绳沿卷筒的轴向依次缠绕，确保Fs＝Tj*R，其中，Fs为拉绳的当前拉力，Tj为卷筒的扭矩，R为卷筒的半径，第一力传感器测得Fs；再以出绳通道的出绳点为原点，建立空间直角坐标系O-XYZ，Fs的力分量投影在XOY平面，分别为Fx、Fy，第二力传感器和第三力传感器分别测得Fx、Fy，根据Fs、Fx、Fy反算出拉绳的出绳角度，再根据拉绳的出绳长度L，计算得拉绳的牵引端的当前位置坐标，将上述拉绳的当前拉力Fs，以及拉绳的牵引端的当前位置坐标无线传输至人机交互软件中用于交互运算。
有益效果：
1、本发明的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法，采用三个单轴的力传感器，实现对拉绳的拉力、拉力分量的测量，采用角度编码器，实现拉绳的出绳长度的测量，进而实现对拉绳的空间出绳角度、出绳位移的测量，实现拉绳的牵引端的空间定位和拉力控制反馈；
2、本发明的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，结构简单可靠，布局合理紧凑，体积小巧，运动范围大，造价经济，适用场所不受限制，操作简便，适合医院或居家康复训练或常规锻炼；
3、本发明的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，拉绳始终沿卷筒的切向收放，巧妙的实现卷筒平稳收放拉绳，保证卷筒收放拉绳的流畅度，同时，将卷筒收放拉绳对拉力测量装置和拉力分量测量装置的测量结果的影响减低到最小，若拉绳在卷筒上的收放方向与卷筒的轴线不空间垂直，则会产生沿卷筒轴向的拉力分量，从而使绳子的牵引端拉力减小，并且影响拉力测量的准确性；
4、本发明的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法，还设置有振动反馈、可以实现丰富的触感体验，结合康复游戏，实现康复或锻炼的趣味性引导。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的第一角度立体结构示意图，其中拉绳处于拉出状态；
图2是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的第二角度立体结构示意图，其中拉绳处于收回状态；
图3是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的第三角度立体结构示意图，其中拉绳处于拉出状态，以及外壳未示意出；
图4是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的第四角度立体结构示意图，其中拉绳处于拉出状态，以及外壳未示意出；
图5是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的侧视示意图，其中拉绳处于拉出状态，以及外壳未示意出；
图6是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的绕卷装置的立体结构示意图，其中拉绳处于拉出状态；
图7是本发明拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器的拉绳的受力示意图
图中：1、基座，2、绕卷装置，21、框架，22、角度编码器，23、卷筒，24、卷筒驱动件，241、伺服电机，242、减速器，25、绕线定位件，251、滑块，252、第一导轮，253、导向通道，254、带传动组件，255、丝杆，256、导杆，257、第二导轮，258、辅助通道，3、拉力测量装置，31、第一力传感器，32、导轨结构，4、拉力分量测量装置，41、测力框，42、第二力传感器，43、第三力传感器，44、第三导轮，45、出绳通道，5、手柄，51、控制按键，52、显示器，6、外壳，7、吸盘，8、拉绳。
具体实施方式
下面将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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1～6所示，一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，包括基座1、绕卷装置2、拉力测量装置3和拉力分量测量装置4，所述绕卷装置2包括框架21、角度编码器22，以及设置在框架21上的卷筒23和卷筒驱动件24，所述卷筒驱动件24用于驱动卷筒23转动，所述角度编码器22用于监测卷筒23的旋转角度，所述拉绳8沿卷筒23的轴向依次绕设在卷筒23上；所述拉力测量装置3包括第一力传感器31，所述拉力分量测量装置4包括测力框41、第二力传感器42和第三力传感器43，所述第一力传感器31、第二力传感器42、第三力传感器43和测力框41均设置在基座1上，所述框架21沿卷筒23的径向滑动设置在基座1上，所述第一力传感器31与框架21相对设置，所述测力框41在与卷筒23轴向平行的测力平面内活动设置，所述测力框41上贯穿有供拉绳8的牵引端穿过的出绳通道45，所述出绳通道45垂直于卷筒23的旋转轴线设置，所述第二力传感器42和第三力传感器43相互垂直设置在测力平面内，且均相对于测力框41设置。
为确保拉绳8始终沿卷筒23的切向收放，有效避免拉绳8的出绳端对其牵引端的影响，在在本实施例中，如图3～6所示，所述绕卷装置2还包括绕线定位件25，所述绕线定位件25也设置在框架21上，所述绕线定位件25包括导向结构和导向驱动结构，所述卷筒23、导向驱动结构和导向结构依次传动连接，所述导向结构沿卷筒23的轴向滑动设置，所述导向结构上具有供拉绳8的牵引端穿过的导向通道253，所述拉绳8始终沿卷筒23的切向收放，所述拉绳8的牵引端依次穿过导向通道253和出绳通道45设置；具体的在本实施例中，所述导向结构包括滑块251，所述导向驱动结构包括带传动组件254、丝杆255和导杆256，所述丝杆255和导杆256均设置在框架21上，所述带传动组件254的主动轮设置在卷筒23上，所述带传动组件254的从动轮设置在丝杆255上，所述框架21上设置有用于张紧带传动组件254的传动带张紧轮，所述滑块251设置在丝杆255和导杆256上，所述滑块251上设置有两个第一导轮252，两个所述第一导轮252之间形成所述的导向通道253，所述拉绳8始终沿卷筒23的切线方向收放；所述拉绳8的直径记为D绳，所述卷筒23和丝杆255的转速比记为Nt，所述丝杆255的导程记为P，则D绳≤Nt*P≤2D绳，确保拉绳8卷绕在卷筒23上均匀不重叠；所述框架21上还设有两个第二导轮257，两个所述第二导轮257之间形成辅助通道258，所述辅助通道258和出绳通道45同轴设置，所述拉绳8的牵引端依次穿过导向通道253、辅助通道258和出绳通道45设置
为了便于操作该康复训练器，提高训练效果和用户体验，在本实施例中，如图1～3所示，依次穿过所述导向通道253、辅助通道258和出绳通道45的拉绳8的牵引端设置有手柄5；本实施例的所述手柄5上设置有控制按键51、显示器52和振动马达，以便于设置和显示训练模式、拉力大小、手柄5位置和振动反馈模式等参数，提高训练效果，进一步提高用户体验。
为了便于设置拉力分量测量装置4，提高其对拉力分量的测量可靠性和测量精度，在本实施例中，如图4所示，所述测力41框通过安装轴设置在基座1上，且所述安装轴和测力框41之间在测力平面内具有活动间隙；所述测力框41上设置有四个第三导轮44，四个所述第三导轮44绕出绳通道45的周向依次设置，且四个所述第三导轮44的周面相对设置围合成所述的出绳通道45，其中一组相对设置的两个所述第三导轮44上开设有与拉绳8匹配的导向环槽，本实施例的所述第一导轮252、第二导轮257和第三导轮44均为轴承，第一导轮252和第二导轮257上也均开设有与拉绳8匹配的导向环槽。
为了便于固定该康复训练器，在本实施例中，如图1～3所示，所述基座1上设置有外壳6，所述绕卷装置2、拉力测量装置3和拉力分量测量装置4均位于外壳6内，所述基座1的底端设置有吸盘7。
具体地，在本实施例中，如图3～6所示，所述卷筒驱动件24包括伺服电机241和减速器242，所述伺服电机241、减速器242和卷筒23依次连接；所述框架21沿卷筒23的径向通过导轨结构32滑动设置在基座1上，且本实施例的所述框架21的滑动方向与导向通道253和出绳通道45的方向一致。
一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练的方法，使用上述的康复训练器，该康复训练方法包括，用户牵引拉绳8的牵引端产生拉力，同时卷筒驱动件24驱动卷筒23旋转以缠绕收放拉绳8，通过角度编码器22记录卷筒23的旋转角度，得出拉绳8的出绳长度L，因拉绳8始终沿卷筒23的切向收放，拉绳8沿卷筒23的轴向依次缠绕，确保Fs＝Tj*R，其中，Fs为拉绳8的当前拉力，Tj为卷筒23的扭矩，R为卷筒23的半径，第一力传感器31测得Fs；再以出绳通道45的出绳点为原点，建立空间直角坐标系O-XYZ，Fs的力分量投影在XOY平面，分别为Fx、Fy，第二力传感器42和第三力传感器43分别测得Fx、Fy，根据Fs、Fx、Fy反算出拉绳8的出绳角度，再根据拉绳8的出绳长度L，计算得拉绳8的牵引端的当前位置坐标，将上述拉绳8的当前拉力Fs，以及拉绳8的牵引端的当前位置坐标无线传输至人机交互软件中用于交互运算。
具体地，在本实施例中：
伺服电机241通过减速器242传递到卷筒23上的扭矩Tj＝Td*n，其中，Td为伺服电机241的扭矩，n为减速器242减速比；卷筒23对拉绳8产生的拉力Fs＝Tj*R，其中，R为卷筒23的半径；由于拉绳8只承载拉力，摩擦力等因素可忽略不计，则拉绳8上任意一点的拉力均为Fs；
绕线定位件25的滑块251的移动速度V＝ωj*Nt*P＝ωd*n*Nt*P，其中，ωj为卷筒23的转速，Nt为卷筒23和丝杆255的转速比，即带传动组件254的传送比，P为丝杆255的导程，ωd为电机的转速，n为减速器242的减速比。在本实施例中，选用带传动组件254的传送比Nt＝1，若选用的拉绳8的直径D绳＝2mm，则P选为2mm，假如ωj＝1r/s，则V＝2mm/s，代表卷筒23转一圈滑块251移动2mm，则卷筒23的出绳方向始终沿卷筒23的切向，确保公式Fs＝Tj*R成立。如果卷筒23的出绳方向与卷筒23的径向平面有夹角，则会产生沿卷筒23轴向的拉力分量，从而使绳子的牵引端拉力减小。由于绕卷装置2作为一个整体，通过导轨结构32与基座1滑动连接，第一力传感器31与绕卷装置2的框架21相对设置，则第一力传感器31直接测出拉绳8的当前拉力Fs；
如图7所示，以出绳通道45的出绳点为原点，建立空间直角坐标系O-XYZ，Fs的力分量投影在XOY平面(测力平面)，分别为Fx、Fy，第二力传感器42和第三力传感器43分别测得Fx、Fy；记Fx与Fs投影的夹角为ax，记Fy与Fs投影的夹角为ay，记Fs与Fs投影的夹角为axy，记Fs的投影力为Fxoy，则：
Figure BDA0003568295510000121
cos(ax)＝Fx/Fxoy
cos(ay)＝Fy/Fxoy
cos(axy)＝Fxoy/Fs
记手柄5(拉绳8的出绳端)的位置为Ph，则在空间直角坐标系O-XYZ中，计算如下：
Figure BDA0003568295510000122
其中，Fx、Fy、Fs和L均为可测得的已知值，通过以上计算，则可实时获取手柄5当前的位置坐标以及拉力大小。
将上述数据信息无线传输至人机交互软件中，则可用于交互运算，例如控制游戏中目标的位置(x、y坐标)，力大小(z坐标)，并根据游戏的设计实时控制拉力的大小，从而实现良好的人机交互体验，引导康复或锻炼人员按要求完成训练任务，大大提高训练精度和训练效果。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：包括基座(1)、绕卷装置(2)、拉力测量装置(3)和拉力分量测量装置(4)，所述绕卷装置(2)包括框架(21)、角度编码器(22)，以及设置在框架(21)上的卷筒(23)和卷筒驱动件(24)，所述卷筒驱动件(24)用于驱动卷筒(23)转动，所述角度编码器(22)用于监测卷筒(23)的旋转角度，所述拉绳(8)沿卷筒(23)的轴向依次绕设在卷筒(23)上；
所述拉力测量装置(3)包括第一力传感器(31)，所述拉力分量测量装置(4)包括测力框(41)、第二力传感器(42)和第三力传感器(43)，所述第一力传感器(31)、第二力传感器(42)、第三力传感器(43)和测力框(41)均设置在基座(1)上，所述框架(21)沿卷筒(23)的径向滑动设置在基座(1)上，所述第一力传感器(31)与框架(21)相对设置，所述测力框(41)在与卷筒(23)轴向平行的测力平面内活动设置，所述测力框(41)上贯穿有供拉绳(8)的牵引端穿过的出绳通道(45)，所述出绳通道(45)垂直于卷筒(23)的旋转轴线设置，所述第二力传感器(42)和第三力传感器(43)相互垂直设置在测力平面内，且均相对于测力框(41)设置。
2.根据权利要求1所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述绕卷装置(2)还包括绕线定位件(25)，所述绕线定位件(25)也设置在框架(21)上，所述绕线定位件(25)包括导向结构和导向驱动结构，所述卷筒(23)、导向驱动结构和导向结构依次传动连接，所述导向结构沿卷筒(23)的轴向滑动设置，所述导向结构上具有供拉绳(8)的牵引端穿过的导向通道(253)，所述拉绳(8)始终沿卷筒(23)的切向收放，所述拉绳(8)的牵引端依次穿过导向通道(253)和出绳通道(45)设置。
3.根据权利要求2所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：依次穿过所述导向通道(253)和出绳通道(45)的拉绳(8)的牵引端设置有手柄(5)；所述手柄(5)上设置有控制按键(51)、显示器(52)和振动马达。
4.根据权利要求2或3所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述导向结构包括滑块(251)，所述导向驱动结构包括带传动组件(254)、丝杆(255)和导杆(256)，所述丝杆(255)和导杆(256)均设置在框架(21)上，所述带传动组件(254)的主动轮设置在卷筒(23)上，所述带传动组件(254)的从动轮设置在丝杆(255)上，所述滑块(251)设置在丝杆(255)和导杆(256)上，所述滑块(251)上设置有两个第一导轮(252)，两个所述第一导轮(252)之间形成所述的导向通道(253)，所述拉绳(8)始终沿卷筒(23)的切线方向收放。
5.根据权利要求4所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述框架(21)上还设有两个第二导轮(257)，两个所述第二导轮(257)之间形成辅助通道(258)，所述辅助通道(258)和出绳通道(45)同轴设置，所述拉绳(8)的牵引端依次穿过导向通道(253)、辅助通道(258)和出绳通道(45)设置。
6.根据权利要求2或3所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述卷筒驱动件(24)包括伺服电机(241)和减速器(242)，所述伺服电机(241)、减速器(242)和卷筒(23)依次连接；所述框架(21)沿卷筒(23)的径向通过导轨结构(32)滑动设置在基座(1)上，且所述框架(21)的滑动方向与导向通道(253)和出绳通道(45)的方向一致。
7.根据权利要求2或3所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述测力框(41)通过安装轴设置在基座(1)上，且所述安装轴和测力框(41)之间在测力平面内具有活动间隙。
8.根据权利要求7所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述测力框(41)上设置有四个第三导轮(44)，四个所述第三导轮(44)绕出绳通道(45)的周向依次设置，且四个所述第三导轮(44)的周面相对设置围合成所述的出绳通道(45)，其中一组相对设置的两个所述第三导轮(44)上开设有与拉绳(8)匹配的导向环槽。
9.根据权利要求2或3所述的拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器，其特征在于：所述基座(1)上设置有外壳(6)，所述绕卷装置(2)、拉力测量装置(3)和拉力分量测量装置(4)均位于外壳(6)内，所述基座(1)的底端设置有吸盘(7)。
10.一种拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练的方法，其特征在于：使用如权利要求2～9任一项所述的康复训练器，该康复训练方法包括，用户牵引拉绳(8)的牵引端产生拉力，同时卷筒驱动件(24)驱动卷筒(23)旋转以缠绕收放拉绳(8)，通过角度编码器(22)记录卷筒(23)的旋转角度，得出拉绳(8)的出绳长度L，因拉绳(8)始终沿卷筒(23)的切向收放，拉绳(8)沿卷筒(23)的轴向依次缠绕，确保Fs＝Tj*R，其中，Fs为拉绳(8)的当前拉力，Tj为卷筒(23)的扭矩，R为卷筒(23)的半径，第一力传感器(31)测得Fs；再以出绳通道(45)的出绳点为原点，建立空间直角坐标系O-XYZ，Fs的力分量投影在XOY平面，分别为Fx、Fy，第二力传感器(42)和第三力传感器(43)分别测得Fx、Fy，根据Fs、Fx、Fy反算出拉绳(8)的出绳角度，再根据拉绳(8)的出绳长度L，计算得拉绳(8)的牵引端的当前位置坐标，将上述拉绳(8)的当前拉力Fs，以及拉绳(8)的牵引端的当前位置坐标无线传输至人机交互软件中用于交互运算。
CN202210314047.XA 2022-03-28 2022-03-28 拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法 Active CN114470620B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210314047.XA CN114470620B (zh) 2022-03-28 2022-03-28 拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210314047.XA CN114470620B (zh) 2022-03-28 2022-03-28 拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114470620A CN114470620A (zh) 2022-05-13
CN114470620B true CN114470620B (zh) 2022-08-23

Family

ID=81488675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210314047.XA Active CN114470620B (zh) 2022-03-28 2022-03-28 拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114470620B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024023866A1 (en) * 2022-07-28 2024-02-01 Akuis S.R.L. Exercise machine
WO2024023865A1 (en) * 2022-07-28 2024-02-01 Akuis S.R.L. Exercise machine
CN115253159B (zh) * 2022-08-22 2023-12-19 哲思哲道(威海)科技有限公司 一种可智能调控原点位置的训练器
CN115650090B (zh) * 2022-12-26 2023-05-26 深之蓝海洋科技股份有限公司 多角度收放缆装置

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2411019Y (zh) * 1999-12-29 2000-12-20 丁慧生 反作用力发生器
CN101595055A (zh) * 2006-12-01 2009-12-02 伊藤超短波株式会社 牵引装置及牵引装置的绳索卷绕机构
DE102013010499A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-08 Eugen Fröhlich Trainingsvorrichtung
CN205586467U (zh) * 2016-04-25 2016-09-21 广州市三甲医疗信息产业有限公司 智能助力系统
CN206391424U (zh) * 2017-01-10 2017-08-11 南通铁人运动用品有限公司 恒阻力气动箱
CN207980314U (zh) * 2018-03-15 2018-10-19 王建忠 神经内科用康复训练架
CN109621330A (zh) * 2017-10-09 2019-04-16 北京力动科技有限公司 一种力量训练系统及电控方法
CN109893835A (zh) * 2019-04-29 2019-06-18 合肥工业大学 一种可计算做功的牵引式加载装置
CN110090418A (zh) * 2019-05-28 2019-08-06 哈尔滨工程大学 一种绳索悬吊式航天员微重力环境模拟训练装置及训练方法
CN110354442A (zh) * 2019-08-13 2019-10-22 袁远 力量检测组件及健身设备
CN111530048A (zh) * 2019-12-31 2020-08-14 沈恒 一种新型划船机及其数据采集的应用方法
CN113069727A (zh) * 2021-04-29 2021-07-06 青岛英派斯健康科技股份有限公司 一种训练器及其旋转装置
CN113735005A (zh) * 2021-11-05 2021-12-03 新乡玉镜智能科技有限公司 一种电助力牵引装置及控制方法
CN113908495A (zh) * 2021-09-16 2022-01-11 万步健康科技（江门）有限公司 运动监测和运动管理的拉力计及其系统、配置方法
CN215916349U (zh) * 2021-09-07 2022-03-01 永康市锋爵工贸有限公司 一种拉力训练装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180021629A1 (en) * 2016-07-20 2018-01-25 Strive VR, LLC Interactive and Dynamic Fitness System
DE102017124194A1 (de) * 2017-10-17 2019-04-18 Otto Männer GmbH Überwachungsgerät für eine spritzgussform
US11331538B2 (en) * 2018-08-07 2022-05-17 Interactive Strength, Inc. Interactive exercise machine data architecture

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2411019Y (zh) * 1999-12-29 2000-12-20 丁慧生 反作用力发生器
CN101595055A (zh) * 2006-12-01 2009-12-02 伊藤超短波株式会社 牵引装置及牵引装置的绳索卷绕机构
DE102013010499A1 (de) * 2013-06-25 2015-01-08 Eugen Fröhlich Trainingsvorrichtung
CN205586467U (zh) * 2016-04-25 2016-09-21 广州市三甲医疗信息产业有限公司 智能助力系统
CN206391424U (zh) * 2017-01-10 2017-08-11 南通铁人运动用品有限公司 恒阻力气动箱
CN109621330A (zh) * 2017-10-09 2019-04-16 北京力动科技有限公司 一种力量训练系统及电控方法
CN207980314U (zh) * 2018-03-15 2018-10-19 王建忠 神经内科用康复训练架
CN109893835A (zh) * 2019-04-29 2019-06-18 合肥工业大学 一种可计算做功的牵引式加载装置
CN110090418A (zh) * 2019-05-28 2019-08-06 哈尔滨工程大学 一种绳索悬吊式航天员微重力环境模拟训练装置及训练方法
CN110354442A (zh) * 2019-08-13 2019-10-22 袁远 力量检测组件及健身设备
CN111530048A (zh) * 2019-12-31 2020-08-14 沈恒 一种新型划船机及其数据采集的应用方法
CN113069727A (zh) * 2021-04-29 2021-07-06 青岛英派斯健康科技股份有限公司 一种训练器及其旋转装置
CN215916349U (zh) * 2021-09-07 2022-03-01 永康市锋爵工贸有限公司 一种拉力训练装置
CN113908495A (zh) * 2021-09-16 2022-01-11 万步健康科技（江门）有限公司 运动监测和运动管理的拉力计及其系统、配置方法
CN113735005A (zh) * 2021-11-05 2021-12-03 新乡玉镜智能科技有限公司 一种电助力牵引装置及控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
上肢康复机器人研究进展综述;徐东,徐晗,李益斌,张珝,李晓龙;《现代信息科技》;20200416;第4卷(第16期);142-148 *
双杠测力传感器的研制和应用;孟宪林;《河南师范大学学报(自然科学版)》;19840930(第03期);131-140 *
多模式柔索驱动航天员训练机器人力控制;邹宇鹏等;《宇航学报》;20150530;第36卷(第05期);566-573 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114470620A (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114470620B (zh) 拉绳式三维轨迹追踪和力反馈康复训练器及其方法
CN112805073B (zh) 带镜面显示器的交互式健身器系统
EP3341089B1 (en) Strength training device using magnetorheological fluid clutch apparatus
EP1631421B1 (en) System for motion improvement
JP4366185B2 (ja) ケーブル駆動による力フィードバックを有するインタフェース装置及び４個の接地されたアクチュエータ
JP6496369B2 (ja) 長さ測定装置
CN206154320U (zh) 手臂运动姿态捕捉器及机器人手臂运动系统
Samur et al. Design and evaluation of a novel haptic interface for endoscopic simulation
CN101739129B (zh) 一种具有抓持力反馈的四自由度柔索驱动人机交互装置
WO2022197406A1 (en) Form feedback
WO2021128789A1 (zh) 一种阻力装置
JP4715394B2 (ja) 筋力トレーニングシステム
KR20010028461A (ko) 장착형 반직접 구동방식의 역감제시 기구
WO2022204869A1 (zh) 一种力反馈装置及其应用
CN209496333U (zh) 力反馈操作台
US11878204B2 (en) First repetition detection
US8746103B2 (en) Mechanical linkage
Samur et al. Experimental evaluation of a haptic interface for endoscopic simulation
JP2002250615A (ja) 位置変換器
CN215338666U (zh) 一种运动轨迹和功率测量装置、系统
CN107945603B (zh) 一种两自由度虚拟手术的力反馈装置
CN206863692U (zh) 拉绳三维定位装置
CN214224033U (zh) 一种vr定位跟踪系统
Xu et al. Design of a Cable-Driven Interactive Rehabilitation Device with 3D Trajectory Tracking and Force Feedback
KR102340836B1 (ko) 근력운동장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant