CN114748307A - 基于用户识别的下肢训练设备及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了基于用户识别的下肢训练设备，所述设备包括角度传感器、机械腿支架、机械腿重力传感器、电机和控制器，所述角度传感器用于获取所述机械腿支架的角度，所述机械腿重力传感器用于获取机械腿重力，所述控制器分别与所述角度传感器、机械腿重力传感器、电机连接，所述角度传感器和所述机械腿重力传感器将获取的角度和机械腿重力发送至所述控制器，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出。本申请通过软件控制电机输出，消除机械腿的重力，有效解决治疗师无法对患者腿部活动范围的评估的技术问题，便于治疗师摆动机械腿，对患者活动范围进行评估。

Description

基于用户识别的下肢训练设备及方法

技术领域

本申请涉及医疗设备领域，尤其是一种基于用户识别的下肢训练设备及方法。

背景技术

康复医疗设备广泛应用于患者的下肢康复。相关康复医疗设备技术具有以下缺点：无法对患者腿部活动范围进行评估，治疗师需主观根据患者情况手动设置患者腿部活动范围，存在较强的主观因素，设置不当可能对患者造成损害；在设备使用过程中，治疗师需要根据患者身高手动调节腿长，效率低，且在调节过程难以保证患者足底受力的统一性，调节不当，可能给患者足底过大压力而造成患者损伤；无法对患者信息与训练设置进行关联，每次训练前需要根据不同患者对训练参数进行手动调整，在不同用户使用时，治疗师需要重新获取用户新后，重新设置，调整用户的训练设置信息，容易误操作导致信息设置偏差过大，影响治疗安全性。

因此，相关技术存在的上述技术问题亟待解决。

发明内容

本申请旨在解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请实施例提供一种基于用户识别的下肢训练设备及方法，能够提高下肢训练时的效率和安全性。

根据本申请实施例一方面，提供一种基于用户识别的下肢训练设备，所述设备包括角度传感器、机械腿支架、机械腿重力传感器、电机和控制器，所述角度传感器用于获取所述机械腿支架的角度，所述机械腿重力传感器用于获取机械腿重力，所述控制器分别与所述角度传感器、机械腿重力传感器、电机连接，所述角度传感器和所述机械腿重力传感器将获取的角度和机械腿重力发送至所述控制器，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出。

在其中一个实施例中，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出，包括：

所述控制器根据所述角度和机械腿重力计算电机输出量；

所述控制器将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

在其中一个实施例中，在所述控制器根据所述角度和机械腿重力计算电机输出量中，计算公式包括：

F₁＝F*cosθ

F＝G

其中，F₁为计算获得的所述电机输出量，F为机械腿重力传感器获得的重力值，G为机械腿重力，θ为所述机械腿支架的角度。

在其中一个实施例中，所述控制器将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量，包括：

所述控制器控制所述电机的输出力矩和输出力大小，使得所述电机的输出量与计算获得的所述电机输出量一致。

在其中一个实施例中，所述设备还包括设备自动调节身高模块，所述设备自动调节身高模块包括电动推杆、直线导轨、床架和脚踏板结构；

所述床架通过第一连接件与所述电动推杆的一端连接；

脚踏板结构通过第二连接件与所述电动推杆的另一端连接；

所述直线导轨由所述光轴、第一轴承座和第二轴承座构成，其中，所述第一轴承座设置在所述床架上，所述第二轴承座设置在所述脚踏板结构上。

在其中一个实施例中，所述设备自动调节身高模块还包括身高数据获取装置、床架控制器和脚踏板控制器，所述身高数据获取装置用于获取用户身高数据，所述脚踏板控制器用于根据所述用户身高数据控制所述脚踏板结构进行位移，当脚踏板上的机械腿重力传感器受到一定机械腿重力后自动停止。

根据本申请实施例一方面，提供一种基于用户识别的下肢训练方法，应用于如权利要求1-6所述的基于用户识别的下肢训练设备，所述方法包括：

获取机械腿支架的角度和机械腿重力；

根据所述机械腿支架的角度和机械腿重力计算电机输出量；

将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：控制所述电机的输出力矩和输出力大小，使得所述电机的输出量与计算获得的所述电机输出量一致。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

获取用户身高数据；

根据所述用户身高数据控制所述脚踏板结构进行位移。

根据本申请实施例一方面，提供一种基于用户识别的下肢训练装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取机械腿支架的角度和机械腿重力；

计算模块，用于根据所述机械腿支架的角度和机械腿重力计算电机输出量；

调整模块，用于将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

本申请实施例提供的基于用户识别的下肢训练设备的有益效果为：本申请通过软件控制电机输出，消除机械腿的重力，有效解决治疗师无法对患者腿部活动范围的评估的技术问题，便于治疗师摆动机械腿，对患者活动范围进行评估。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练设备的结构图；

图2为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练设备中的设备自动调节身高模块的放大结构图；

图3为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

康复医疗设备广泛应用于患者的下肢康复。相关康复医疗设备技术具有以下缺点：无法对患者腿部活动范围进行评估，治疗师需主观根据患者情况手动设置患者腿部活动范围，存在较强的主观因素，设置不当可能对患者造成损害；在设备使用过程中，治疗师需要根据患者身高手动调节腿长，效率低，且在调节过程难以保证患者足底受力的统一性，调节不当，可能给患者足底过大压力而造成患者损伤；无法对患者信息与训练设置进行关联，每次训练前需要根据不同患者对训练参数进行手动调整，在不同用户使用时，治疗师需要重新获取用户新后，重新设置，调整用户的训练设置信息，容易误操作导致信息设置偏差过大，影响治疗安全性。

为了解决上述问题，本申请提出了一种基于用户识别的下肢训练设备。

图1和图2中，图例包括：床架-1、连接件-2、电动推荐-3、轴承座-4(第一轴承座4-1、第二轴承座4-2)、光轴-5、脚踏板结构-6、脚踏板-7、控制器-8、电机线圈-9。

图1为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练设备的结构图，如图1所示，本申请提供一种基于用户识别的下肢训练设备，所述设备包括角度传感器、机械腿支架、机械腿重力传感器、电机和控制器，所述角度传感器用于获取所述机械腿支架的角度，所述机械腿重力传感器设置在所述机械腿支架上，用于获取所述机械腿重力，所述控制器分别与所述角度传感器、机械腿重力传感器、电机连接，所述角度传感器和所述机械腿重力传感器将获取的角度和机械腿重力发送至所述控制器，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出。

本实施例通过软件控制电机输出，消除机械腿的重力，有效解决治疗师无法对患者腿部活动范围的评估的技术问题，便于治疗师摆动机械腿，对患者活动范围进行评估。

在本实施例的下肢训练设备中，角度传感器用来检测机械腿支架的角度。角度传感器中有一个孔可以配合固定的轴。当连结到RCX上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关，当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0。因此，在使用本实施例的下肢训练设备时，技术人员可以在机械腿支架在某一角度时将角度传感器置零，此时角度传感器测量的角度为机械腿相对于置零时的机械腿位置的角度，其作用在于提高了机械腿使用的灵活性，治疗师在使用过程中可以将机械腿设置在任意角度并检测机械腿相对于置零时的机械腿位置的角度，并记录角度数据以获取患者康复治疗时的康复情况。

具体地，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出，包括：所述控制器根据所述角度和机械腿重力计算电机输出量；所述控制器将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。其中，在所述控制器根据所述角度和机械腿重力计算电机输出量中，计算公式包括：

F₁＝F*cosθ

F＝G

其中，F₁为计算获得的所述电机输出量，F为所述机械腿重力传感器获得的重力值，G为机械腿重力，θ为所述机械腿支架的角度。

需要说明的是，本实施例中控制器根据角度和机械腿重力来计算得到电机的输出量，原理在于：设备通过角度传感器获取机械腿的角度数据，通过设备MCU下位机软件，计算当前机械腿支架在不同角度的重力G1＝G*cosθ，其中，G1为重力在不同角度的分力，G为机械腿重力，θ为机械腿抬起的角度。通过控制电机输出力矩在不同位置时输出，抵消机械腿重力。

具体地，所述控制器将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量，包括：所述控制器控制所述电机的输出力矩和输出力大小，使得所述电机的输出量与计算获得的所述电机输出量一致。

可选地，所述下肢训练设备还包括设备自动调节身高模块，图2为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练设备中的设备自动调节身高模块的放大结构图，如图2所示，所述设备自动调节身高模块包括电动推杆3、直线导轨、床架1和脚踏板结构6；所述床架通过第一连接件与所述电动推杆3的一端连接；脚踏板结构6通过第二连接件与所述电动推杆3的另一端连接；所述直线导轨由所述光轴、第一轴承座和第二轴承座构成，其中，所述第一轴承座设置在所述床架上，所述第二轴承座设置在所述脚踏板结构6上。

具体地，本申请中的设备自动调节身高模块能够自动识别用户身高数据后自动调节推杆3伸缩，可带动光轴前后移动，从而使床架1和脚踏板结构6产生位移，从而实现身高的自动调节。当不同身高的使用者使用本实施例的下肢训练设备时，设备能够自动地根据使用者的身高调整设备部件的位置(例如床架和脚踏板结构)，使设备部件尽可能贴合使用者的身体。

基于上述方案，本申请的设备具有自动腿长功能，可通过腿长自动调节使脚踏板与脚部接触时的压紧程度，无需人工手动操作，方便，省力，无需一直操作，设备自动调节完成后停止，可使操作者节约操作时间，提高效率，而且使设备踏板与脚部足底受力的统一性，保护患者。

可选地，所述设备自动调节身高模块还包括身高数据获取装置、床架控制器和脚踏板控制器，所述身高数据获取装置用于获取用户身高数据，所述脚踏板控制器用于根据所述用户身高数据控制所述脚踏板结构进行位移，当脚踏板上的机械腿重力传感器受到一定机械腿重力后自动停止。

此外，本申请还提供了基于用户识别的下肢训练方法应用于如上述基于用户识别的下肢训练设备，图3为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练方法的流程图，如图3所示，所述方法包括：

S301、获取机械腿支架的角度和机械腿重力。

S302、根据所述机械腿支架的角度和机械腿重力计算电机输出量。

S303、将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

可选地，所述方法还包括：控制所述电机的输出力矩和输出力大小，使得所述电机的输出量与计算获得的所述电机输出量一致。

下肢智能反馈训练系统是一款适用于成人脑卒中恢复期下肢功能障碍康复治疗的设备。它可让患者在站立训练的同时，通过驱动腿带动下肢运动，高仿真地模拟人正常走路时下肢的运动，有利于脑卒中患者早期步行模式的建立，通过运动训练可保持和改善神经系统的兴奋性，灵活性和协调性；让不具备站立能力的患者可以在卧位下行走。具体地，本说明书将本申请提供的基于用户识别的下肢训练设备和方法应用于下肢智能反馈训练系统，具体过程如下：

(1)通过设备的角度传感器获取机械腿的角度数据

(2)通过设备MCU下位机软件计算当前机械腿支架4在不同角度的重力G1＝G*cosθ，其中，G1为重力在不同角度的分力，G为机械腿重力，θ为机械腿抬起的角度。

(3)通过控制电机1输出力矩在不同位置时输出，抵消机械腿重力，患者绑好机械腿后，治疗师可轻松摆动机械腿，对患者活动范围进行评估，并保存患者的活动范围。

此外，为了能够实现腿长调节功能方案，所述方法还包括：获取用户身高数据；根据所述用户身高数据控制所述床架进行位移；根据所述用户身高数据控制所述脚踏板结构进行位移，当脚踏板上的机械腿重力传感器受到一定机械腿重力后自动停止。

图4为本申请实施例提供的一种基于用户识别的下肢训练装置的示意图，如图4所示，所述装置包括：

获取模块401，用于获取机械腿支架的角度和机械腿重力。

计算模块402，用于根据所述机械腿支架的角度和机械腿重力计算电机输出量。

调整模块403，用于将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

上述的方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述的方法实施例相同。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本申请的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请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。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.基于用户识别的下肢训练设备，其特征在于，所述设备包括角度传感器、机械腿支架、机械腿重力传感器、电机和控制器，所述角度传感器用于获取所述机械腿支架的角度，所述机械腿重力传感器用于获取机械腿重力，所述控制器分别与所述角度传感器、机械腿重力传感器、电机连接，所述角度传感器和所述机械腿重力传感器将获取的角度和机械腿重力发送至所述控制器，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出。

2.根据权利要求1所述的基于用户识别的下肢训练设备，其特征在于，所述控制器根据所述角度和机械腿重力控制所述电机的输出，包括：

所述控制器根据所述角度和机械腿重力计算电机输出量；

所述控制器将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

3.根据权利要求2所述的基于用户识别的下肢训练设备，其特征在于，在所述控制器根据所述角度和机械腿重力计算电机输出量中，计算公式包括：

T₁＝F*cosθ

F＝G

其中，F₁为计算获得的所述电机输出量，F为机械腿重力传感器获得的重力值，G为机械腿重力，θ为所述机械腿支架的角度。

4.根据权利要求2所述的基于用户识别的下肢训练设备，其特征在于，所述控制器将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量，包括：

所述控制器控制所述电机的输出力矩和输出力大小，使得所述电机的输出量与计算获得的所述电机输出量一致。

5.根据权利要求1所述的基于用户识别的下肢训练设备，其特征在于，所述设备还包括设备自动调节身高模块，所述设备自动调节身高模块包括电动推杆、直线导轨、床架和脚踏板结构；

所述床架通过第一连接件与所述电动推杆的一端连接；

脚踏板结构通过第二连接件与所述电动推杆的另一端连接；

所述直线导轨由所述光轴、第一轴承座和第二轴承座构成，其中，所述第一轴承座设置在所述床架上，所述第二轴承座设置在所述脚踏板结构上。

6.根据权利要求5所述的基于用户识别的下肢训练设备，其特征在于，所述设备自动调节身高模块还包括身高数据获取装置、床架控制器和脚踏板控制器，所述身高数据获取装置用于获取用户身高数据，所述脚踏板控制器用于根据所述用户身高数据控制所述脚踏板结构进行位移，当脚踏板上的机械腿重力传感器受到一定机械腿重力后自动停止。

7.基于用户识别的下肢训练方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6所述的基于用户识别的下肢训练设备，所述方法包括：

获取机械腿支架的角度和机械腿重力；

根据所述机械腿支架的角度和机械腿重力计算电机输出量；

将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

8.根据权利要求7所述的基于用户识别的下肢训练方法，其特征在于，所述方法还包括：控制所述电机的输出力矩和输出力大小，使得所述电机的输出量与计算获得的所述电机输出量一致。

9.根据权利要求7所述的基于用户识别的下肢训练方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取用户身高数据；

根据所述用户身高数据控制所述脚踏板结构进行位移。

10.基于用户识别的下肢训练装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取机械腿支架的角度和机械腿重力；

计算模块，用于根据所述机械腿支架的角度和机械腿重力计算电机输出量；

调整模块，用于将所述电机的输出量调整为获得的所述电机输出量。

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