基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步系统及方法与流程

技术特征：

1.基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步系统，其特征在于，包括：悬吊装置、下肢矫形器和跑步机，所述悬吊装置与所述下肢矫形器连接，所述下肢矫形器与所述跑步机连接。

2.一种采用权利要求1所述的基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步方法，其特征在于，包括：悬吊装置、下肢矫形器和跑步机，所述悬吊装置与所述下肢矫形器连接，所述下肢矫形器与所述跑步机连接；在周期内，使得下肢矫形器的运动速度与跑步机同步；并且，在某个瞬间内，使得下肢矫形器的运动速度与跑步机同步。

3.根据权利要2所述的基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步方法，其特征于，所述在周期内，使得下肢矫形器与跑步机同步，计算步骤如下：

S1：计算下肢矫形器与跑步机传送带同步时的周期

在进行步态训练时，设置跑步机传送带的运行速度为VTM，单位为Km/h，步态的步长为Ls，则能够计算出整个步态运动的周期Ts为：

S2：根据步态运动的周期Ts，计算出下肢矫形器各个关节的角频率ωT，即：

S3：根据下肢矫形器各个关节的角频率ωT，计算出求髋关节与膝关节的角位移分别为：

式中，qH(t)为髋关节角位移，qk(t)为膝关节角位移，a10,a1n,a20,a2n,b2n(n＝1,...,5)是傅里叶级数的系数，其中，傅里叶级数的系数为常数。

S4：根据髋关节与膝关节的角位移，获得在整个步态运动周期Ts内髋关节与膝关节的运动轨迹；使得下肢矫形器满足S3中计算出的运动轨迹，则能够获得在周期Ts内，下肢矫形器的各个关节的运动速度与跑步机的速度同步。

4.根据权利要求2所述的基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步方法，其特征于，所述在某个瞬间内，使得下肢矫形器的运动速度与跑步机同步，则同步方法如下：

将下肢矫形器其中某支腿底中心记为A点，脚底中心A在基坐标O下的x方向位置记为PA1，将跑步机传送带上的该点记为B点，其在下肢矫形器基坐标O下的x方向位置记为PB1；

在支撑期开始时刻记为t10，即腿脚跟与跑步机传送带接触的时刻，且PA1＝PB1；

在支撑期结束时刻为t20，腿脚尖与跑步机传送带恰好分离的时刻，则B点在基坐标O下的位置记为PB2，A点在基坐标系O的位置记为PA2，为保持腿脚尖离开跑步机传送带时使下肢矫形器与跑步机传送带保持同步，则必须使PA2＝PB2。

5.根据权利要求4所述的基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步方法，其特征于，所述下肢矫形器与所述跑步机同步的瞬间同步的计算步骤如下：

S5：令髋关节与膝关节的角位移为：

式中，kp为比例因子，ωT为周期同步时求出的关节角位移的角频率，并计算出瞬间同步的步态周期T为

S6：在t10时刻，即用户的脚尖开始与跑步机传送带刚开始接触的时刻，髋关节与膝关节对应的角位置分别为qH10与qK10，由S5能够求出腿脚底中心A在基坐标系O下的位置PA1，即：

PA1＝L1sinqH10+L2sin(qH10-qK10) (7)

其中，L1为大腿腿长，L2为小腿腿长；

则能够求得t10时刻跑步机传送带B点的位置PB1，即：

PB1＝PA1 (8)

S7：在t20时刻，根据跑步机的速度VTM求出跑步机传送带B点的位置PB2，即：

S8：在t20时刻，髋关节与膝关节的角位置分别为qH20与qK20，则腿脚底中心A在基坐标系O下的位置PA2，即：

PA2＝L1sinqH20+L2sin(qH20-qk20) (10)

S9：若PA2＝PB2，则在脚尖离开跑步机传送带时，保证下肢矫形器与跑步机的瞬间同步，否则就需要改变下肢矫形器的速度即角频率ω来适应跑步机的速度。

6.根据权利要求5所述的基于跑步机训练下肢机器人康复的运动同步方法，其特征于，所述S9还包括：

计算出t20时刻跑步机传送带与腿脚底中心的偏差DPos，即：

DPos＝PA2-PB2 (11)

令error为允许误差值，若|DPos|＞error且DPos＞0，则降低下肢矫形器各关节的速度，即减小kp，然后重复S5至S9；若|DPos|＞error且DPos＜0，则增大下肢矫形器各关节的速度，即增大kp，然后重复S5至S9；若|DPos|＜error，则下肢矫形器各关节速度不发生变化，kp保持不变，根据实际测试情况，将kp的更新率定为：

kp＝kp-DPos (12)。