CN115300326A - 一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***和方法，六杆***至少包括控制模块、驱动设备、第一可变杆长组件和第二可变杆长组件。第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接。控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：获取患者的身形参数，对患者的身形参数进行分析而后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据。调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长。控制模块控制驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。可模拟不同杆长运动轨迹的方法包括以下步骤：调整可变杆长组件的杆长。

Description

一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***及方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***及方法。
背景技术
对患有慢性病的老年人和永久残疾患者等存在行动障碍的人群采用智能外骨骼机器人辅助康复训练能够在一定程度上代替专业康复训练师辅助患者恢复运动能力。智能外骨骼机器人通过模拟人体的下肢运动轨迹，带动患者完成相关康复动作，重塑肢体与中枢神经之间的联系，恢复患者的肢体自主运动功能。
智能外骨骼机器人有电机驱动、液压驱动、气缸驱动和启动人工肌肉驱动等多种方式，其中电机驱动相较于其余驱动方式控制更简单，且控制精度更易于保证。机器人包括能够灵活模拟空间所需轨迹的多自由度机器人和仅能模拟单一轨迹的单自由度机器人。多自由度机器人需要计算多个关节的扭矩并控制设置于每个关节的电机驱动，在使用过程中机器人的制作、控制和维修成本高。由于康复运动过程中多为单一动作的多次重复，因此只需要一个电机驱动的、稳定性和制作成本更低的单自由度机器人为更优的选择。
例如，CN110840711A公开了一种基于六杆机构的单自由度下肢康复机器人，包括机架、扶手、瓦特I型六杆机构、脚踏板、电机以及减重背心；所述扶手与机架一体设置，所述减重背心固定在机架上用于固定和支撑使用者的上身，所述机架上左右对称设置两个瓦特I型六杆机构，所述六杆机构包括曲柄杆AB、三角形杆BCE、三角形杆CDF、连杆FG和连杆GEH，其中连杆GEH由彼此呈一固定角度的杆GE和杆EH在E端一体连接组成，曲柄杆AB为驱动端，杆EH为执行端，曲柄杆AB与三角形杆BCE通过B端铰接，三角形杆BCE与三角形杆CDF通过C端铰接，三角形杆CDF的F端与连杆GEH的G端之间铰接有连杆FG，连杆GEH与三角形杆BCE通过E端铰接，六杆机构的A端固定一连接轴穿过机架并与传动机构输出端连接，六杆机构的D端通过连接轴转动连接在机架上，电机通过传动机构连接六杆机构的驱动端，六杆机构的执行端通过脚踏板弯管与脚踏板连接，在电机的驱动下六杆机构运动，并使脚踏板以一定的速度模拟人体步态轨迹。六杆结构各个连杆的长度通过优化设计得到。
上述六杆机构在单一电机的驱动下能够带动脚踏板模拟人体的步态轨迹，在使用时，康复人员能够通过穿戴该下肢康复机器人进行康复训练。但上述六杆机构在使用的过程中仅仅能够模拟单一的运动轨迹，而由于不同患者的身形参数不同，患者的各个关节的运动轨迹也各有差异，该下肢康复机器人无法针对不同的患者提供契合患者的运动轨迹，导致患者的实际康复运动效果与理想的康复训练效果存在难以估计的差异，使用的过程中仍然存在局限性，并且由于下肢康复机器人本身的成本较高，针对不同患者个性化定制最优尺寸的康复机器人难以实现，因此提升下肢康复机器人的普适性是十分必要的且具有较高的经济价值。
现有的单自由度康复训练机器人除运动轨迹单一以外，还存在适应性差的问题。现有的单自由度康复训练机器人在使用的过程中，左右腿的康复训练结构和运动轨迹相似，而对于一些左右脚长短不同、肢体残缺、关节外翻等特殊患者而言，其左右脚的运动轨迹无法做到一致，在康复训练时，上述现有装置并不适用。
CN106137674B公开了一种下肢康复训练外骨骼装置，包括：一支撑组件，所述支撑组件由一固定于地面的下支架、一与下支架固定连接的中支架以及一位于中支架上端且通过调节机构连接的上支架构成；一安装于所述上支架上的弹簧组件，所述弹簧组件用于调节上肢对下肢的压力；一安装于所述下支架上的动力组件，所述动力组件输出的动力一部分通过脚端传送带送至脚步构件，另一部分通过轴端传送带送至大腿组件，所述大腿组件包括一与轴端传送带相连的上传动轴和一与所述上传动轴连接的大腿端传送带。依据调速装置、调力装置和传动装置之间的有效配置、机构的合理设计、驱动装置位置和数量的合理使用，该现有技术使装置能够适用于肌力较弱的残疾人和老年人，但仍然未能摆脱驱动装置数量多，配置成本高和适用性差的问题；并且在实际的使用过程中，患者进行康复训练时同时需要训练左右肢的协调性能，刺激神经回路，辅助患者快速恢复，也加速患者回归社会生活；但上述的装置在使用时***同时控制患者的左右肢体的驱动装置和调力装置，与此同时需要处理的数据繁多，而各机构在接收到控制信号的同时还存在不同时长的反应延迟，在训练时各机构的协调性能差，康复效果难以保证，因此需要进行改进。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，利用单一的驱动装置，能够驱动可变杆长组件模拟多条运动轨迹，节约成本，数据不需要实时计算，延迟少，左右肢体协调活动准确性高；在低成本的基础上，对不同身形的患者的适应性强，尤其适用于左右下肢肌力不平衡或缺损的残疾患者，能够根据不同残疾程度的患者提供针对性的运动轨迹，也可根据患者的肌力恢复进程提供进阶的运动轨迹，使用灵活性高。
具体方案如下，一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，至少包括控制模块、驱动设备、连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件。第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接。
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。
这样设置的有益之处在于：
(1)调整杆长以调整运动轨迹的方式相较于通过实时反馈控制多个驱动组件来调整运动轨迹的方式节省大量的使用成本和维护成本，并且只需要控制一个驱动组件，数据提前处理，所需要搭载的数据处理模块要求低，数据延迟少，更有利于患者双下肢的运动协调；
(2)对患者的身形参数进行分析后，能够输出高度适应患者身形的运动轨迹，在按照既定轨迹运行时，患者的各个关节角度吻合实际运动过程中的关节角度，实际训练效果与理想训练效果较为吻合；
(3)使用风险小，机械装置能够采用提前检查的方式规避使用过程中损坏的问题，而数据运行程序和电控发生损坏的规避难度大，并且后果难以预料，使用安全性较差。
根据一种优选的实施方式，输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据的方法为：
分析患者的身形数据，结合康复训练运动数据库，得出患者在将进行的康复训练中的下肢运动轨迹；
定义可变杆长组件的参数，输入患者的下肢运动轨迹，使用多目标优化算法迭代出一系列最有用的参数组合解；
选取最优的参数组合解，输出该参数组合解。
通过精密的计算过程，选取出的最优组合解为最适合使用者身形的，并且，左右下肢的杆长组合能够不同，尤其适合左右下肢本身存在结构或肌力差异的患者使用；对于左右下肢本身协调性差的患者而言，通过主动恢复的方式患者难以感受到左右下肢协调时的肌肉感受，而通过对左右下肢进行联合控制，能够协调带动患者的下肢，患者能够在训练的过程中跟随运动轨迹感受各个肌肉的力量变化，以训练患者的神经回路，该方法十分有利于患者的康复。
根据一种优选的实施方式，得出患者在将进行的康复训练中的下肢运动轨迹的方法为：
分析患者左右下肢的残疾情况，确定患者的左右下肢与第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的连接点；
根据患者的左下肢与第一可变杆长组件的第一连接点计算第一连接点的运动轨迹，根据患者的右下肢与第二可变杆长组件的第二连接点计算第二连接点的运动轨迹；
分别输出第一连接点的运动轨迹和第二连接点的运动轨迹。
这样设置的有益之处在于，能够单独分区段对下肢的肌肉和关节进行训练，即使对于完整的下肢，当患者的小腿肌肉出现痉挛时，能够通过将连接点设置于小腿上部的方式带动患者的膝关节、髋关节和大腿部分的肌肉进行康复训练，而小腿部分跟随运动轨迹活动，有自主运动能力的患者能够自主控制跟随该轨迹轻微活动小腿部分，而不会由于小腿部分的肌肉痉挛而整体取消康复训练运动，有利于肌肉分区训练。
同样对于下肢部分残缺的患者，可以通过将连接点设置于残缺部分端部的方式，通过计算出不同的连接点的运动轨迹，同步协调患者现存的肢体部分按照正常步态的轨迹运动，活动肌肉部分，并且能够调整不同的连接点，避免单次训练时长过长而增加患者连接部位压力性损伤的风险，并且有利于残疾患者后期适应假肢行走。
根据一种优选的实施方式，可变杆长组件包括：曲柄杆件、三角杆件组A、三角杆件组B、连接杆件、执行杆件和杆件之间的旋转副。所述曲柄杆件与所述动力设备连接以获得驱动力并随所述动力设备带动做完整的圆周运动，所述三角杆件组A连接所述曲柄杆件和所述执行杆件以带动所述执行杆件运动。所述三角杆件组B与所述三角杆件组A连接，所述三角杆件组B通过所述连接杆件连接所述执行杆件，所述执行杆件背离所述连接杆件的一端与患者下肢连接，所述曲柄杆件、三角杆件组A、三角杆件组B、连接杆件和执行杆件中的至少一个杆长可变，以使得所述曲柄杆件在所述动力设备的带动下做圆周运动时，由于所述三角杆件组B与所述三角杆件组A的带动，所述执行杆件与患者下肢连接一端的运动轨迹能够改变。
根据一种优选的实施方式，所述曲柄杆件、所述三角杆件组A、所述三角杆件组B、所述连接杆件和所述执行杆件分别包括彼此通过滑槽结构连接的内杆和外杆。
采用将杆长分为内杆和外杆的方式使得杆长能够调节，并且滑槽的连接方式使得在内杆和外杆的相对位置发生变化时滑槽也能够限制内杆和外杆的相对转动，使得内杆和外杆始终保持平直，使得理论的参数定义与实际的杆件相互作用的误差减小。
根据一种优选的实施方式，“定义可变杆长组件的参数”具体为：根据选定的六杆机构构型的运动学分析，选择出能够完全表达出该构型末端点位置表达式的最少参数。优选地，如图12、13所示，六杆机构构型为watt-Ⅰ型。
根据一种优选的实施方式，六杆机构的左半部分可视为四杆机构进行处理。当六杆机构的左半部分被视为四杆机构时，图12中示出的B、C两点轨迹的函数表示为：
Figure BDA0003793894310000061
Figure BDA0003793894310000062
通过中间辅助角度的计算，获得目标点H在参考坐标系x'y'中的位置表达：
Figure BDA0003793894310000063
根据齐次坐标变换公式以获得目标点H点在世界坐标系xy下的位置函数：
Figure BDA0003793894310000064
中间辅助角度的计算参考：
Figure BDA0003793894310000065
Figure BDA0003793894310000066
Figure BDA0003793894310000067
Figure BDA0003793894310000068
Figure BDA0003793894310000069
Figure BDA00037938943100000610
Figure BDA0003793894310000071
Figure BDA0003793894310000072
Figure BDA0003793894310000073
Figure BDA0003793894310000074
Figure BDA0003793894310000075
Figure BDA0003793894310000076
Figure BDA0003793894310000077
根据一种优选的实施方式，定义可变杆长组件的具体组件参数能够为[l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9、xA、yA、θ1、η1、ψ0、σ、ψ1]，如表1所示。
根据一种优选的实施方式，“选取最优的参数组合解”的具体方法为：
将上述的组件参数输入NSGAⅡ-ARSBX算法以进行不同杆长可变的多目标的优化；
利用超体积评价指标对不同杆长优化解集的优劣进行对比；
从最优的优化解集中选取符合实际制作条件的参数组合解。
根据一种优选的实施方式，“选取最优的参数组合解”具体为：此处以对多条目标轨迹的拟合总误差最小及实际运行的稳定性更高为条件，最终选择了参数1-1作为可变的杆长参数。表1示出具体的最优参数组合解。
Figure BDA0003793894310000081
表1
本发明另一方面还提供一种残疾人康复训练***，至少包括控制模块、驱动设备连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件；
第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接；
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。
本发明另一方面还提供一种可模拟不同杆长运动轨迹的方法，其特征在于，至少包括控制模块、驱动设备连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件；
第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接；
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照第一轨迹运行，
在需要沿区别于第一轨迹的第二轨迹运行的情况下，改变所述可变杆长组件的至少一个杆长，随后基于所述驱动设备带动而沿第二轨迹往复运动。
本实施例另一方面还提供一种用于研究六杆组件的不同杆长的运动轨迹的实验***，包括如前述的可变杆长组件。
附图说明
图1为本发明提供的一种优选实施方式的瓦特一型六杆下肢康复机构试验机总体方案；
图2为本发明提供的一种优选实施方式的瓦特一型六杆下肢康复机构的外体框架示意图；
图3为本发明提供的一种优选实施方式的瓦特一型六杆下肢康复机构的可变杆长杆件组正视图；
图4为本发明提供的一种优选实施方式的可变杆长的曲柄杆件示意图；
图5为本发明提供的一种优选实施方式的曲柄杆件外杆的三维结构示意图；
图6为本发明提供的一种优选实施方式的曲柄杆件内杆的三维结构示意图；
图7为本发明提供的一种优选实施方式的三角杆件组A正侧示意图；
图8为本发明提供的一种优选实施方式的三角杆件组A背侧示意图；
图9为本发明提供的一种优选实施方式的三角杆件组B的三维结构示意图；
图10为本发明提供的一种优选实施方式的执行杆件示意图；
图11为本发明提供的一种优选实施方式的运动追踪模块运动捕捉设备安装示意图；
图12为本发明提供的一种优选实施方式的瓦特一型六杆下肢康复机构试验机原理图；
图13为本发明提供的一种优选实施方式的瓦特一型六杆下肢康复机构试验机数据分布图。
附图标记列表
100：外体框架；110：支撑支架；111：第一横杆；112：第二横杆；113：纵杆；120：曲柄安装杆；121：曲柄轴承座；130：电机安装杆；140：固定铰接点安装杆；141：固定铰接点轴承座；150：连接角码；200：电机安装模块；300：可变杆长组件；310：曲柄杆件；311：曲柄杆件外杆；312：曲柄杆件内杆；320：三角杆件组A；321：三角杆件组A外杆b；322：三角杆件组A外杆c；323：三角杆件组A外杆e；324：第一三角杆件块；330：三角杆件组B；331：三角杆件组B外杆c；332：三角杆件组B外杆d；333：三角杆件组B外杆f；334：第二三角杆件块；340：连接杆件；350：执行杆件；351：执行杆件外杆g；352：执行杆件外杆h；353：执行杆件内杆；360：旋转副；400：运动追踪模块。
具体实施方式
下面结合附图1-11进行详细说明。
实施例1
一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，至少包括控制模块、驱动设备、连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件。第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接。第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的端部连接有肢体固定组件和/或运动追踪模块400。运动追踪模块400用于监测第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的运动轨迹，以便对第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的运动轨迹进行确认或矫正。肢体固定组件用于将第一可变杆长组件和第二可变杆长组件连接至患者对应的肢体上，以便带动患者完成康复训练动作。
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
S1获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
S2调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
S3控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。
步骤S1中，获取患者的身形参数的方法能够是：使用者主动输入、从外界传感器处接收。患者的身形参数例如包括：一个步态周期内髋关节、膝关节以及踝关节的角度信息；患者的肢体残缺信息；患者的左右下肢肌力信息；患者的禁忌动作信息；身高、体重、腿长、肌力等。
如图3所示，可变杆长组件300包括：曲柄杆件310、三角杆件组A320、三角杆件组B330、连接杆件340、执行杆件350和杆件之间的旋转副360。
如图4所示，曲柄杆件310包括曲柄杆件外杆311和曲柄杆件内杆312。如图5所示的曲柄杆件外杆311与如图6所示的曲柄杆件内杆312通过滑槽结构连接，以便通过调整曲柄杆件外杆311与曲柄杆件内杆312之间的相对距离调整曲柄杆件310的长度。调整好所需的杆长后，通过曲柄杆件外杆311上的两个安装孔用两根螺栓将曲柄杆件外杆311与曲柄杆件内杆312固定安装。
如图7、图8所示的三角杆件组A320包括三角杆件组A外杆b321、三角杆件组A外杆c322、三角杆件组A外杆e323和第一三角杆件块324。三角杆件组A外杆b321、三角杆件组A外杆c322与三角杆件组A外杆e323分别通过滑槽与第一三角杆件块324连接，以便调整杆长和角度。调整好杆长和角度后的三根三角杆件组A外杆通过螺栓与第一三角杆件块324稳定连接。三根三角杆件组A外杆上设置有安装孔，三根三角杆件组A外杆通过螺栓穿过安装孔与第一三角杆件块324稳定连接。滑槽结构的设置使得三条三角杆件组A320的外杆能够相对第一三角杆件块324调整长度，从而改变六杆结构的相互作用方式。三角杆件组A320的外杆上设置有螺纹安装孔，三角杆件组A320的外杆和第一三角杆件块324的三个角分别通过契合的滑槽纹路彼此配合，使得三角杆件组A320的外杆和第一三角杆件块324的相对位置发生改变时，也不会发生相互转动而改变杆体的延伸方向。第一三角杆件块324上设置有通槽。三条三角杆件组A320的外杆上设置有螺栓。三条三角杆件组A320的外杆通过螺栓穿过第一三角杆件块324上的通槽实现紧密连接。在调整第一三角杆件块324和三条三角杆件组A320的外杆的相对位置时，***通槽中的螺栓的限位作用再次限制了第一三角杆件块324和三条三角杆件组A320的外杆的相对转动，避免了改变杆体的延伸方向。
如图9所示的三角杆件组B330包括三角杆件组B外杆c331、三角杆件组B外杆d332、三角杆件组B外杆f333和第二三角杆件块334。三角杆件组B外杆c331、三角杆件组B外杆d332与三角杆件组B外杆f333分别通过滑槽与第二三角杆件块334连接，以便调整杆长和角度。调整好杆长和角度后的三根三角杆件组B外杆通过螺栓与第二三角杆件块334固定连接。三根三角杆件组B外杆上设置有安装孔，三根三角杆件组B外杆通过螺栓穿过安装孔与第二三角杆件块334稳定连接。
连接杆件340的连接逻辑与曲柄杆件310的连接逻辑相同。连接杆件外杆与连接杆件内杆通过滑槽结构连接，以便通过调整连接杆件外杆与连接杆件内杆之间的相对距离调整连接杆件340的长度。调整好所需的杆长后，通过连接杆件外杆上的两个安装孔用两根螺栓将连接杆件外杆与连接杆件内杆固定安装。
如图10所示的执行杆件350包括执行杆件外杆g351和执行杆件外杆h352。执行杆件外杆g351和执行杆件外杆h352通过滑槽结构与执行杆件内杆353连接。调整好所需长度后通过执行杆件外杆g351和执行杆件外杆h352上的安装孔，使用两根螺栓将执行杆件外杆g351和执行杆件外杆h352与执行杆件内杆353固定连接。
旋转副360的安装以曲柄杆件310和三角杆件组A320的安装为例。曲柄杆件内杆312上布置有三个法兰连接孔，通过三根螺栓与一个带法兰和紧定螺钉的轴承的外圈法兰连接。轴承的内圈通过紧定螺钉与三角杆件组A外杆b321的凸出轴连接。
如图11所示，运动追踪模块400通过螺栓安装于执行杆件外杆h352末端。
如图1和图3所示，曲柄杆件310的外杆与曲柄固定铰接点过渡配合装配，再通过键与电机轴连接。三角杆件组B外杆d332通过过盈配合与三角杆件固定铰接点连接装配。曲柄固定铰接点和三角杆件固定铰接点能够随杆件的长度调整改变自身位置。
优选地，步骤S1中，输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据的方法可以是：
S1.1分析患者的身形数据，使用预测***聚类分析，得出患者在将进行的康复训练中的下肢运动轨迹；
S1.2定义可变杆长组件300的参数，输入患者的下肢运动轨迹，使用多目标优化算法NAGS-Ⅱ+ARSBX迭代出一系列最有用的参数组合解；
S1.3采用以下方法选取最优的参数组合解，输出该参数组合解。
S1.3中的方法为：
对S1.2步骤中迭代出的一系列最有用的参数组合解计算其HV值(超体积评价指标)；
根据HV值比较这些解集的优劣，之后再结合实际制作要求，选择最优的参数组合解。
根据一种优选实施方式，实际制作要求能够为对多条轨迹拟合总误差最小、稳定性高。
优选地，步骤S1.1中，得出患者在将进行的康复训练中的下肢运动轨迹的方法可以是：
S1.1.1分析患者左右下肢的残疾情况，确定患者的左右下肢与第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的连接点；
S1.1.2根据患者的左下肢与第一可变杆长组件的第一连接点计算第一连接点的运动轨迹，根据患者的右下肢与第二可变杆长组件的第二连接点计算第二连接点的运动轨迹；
S1.1.3分别输出第一连接点的运动轨迹和第二连接点的运动轨迹。
这样的设置方式不仅能够节约患者获取针对性的训练装置的成本，并且能够在患者的下肢存在部分肌肉痉挛的情况下，携带患者的大腿按照既定轨迹运行，患者的小腿部分根据大腿的运动情况能够自行进行康复训练或由专业的康复师辅助按摩进行训练，减少康复训练过程中的肌肉痉挛的发生。
实施例2
本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。
本实施例提供一种用于研究六杆组件的不同杆长的运动轨迹的实验***，包括外体框架100、电机安装模块200、可变杆长组件300和运动追踪模块400。
如图2所示，外体框架100包括支撑支架110、连接于支撑支架110上的曲柄安装杆120、电机安装杆130和固定铰接点安装杆140。支撑支架110由8根沿X轴方向设置的第一横杆111、3根沿Y轴方向设置的第二横杆112和4根沿Z轴方向设置的纵杆113，各个杆件通过连接角码150彼此连接成类似矩形的支架结构。曲柄安装杆120沿与第二横杆112大致平行的方向设置，曲柄安装杆120的两端分别与位于同侧的两根纵杆113径向连接。电机安装杆130沿与第二横杆112大致平行的方向设置，电机安装杆130的两端分别与位于同侧的另外两根纵杆113径向连接。曲柄安装杆120上设置有用于安装曲柄的曲柄固定铰接点121。电机安装杆130上设置有用于安装电机的电机安装模块200。所述电机安装杆130稍低于所述曲柄安装杆120，与曲柄安装杆120存在高差。曲柄安装杆120和电机安装杆130设置为当电机安装在连接于电机安装杆130上的电机安装模块200上时，电机的输出端与安装在曲柄安装杆120上的曲柄固定铰接点121上的曲柄杆件310同轴。所述固定铰接点安装杆140与所述曲柄安装杆120的大致平行的方向设置，两端与所述支撑支架110连接。所述固定铰接点安装杆140上设置有点击固定铰接点轴承座141。外体框架100能够提供稳定的支承，并且能够为电机、曲柄和固定铰接点提供安装位置与支承。电机安装模块200包括电机座，电机座具有安装孔，电机座通过T型螺栓与外体框架100的电机安装杆130连接。优选地，电机座的至少两个侧面上设置有安装孔，使用人员能够根据电机的安装需要选择使用，便于电机的安装与定位。
该实验装置通过改变可变杆长组件300的杆长组合，采集运动追踪模块400的监测数据，对不同杆长组合的六杆组件的轨迹规律进行研究。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。

Claims (10)

1.一种可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，至少包括控制模块、驱动设备、连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件，
第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接；
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。
2.根据权利要求1所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据的方法为：
分析患者的身形数据，结合康复训练运动数据库，得出患者将进行康复训练运动的下肢的运动轨迹；
定义可变杆长组件的参数，输入患者的下肢运动轨迹，使用多目标优化算法迭代出一系列最有用的参数组合解；
选取最优的参数组合解，输出该参数组合解。
3.根据权利要求2所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，得出患者将进行康复训练运动的下肢的运动轨迹的方法为：
分析患者左右下肢的残疾情况，确定患者的左右下肢与第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的连接点；
根据患者的左下肢与第一可变杆长组件的第一连接点计算第一连接点的运动轨迹，根据患者的右下肢与第二可变杆长组件的第二连接点计算第二连接点的运动轨迹；
分别输出第一连接点的运动轨迹和第二连接点的运动轨迹。
4.根据权利要求2所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，可变杆长组件(300)包括：曲柄杆件(310)、三角杆件组A(320)、三角杆件组B(330)、连接杆件(340)、执行杆件(350)和杆件之间的旋转副(360)，
所述曲柄杆件(310)与动力设备连接以获得驱动力并在所述动力设备的带动下做完整的圆周运动，所述三角杆件组A(320)连接所述曲柄杆件(310)和所述执行杆件(350)以带动所述执行杆件(350)运动，
所述三角杆件组B(330)与所述三角杆件组A(320)连接，所述三角杆件组B(330)通过所述连接杆件(340)连接所述执行杆件(350)，
所述执行杆件(350)背离所述连接杆件(340)的一端与患者下肢连接，
所述曲柄杆件(310)、三角杆件组A(320)、三角杆件组B(330)、连接杆件(340)和执行杆件(350)中的至少一个杆长可变，以使得所述曲柄杆件(310)在所述动力设备的带动下做圆周运动时，由于所述三角杆件组B(330)与所述三角杆件组A(320)的带动，所述执行杆件(350)与患者下肢连接一端的运动轨迹能够改变。
5.根据权利要求1～4任一项所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，所述曲柄杆件(310)、所述三角杆件组A(320)、所述三角杆件组B(330)、所述连接杆件(340)和所述执行杆件(350)分别包括彼此通过滑槽结构连接的内杆和外杆。
6.根据权利要求1～5任一项所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，“定义可变杆长组件(300)的参数”的具体方法为：根据选定的六杆机构构型的运动学分析，选择出能够完全表达出该构型末端点位置表达式的最少参数。
7.根据权利要求1～6任一项所述的可模拟不同杆长运动轨迹的六杆***，其特征在于，“选取最优的参数组合解”的具体方法为：
将上述的组件参数输入NSGAⅡ-ARSBX算法以进行不同杆长可变的多目标的优化；
利用超体积评价指标对不同杆长优化解集的优劣进行对比；
从最优的优化解集中选取符合实际制作条件的参数组合解。
8.一种用于研究六杆组件的不同杆长的运动轨迹的实验***，其特征在于，包括如前述的可变杆长组件(300)。
9.一种残疾人康复训练***，其特征在于，至少包括控制模块、驱动设备、连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件；
第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接；
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练；
获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备移动而使第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照既定轨迹运行，带动患者的下肢按照既定轨迹完成康复训练动作。
10.一种可模拟不同杆长运动轨迹的方法，其特征在于，至少包括控制模块、驱动设备连接患者左肢的第一可变杆长组件和连接患者右肢的第二可变杆长组件；
第一可变杆长组件与第一驱动设备连接；第二可变杆长组件与第二驱动设备连接；
控制模块按照如下方法辅助患者完成康复训练：
获取患者的身形参数，并对患者的身形参数进行分析后输出第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的优选杆长组合数据；
调整第一可变杆长组件和第二可变杆长组件的各杆长；
控制模块控制第一驱动设备和第二驱动设备带动第一可变杆长组件和第二可变杆长组件按照第一轨迹运行，
在需要沿区别于第一轨迹的第二轨迹运行的情况下，改变所述可变杆长组件的至少一个杆长，随后基于所述驱动设备带动而沿第二轨迹往复运动。
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