一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)及其使用方法，包括人機交互單元、控制單元、傳動機構、訓練靶體和訓練座椅。本發(fā)明中的訓練系統(tǒng)根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)信息，結合歷史訓練方案和訓練記錄，進行數(shù)據(jù)分析，對等速訓練、等張訓練和被動訓練方式進行組合，形成最優(yōu)的訓練方式，設置運動方向和肌肉收縮方向，智能匹配訓練參數(shù)，生成針對性的合理訓練方案；系統(tǒng)在訓練過程中實時采集反饋的訓練信息，然后對訓練方案完成質量進行評價；分析可能造成訓練方案未完成以及訓練方案未達要求的原因，并提示正確的訓練姿勢和方法；訓練結束后，根據(jù)此次訓練方案完成情況，與之前的參數(shù)進行智能化比較，實時調整訓練方案，使得訓練更加有效和科學性。
【專利說明】一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明主要涉及下肢訓練裝置及健身、體育科研、生物力學【技術領域】，具體為一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發(fā)展，健身訓練器械已不再是機械零件的簡單組合，而是集電子、機械、光電、傳感技術、計算機技術及自動控制技術等多學科知識于一體的新型運動器械。訓練者在這些器械上運動，包括下肢力量訓練儀器在內，可使其訓練質量大大提高，但也存在著一些不足，比如:涉及到個人訓練時，其訓練參數(shù)和方案一般是通過訓練者的自我感覺或者健身教練的個人經驗來設置、調整，無法實現(xiàn)真正意義上的訓練方案針對性、科學性、有效性。從80年代開始，很多下肢力量訓練儀器從國外進入中國，典型儀器設備有B10DEX、KINCOM、CYBEX, LIDO等。在目前已公開的專利文獻中，國內專利CN202161761 —種內外夾腿訓練器械的阻尼裝置和CN202169052 —種關節(jié)力量訓練器是依靠人主動帶動裝置本體訓練的。專利CN101984946坐式外骨骼下肢康復機器人是針對醫(yī)療康復領域發(fā)明的一種下肢康復訓練系統(tǒng)，可以由電機做動力源，在外骨骼機械框架的約束下帶動人體下肢訓練。國內專利CN102138801等速肌力測試系統(tǒng)公開了一種等速肌力測試系統(tǒng)，其涉及下肢訓練裝置，但是，這些專利文獻內容并沒有涉及根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)如何生成具體針對性的訓練方案，以及評價訓練方案完成質量；也無法實現(xiàn)通過系統(tǒng)來針對性的實時調整訓練方案。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不完善，設計一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)及其使用方法，該系統(tǒng)可根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)生成具體針對性的訓練方案，評價訓練方案完成質量；及時調整訓練方案，使得訓練更加有效和科學。
[0004]本發(fā)明采用的技術方案是:
一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)，包括人機交互單元、控制單元、傳動機構、訓練靶體和訓練座椅，其中，人機交互單元、控制單元和傳動機構相互電連接，控制單元和傳動機構裝載于箱體內，人機交互單元與箱體頂部連接，底座與箱體底部連接，訓練座椅固定于底座，座椅旁側安裝有調節(jié)手柄，座椅上裝有安全帶，訓練靶體與傳動機構連接；所述的人機交互單元包括觸控機和安裝于觸控機內的智能訓練軟件；所述的控制單元包括信號采集及處理模塊和微處理器，微處理器與信號采集及處理模塊電連接，信號采集及處理模塊包括信號采集電路、計算機通信接口電路、電機通信接口電路；傳動機構包括電機、與電機的輸出軸連接的調速機構；所述的訓練靶體包括靶體機械部分，靶體機械部分的端部裝載有力矩和角度傳感器。
[0005]所述的下肢力量智能訓練系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟:
I)打開電源，等待系統(tǒng)初始化完成； 2)訓練者登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)通過語音提示及示范圖片介紹訓練流程和訓練要領；
3)訓練前，用戶需要進行機能測試，獲取訓練者的下肢機能參數(shù)，下肢機能參數(shù)包括最大外伸角、最大內屈角、峰力矩和下肢重量，測試步驟按照下述進行:
第一步:進行外伸角測試，訓練者將腿放在所述訓練靶體下方，將所述的訓練靶體抬至所能達到的最高位置，維持1-2秒，完成外伸角測試；
第二步:進行內屈角測試，訓練者將腿放在所述的訓練靶體下方，自然下垂，所述的訓練靶體會自動帶動腿部至訓練者所能達到的最低位置，完成內屈角測試；
第三步:進行峰力矩測試，等待所述的訓練靶體移至設定位置后，訓練者腿部用力向上頂住所述的訓練靶體，維持1-2秒，完成峰力矩測試；
第四步:進行下肢重量測試，訓練者將腿放在所述的訓練靶體上方，開始測試后，所述的訓練靶體會帶動腿部自動完成下肢重量測試。
[0006]4)系統(tǒng)根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)信息，結合歷史訓練方案和訓練記錄，進行數(shù)據(jù)分析，對等速訓練、等張訓練、向心訓練、離心訓練和被動訓練方式進行組合，形成最優(yōu)的訓練方式，設置運動方向和肌肉收縮方式，智能匹配訓練負載、運動組數(shù)、每組次數(shù)、活動范圍、運動速度以及組間間隔休息時間訓練參數(shù)，生成針對性的合理訓練方案；
5)訓練者根據(jù)系統(tǒng)生成的訓練方案，進行下肢力量訓練，在訓練過程中，系統(tǒng)實時采集訓練時反饋的參數(shù)，提示訓練方案完成情況，并對訓練方案完成質量進行評價；
6)當訓練方案完成質量較低時，系統(tǒng)會給出可能造成訓練方案未完成以及訓練方案未達要求的原因，并提示正確的訓練姿勢和方法，同時會提示要求進行重新訓練；當訓練方案完成質量滿足要求，則完成此次訓練方案；
7)訓練結束后，系統(tǒng)將自動保存訓練結果，訓練結果通過報表形式展現(xiàn)給訓練者；并將此次的訓練反饋參數(shù)與之前的參數(shù)進行智能化比較，實時調整和更新訓練方案。
[0007]訓練者可選擇自由設置訓練方案模式進行訓練。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
其一，不同于以往訓練器械，只是讓訓練者依據(jù)自身的感覺或者經驗自己去設置訓練方案，本發(fā)明中的訓練系統(tǒng)根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)信息，結合歷史訓練方案和訓練記錄，進行數(shù)據(jù)分析，對等速訓練、等張訓練、向心訓練、離心訓練和被動訓練方式進行組合，形成最優(yōu)的訓練方式，設置運動方向和肌肉收縮方式，智能匹配訓練負載、運動組數(shù)、每組次數(shù)、活動范圍、運動速度以及組間間隔休息時間訓練參數(shù)，生成針對性的合理訓練方案。
[0009]其二，以往訓練者在訓練之后，只能從自身的感覺去判斷訓練方案是否有效或者合理，也無法科學的去調整訓練方案。在本發(fā)明中，系統(tǒng)實時采集訓練過程中反饋的訓練信息，對訓練方案完成質量進行評價；分析可能造成訓練方案未完成以及訓練方案未達要求的原因，并提示正確的訓練姿勢和方法，并將此次的訓練反饋參數(shù)與之前的參數(shù)進行智能化比較，實時調整訓練方案，使得訓練更加有效和科學性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)使用方法流程圖。【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示，一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)，由人機交互單元1、控制單元4、傳動機構3、訓練靶體6和訓練座椅7組成，其中，控制單元4和傳動機構3裝載于箱體2內，人機交互單元I與箱體2頂部連接，底座10與箱體2底部連接，訓練靶體6與傳動機構3連接的端部裝載有力矩和角度傳感器5，座椅側面的調節(jié)手柄9可調整座椅位置，座椅上的安全帶8可將訓練者安全綁定在座椅上，訓練座椅7固定于底座10上。
[0013]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)使用方法流程圖，使用一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)訓練時，具體方法流程如下:
步驟100:打開電源，等待系統(tǒng)初始化完成；
步驟110:訓練者登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)通過語音提示及示范圖片介紹訓練流程和訓練要
領；
步驟120:訓練前，用戶需要進行機能測試，獲取訓練者的下肢機能參數(shù)；
步驟130:進行外伸角測試，訓練者將單腿或者雙腿放在所述訓練靶體下方，將所述的訓練靶體抬至所能達到的最高位置，維持1-2秒，完成外伸角測試；
步驟140:進行內屈角測試，訓練者將單腿或者雙腿放在所述的訓練靶體下方，自然下垂，所述的訓練靶體會自動帶動單腿或者雙腿至訓練者所能達到的最低位置，完成內屈角測試;
步驟150:進行峰力矩測試，等待所述的訓練靶體移至固定位置后，訓練者單腿或者雙腿用力向上頂住所述的訓練靶體，維持1-2秒，完成峰力矩測試；
步驟160:進行下肢重量測試，訓練者將單腿或者雙腿放在所述的訓練靶體上方，開始測試后，所述的訓練靶體會帶動單腿或者雙腿自動完成下肢重量測試。
[0014]步驟170:系統(tǒng)根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)信息，結合歷史訓練方案和訓練記錄，進行數(shù)據(jù)分析，對等速訓練、等張訓練、向心訓練、離心訓練和被動訓練方式進行組合，形成最優(yōu)的訓練方式，設置運動方向和肌肉收縮方式，智能匹配訓練負載、運動組數(shù)、每組次數(shù)、活動范圍、運動速度以及組間間隔休息時間訓練參數(shù)，生成針對性的合理訓練方案；
步驟180:訓練者根據(jù)系統(tǒng)生成的訓練方案，進行下肢力量訓練，在訓練過程中，系統(tǒng)實時采集訓練時反饋的參數(shù)，提示訓練方案完成情況，并對訓練方案完成質量進行評價；步驟190:系統(tǒng)判斷此次訓練方案完成質量是否符合要求，當訓練方案完成質量滿足要求，則進入步驟210 ;如果訓練方案完成質量未能達到要求時，則進入步驟200 ；
步驟200:當訓練方案完成質量較低時，系統(tǒng)會給出可能造成訓練方案未完成以及訓練方案未達要求的原因，并提示正確的訓練姿勢和方法，同時會提示要求進行重新訓練；步驟210:訓練結束后，系統(tǒng)將自動保存訓練結果，訓練結果通過報表形式展現(xiàn)給訓練者；并將此次的訓練反饋參數(shù)與之前的參數(shù)進行智能化比較，實時調整和更新訓練方案。
[0015]根據(jù)上述的具體方法流程，具體以一個實施實例來說明步驟170所述的生成針對性的合理訓練方案:一訓練者進行下肢機能參數(shù)測試，獲得具體下肢機能參數(shù)為:外伸角75度，內屈角5度，峰力矩180牛*米，下肢重量5千克，系統(tǒng)生成一組具體訓練方案:
首先，以力矩大小為130牛*米進行等張外伸訓練，共3組，每組8次；組間間隔I分
鐘； 然后，以速度為30度/秒進行等速向心外伸訓練，共3組，每組8次；組間間隔I分鐘； 訓練時間:隔天訓練一次；
上述訓練方案只是一種根據(jù)具體的下肢機能測試參數(shù)生成的用于增強肌肉力量的針對性方案，訓練方案可根據(jù)不同的下肢機能測試參數(shù)而智能生成。
【權利要求】
1.一種下肢力量智能訓練系統(tǒng)，包括人機交互單元、控制單元、傳動機構、訓練靶體和訓練座椅，其特征在于:人機交互單元、控制單元和傳動機構相互電連接，控制單元和傳動機構裝載于箱體內，人機交互單元與箱體頂部連接，底座與箱體底部連接，訓練座椅固定于底座，座椅旁側安裝有調節(jié)手柄，座椅上裝有安全帶，訓練靶體與傳動機構連接；所述的人機交互單元包括觸控機和安裝于觸控機內的智能訓練軟件；所述的控制單元包括信號采集及處理模塊和微處理器，微處理器與信號采集及處理模塊電連接，信號采集及處理模塊包括信號采集電路、計算機通信接口電路、電機通信接口電路；所述的傳動機構包括電機、與電機的輸出軸連接的調速機構；所述的訓練靶體包括靶體機械部分，靶體機械部分的端部裝載有力矩和角度傳感器。
2.一種根據(jù)權利要求1所述的下肢力量智能訓練系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)打開電源，等待系統(tǒng)初始化完成； 2)訓練者登錄系統(tǒng)后，系統(tǒng)通過語音提示及示范圖片介紹訓練流程和訓練要領； 3)訓練前，用戶需要進行機能測試，獲取訓練者的下肢機能參數(shù)，下肢機能參數(shù)包括最大外伸角、最大內屈角、峰力矩和下肢重量，測試步驟按照下述進行: 第一步:進行外伸角測試，訓練者將腿放在所述訓練靶體下方，將所述的訓練靶體抬至所能達到的最高位置，維持1-2秒，完成外伸角測試； 第二步:進行內屈角測試，訓練者將腿放在所述的訓練靶體下方，自然下垂，所述的訓練靶體會自動帶動腿部至訓練者所能達到的最低位置，完成內屈角測試； 第三步:進行峰力矩測試，等待所述的訓練靶體移至設定位置后，訓練者腿部用力向上頂住所述的訓練靶體，維持1-2秒，完成峰力矩測試； 第四步:進行下肢重量測試，訓練者將腿放在所述的訓練靶體上方，開始測試后，所述的訓練靶體會帶動腿部自動完成下肢重量測試； 4)系統(tǒng)根據(jù)訓練者的下肢機能參數(shù)信息，結合歷史訓練方案和訓練記錄，進行數(shù)據(jù)分析，對等速訓練、等張訓練、向心訓練、離心訓練和被動訓練方式進行組合，形成最優(yōu)的訓練方式，設置運動方向和肌肉收縮方式，智能匹配訓練負載、運動組數(shù)、每組次數(shù)、活動范圍、運動速度以及組間間隔休息時間訓練參數(shù)，生成針對性的合理訓練方案； 5)訓練者根據(jù)系統(tǒng)生成的訓練方案，進行下肢力量訓練，在訓練過程中，系統(tǒng)實時采集訓練時反饋的參數(shù)，提示訓練方案完成情況，并對訓練方案完成質量進行評價； 6)當訓練方案完成質量較低時，系統(tǒng)會給出可能造成訓練方案未完成以及訓練方案未達要求的原因，并提示正確的訓練姿勢和方法，同時會提示要求進行重新訓練；當訓練方案完成質量滿足要求，則完成此次訓練方案； 7)訓練結束后，系統(tǒng)將自動保存訓練結果，訓練結果通過報表形式展現(xiàn)給訓練者；并將此次的訓練反饋參數(shù)與之前的參數(shù)進行智能化比較，實時調整和更新訓練方案。
3.根據(jù)權利要求1所述的下肢力量智能訓練系統(tǒng)，其特征在于:訓練者可選擇自由設置訓練方案模式進行訓練。
【文檔編號】A63B23/04GK103751989SQ201410032457
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權日:2014年1月22日
【發(fā)明者】周旭, 馬彪彪, 孫怡寧, 李文, 馬祖長, 徐玉兵, 謝振華, 姚志明 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院