一种下肢力量智能训练系统及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种下肢力量智能训练系统及其使用方法，包括人机交互单元、控制单元、传动机构、训练靶体和训练座椅。本发明中的训练系统根据训练者的下肢机能参数信息，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，对等速训练、等张训练和被动训练方式进行组合，形成最优的训练方式，设置运动方向和肌肉收缩方向，智能匹配训练参数，生成针对性的合理训练方案；系统在训练过程中实时采集反馈的训练信息，然后对训练方案完成质量进行评价；分析可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练姿势和方法；训练结束后，根据此次训练方案完成情况，与之前的参数进行智能化比较，实时调整训练方案，使得训练更加有效和科学性。
【专利说明】一种下肢力量智能训练系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及下肢训练装置及健身、体育科研、生物力学【技术领域】，具体为一种下肢力量智能训练系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，健身训练器械已不再是机械零件的简单组合，而是集电子、机械、光电、传感技术、计算机技术及自动控制技术等多学科知识于一体的新型运动器械。训练者在这些器械上运动，包括下肢力量训练仪器在内，可使其训练质量大大提高，但也存在着一些不足，比如:涉及到个人训练时，其训练参数和方案一般是通过训练者的自我感觉或者健身教练的个人经验来设置、调整，无法实现真正意义上的训练方案针对性、科学性、有效性。从80年代开始，很多下肢力量训练仪器从国外进入中国，典型仪器设备有B10DEX、KINCOM、CYBEX, LIDO等。在目前已公开的专利文献中，国内专利CN202161761 —种内外夹腿训练器械的阻尼装置和CN202169052 —种关节力量训练器是依靠人主动带动装置本体训练的。专利CN101984946坐式外骨骼下肢康复机器人是针对医疗康复领域发明的一种下肢康复训练系统，可以由电机做动力源，在外骨骼机械框架的约束下带动人体下肢训练。国内专利CN102138801等速肌力测试系统公开了一种等速肌力测试系统，其涉及下肢训练装置，但是，这些专利文献内容并没有涉及根据训练者的下肢机能参数如何生成具体针对性的训练方案，以及评价训练方案完成质量；也无法实现通过系统来针对性的实时调整训练方案。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有技术的不完善，设计一种下肢力量智能训练系统及其使用方法，该系统可根据训练者的下肢机能参数生成具体针对性的训练方案，评价训练方案完成质量；及时调整训练方案，使得训练更加有效和科学。
[0004]本发明采用的技术方案是:
一种下肢力量智能训练系统，包括人机交互单元、控制单元、传动机构、训练靶体和训练座椅，其中，人机交互单元、控制单元和传动机构相互电连接，控制单元和传动机构装载于箱体内，人机交互单元与箱体顶部连接，底座与箱体底部连接，训练座椅固定于底座，座椅旁侧安装有调节手柄，座椅上装有安全带，训练靶体与传动机构连接；所述的人机交互单元包括触控机和安装于触控机内的智能训练软件；所述的控制单元包括信号采集及处理模块和微处理器，微处理器与信号采集及处理模块电连接，信号采集及处理模块包括信号采集电路、计算机通信接口电路、电机通信接口电路；传动机构包括电机、与电机的输出轴连接的调速机构；所述的训练靶体包括靶体机械部分，靶体机械部分的端部装载有力矩和角度传感器。
[0005]所述的下肢力量智能训练系统的使用方法，包括以下步骤:
I)打开电源，等待系统初始化完成； 2)训练者登录系统后，系统通过语音提示及示范图片介绍训练流程和训练要领；
3)训练前，用户需要进行机能测试，获取训练者的下肢机能参数，下肢机能参数包括最大外伸角、最大内屈角、峰力矩和下肢重量，测试步骤按照下述进行:
第一步:进行外伸角测试，训练者将腿放在所述训练靶体下方，将所述的训练靶体抬至所能达到的最高位置，维持1-2秒，完成外伸角测试；
第二步:进行内屈角测试，训练者将腿放在所述的训练靶体下方，自然下垂，所述的训练靶体会自动带动腿部至训练者所能达到的最低位置，完成内屈角测试；
第三步:进行峰力矩测试，等待所述的训练靶体移至设定位置后，训练者腿部用力向上顶住所述的训练靶体，维持1-2秒，完成峰力矩测试；
第四步:进行下肢重量测试，训练者将腿放在所述的训练靶体上方，开始测试后，所述的训练靶体会带动腿部自动完成下肢重量测试。
[0006]4)系统根据训练者的下肢机能参数信息，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，对等速训练、等张训练、向心训练、离心训练和被动训练方式进行组合，形成最优的训练方式，设置运动方向和肌肉收缩方式，智能匹配训练负载、运动组数、每组次数、活动范围、运动速度以及组间间隔休息时间训练参数，生成针对性的合理训练方案；
5)训练者根据系统生成的训练方案，进行下肢力量训练，在训练过程中，系统实时采集训练时反馈的参数，提示训练方案完成情况，并对训练方案完成质量进行评价；
6)当训练方案完成质量较低时，系统会给出可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练姿势和方法，同时会提示要求进行重新训练；当训练方案完成质量满足要求，则完成此次训练方案；
7)训练结束后，系统将自动保存训练结果，训练结果通过报表形式展现给训练者；并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时调整和更新训练方案。
[0007]训练者可选择自由设置训练方案模式进行训练。
[0008]本发明的有益效果是:
其一，不同于以往训练器械，只是让训练者依据自身的感觉或者经验自己去设置训练方案，本发明中的训练系统根据训练者的下肢机能参数信息，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，对等速训练、等张训练、向心训练、离心训练和被动训练方式进行组合，形成最优的训练方式，设置运动方向和肌肉收缩方式，智能匹配训练负载、运动组数、每组次数、活动范围、运动速度以及组间间隔休息时间训练参数，生成针对性的合理训练方案。
[0009]其二，以往训练者在训练之后，只能从自身的感觉去判断训练方案是否有效或者合理，也无法科学的去调整训练方案。在本发明中，系统实时采集训练过程中反馈的训练信息，对训练方案完成质量进行评价；分析可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练姿势和方法，并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时调整训练方案，使得训练更加有效和科学性。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的系统结构示意图。
[0011]图2是本发明的系统使用方法流程图。【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步的说明。如图1所示，一种下肢力量智能训练系统，由人机交互单元1、控制单元4、传动机构3、训练靶体6和训练座椅7组成，其中，控制单元4和传动机构3装载于箱体2内，人机交互单元I与箱体2顶部连接，底座10与箱体2底部连接，训练靶体6与传动机构3连接的端部装载有力矩和角度传感器5，座椅侧面的调节手柄9可调整座椅位置，座椅上的安全带8可将训练者安全绑定在座椅上，训练座椅7固定于底座10上。
[0013]图2是本发明的系统使用方法流程图，使用一种下肢力量智能训练系统训练时，具体方法流程如下:
步骤100:打开电源，等待系统初始化完成；
步骤110:训练者登录系统后，系统通过语音提示及示范图片介绍训练流程和训练要
领；
步骤120:训练前，用户需要进行机能测试，获取训练者的下肢机能参数；
步骤130:进行外伸角测试，训练者将单腿或者双腿放在所述训练靶体下方，将所述的训练靶体抬至所能达到的最高位置，维持1-2秒，完成外伸角测试；
步骤140:进行内屈角测试，训练者将单腿或者双腿放在所述的训练靶体下方，自然下垂，所述的训练靶体会自动带动单腿或者双腿至训练者所能达到的最低位置，完成内屈角测试;
步骤150:进行峰力矩测试，等待所述的训练靶体移至固定位置后，训练者单腿或者双腿用力向上顶住所述的训练靶体，维持1-2秒，完成峰力矩测试；
步骤160:进行下肢重量测试，训练者将单腿或者双腿放在所述的训练靶体上方，开始测试后，所述的训练靶体会带动单腿或者双腿自动完成下肢重量测试。
[0014]步骤170:系统根据训练者的下肢机能参数信息，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，对等速训练、等张训练、向心训练、离心训练和被动训练方式进行组合，形成最优的训练方式，设置运动方向和肌肉收缩方式，智能匹配训练负载、运动组数、每组次数、活动范围、运动速度以及组间间隔休息时间训练参数，生成针对性的合理训练方案；
步骤180:训练者根据系统生成的训练方案，进行下肢力量训练，在训练过程中，系统实时采集训练时反馈的参数，提示训练方案完成情况，并对训练方案完成质量进行评价；步骤190:系统判断此次训练方案完成质量是否符合要求，当训练方案完成质量满足要求，则进入步骤210 ;如果训练方案完成质量未能达到要求时，则进入步骤200 ；
步骤200:当训练方案完成质量较低时，系统会给出可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练姿势和方法，同时会提示要求进行重新训练；步骤210:训练结束后，系统将自动保存训练结果，训练结果通过报表形式展现给训练者；并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时调整和更新训练方案。
[0015]根据上述的具体方法流程，具体以一个实施实例来说明步骤170所述的生成针对性的合理训练方案:一训练者进行下肢机能参数测试，获得具体下肢机能参数为:外伸角75度，内屈角5度，峰力矩180牛*米，下肢重量5千克，系统生成一组具体训练方案:
首先，以力矩大小为130牛*米进行等张外伸训练，共3组，每组8次；组间间隔I分
钟； 然后，以速度为30度/秒进行等速向心外伸训练，共3组，每组8次；组间间隔I分钟； 训练时间:隔天训练一次；
上述训练方案只是一种根据具体的下肢机能测试参数生成的用于增强肌肉力量的针对性方案，训练方案可根据不同的下肢机能测试参数而智能生成。
【权利要求】
1.一种下肢力量智能训练系统，包括人机交互单元、控制单元、传动机构、训练靶体和训练座椅，其特征在于:人机交互单元、控制单元和传动机构相互电连接，控制单元和传动机构装载于箱体内，人机交互单元与箱体顶部连接，底座与箱体底部连接，训练座椅固定于底座，座椅旁侧安装有调节手柄，座椅上装有安全带，训练靶体与传动机构连接；所述的人机交互单元包括触控机和安装于触控机内的智能训练软件；所述的控制单元包括信号采集及处理模块和微处理器，微处理器与信号采集及处理模块电连接，信号采集及处理模块包括信号采集电路、计算机通信接口电路、电机通信接口电路；所述的传动机构包括电机、与电机的输出轴连接的调速机构；所述的训练靶体包括靶体机械部分，靶体机械部分的端部装载有力矩和角度传感器。
2.一种根据权利要求1所述的下肢力量智能训练系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)打开电源，等待系统初始化完成； 2)训练者登录系统后，系统通过语音提示及示范图片介绍训练流程和训练要领； 3)训练前，用户需要进行机能测试，获取训练者的下肢机能参数，下肢机能参数包括最大外伸角、最大内屈角、峰力矩和下肢重量，测试步骤按照下述进行: 第一步:进行外伸角测试，训练者将腿放在所述训练靶体下方，将所述的训练靶体抬至所能达到的最高位置，维持1-2秒，完成外伸角测试； 第二步:进行内屈角测试，训练者将腿放在所述的训练靶体下方，自然下垂，所述的训练靶体会自动带动腿部至训练者所能达到的最低位置，完成内屈角测试； 第三步:进行峰力矩测试，等待所述的训练靶体移至设定位置后，训练者腿部用力向上顶住所述的训练靶体，维持1-2秒，完成峰力矩测试； 第四步:进行下肢重量测试，训练者将腿放在所述的训练靶体上方，开始测试后，所述的训练靶体会带动腿部自动完成下肢重量测试； 4)系统根据训练者的下肢机能参数信息，结合历史训练方案和训练记录，进行数据分析，对等速训练、等张训练、向心训练、离心训练和被动训练方式进行组合，形成最优的训练方式，设置运动方向和肌肉收缩方式，智能匹配训练负载、运动组数、每组次数、活动范围、运动速度以及组间间隔休息时间训练参数，生成针对性的合理训练方案； 5)训练者根据系统生成的训练方案，进行下肢力量训练，在训练过程中，系统实时采集训练时反馈的参数，提示训练方案完成情况，并对训练方案完成质量进行评价； 6)当训练方案完成质量较低时，系统会给出可能造成训练方案未完成以及训练方案未达要求的原因，并提示正确的训练姿势和方法，同时会提示要求进行重新训练；当训练方案完成质量满足要求，则完成此次训练方案； 7)训练结束后，系统将自动保存训练结果，训练结果通过报表形式展现给训练者；并将此次的训练反馈参数与之前的参数进行智能化比较，实时调整和更新训练方案。
3.根据权利要求1所述的下肢力量智能训练系统，其特征在于:训练者可选择自由设置训练方案模式进行训练。
【文档编号】A63B23/04GK103751989SQ201410032457
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月22日 优先权日:2014年1月22日
【发明者】周旭, 马彪彪, 孙怡宁, 李文, 马祖长, 徐玉兵, 谢振华, 姚志明 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院