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1、(10)授权公告号 CN 102138801 B (45)授权公告日 2012.09.05 CN 102138801 B *CN102138801B* (21)申请号 201010301048.8 (22)申请日 2010.02.02 A61B 5/22(2006.01) A63B 21/00(2006.01) (73)专利权人 常州机械电子工程研究所 地址 213164 江苏省常州市常武中路 801 号 科教城 (72)发明人 张志华 缪琴 徐林森 孔令成 骆敏舟 (74)专利代理机构 常州佰业腾飞专利代理事务 所 ( 普通合伙 ) 32231 代理人 金辉 US 4824104 ,1989。
2、.04.25, 全文 . WO 91/11218 A1,1991.08.08, 全文 . US 5314390 A,1994.05.24, 全文 . CN 2899771 Y,2007.05.16, 全文 . SE 501826 C2,1995.05.22, 全文 . WO 88/07879 A1,1988.10.20, 全文 . (54) 发明名称 等速肌力测试系统 (57) 摘要 本发明公开了一种等速肌力测试系统， 包括 核心控制模块、 动力产生与输出模块和传感检测 模块 ； 核心控制模块控制动力产生与输出模块运 动， 传感检测模块将检测到的动力产生与输出模 块的各种数据传送给核心控制模块。
3、 ； 动力产生与 输出模块包括为肢体进行等速运动提供所需阻力 的动力输出轴 ； 传感检测模块包括扭矩传感器、 角位移传感器和滤波器 ； 扭矩传感器和角速度传 感器的输入端连接动力输出轴的输出端， 输出端 分别连接核心控制模块， 滤波器连接角速度传感 器和核心控制模块。本发明的动力输出轴能够提 供等速运动所需阻力， 传感检测模块检测动力输 出轴的转矩、 角速度、 角位移， 因此本发明能提供 等速训练， 又能检测肌力、 角速度、 角位移等重要 物理量。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 李澍歆 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 。
4、(12)发明专利 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 1/2 页 2 1. 一种等速肌力测试系统， 包括核心控制模块 （1） 、 动力产生与输出模块 （2） 和传感 检测模块 （3） ； 所述核心控制模块 （1） 控制所述动力产生与输出模块 （2） 运动， 所述传感检 测模块 （3） 将检测到的所述动力产生与输出模块 （2） 的各种数据传送给所述核心控制模 块 （1） ； 其特征在于 ： 所述动力产生与输出模块 （2） 包括为肢体进行等速运动提供所需阻力 的动力输出轴 （21） ； 所述传感检测模块 （3） 包括扭矩传感器 （31） 、 角速度传感器 （32） 和滤 波器 （33。
5、） ； 所述扭矩传感器 （31） 和所述角速度传感器 （32） 的输入端分别连接所述动力产 生与输出模块 （2） 的动力输出轴 （21） 的输出端， 所述扭矩传感器 （31） 和所述角速度传感 器 （32） 的输出端分别连接所述核心控制模块 （1） ， 所述滤波器 （33） 连接所述角速度传感器 （32） 和所述核心控制模块 （1） ； 所述传感检测模块 （3） 的所述扭矩传感器 （31） 为动态测量 式转矩传感器， 用于测量所述动力产生与输出模块 （2） 的动力输出轴 （21） 的转矩 ； 所述角 速度传感器 （32） 为旋转编码器， 用于检测所述动力产生与输出模块 （2） 的动力输出轴 （。
6、21） 的角速度 ； 所述角速度传感器 （32） 的 PWM 输出端经滤波器 （33） 后接入所述核心控制模块 （1） ， 用于检测所述动力产生与输出模块 （2） 的动力输出轴 （21） 的角位移 ； 所述传感检测模 块 （3） 还包括调理电路 ； 所述调理电路为将所述扭矩传感器 （31） 、 角速度传感器 （32） 、 滤波 器 （33） 的输出信号调理、 变换成便于所述核心控制模块 （1） 的嵌入式微处理器 （11） 接收 的信号的电路 ； 所述核心控制模块 （1） 包括相互电连接的所述嵌入式微处理器 （11） 及外围 电路， 所述嵌入式微处理器 （11） 为高速单片机或数字信号处理器， 。
7、利用所述传感检测模块 （3） 采集的转矩、 角位移、 角速度信息控制所述动力产生与输出模块 （2） 按要求动作 ； 所述 外围电路是使所述嵌入式微处理器 （11） 正常工作所必需的元器件及相互连接所构成的电 路。 2. 根据权利要求 1 所述的等速肌力测试系统， 其特征在于 ： 所述动力产生与输出模块 （2） 还包括依次连接的电平转换器 （22） 、 D/A 转换器 （23） 、 有刷直流电机伺服驱动器 （24） 、 有刷直流电机 （25） 和减速机 （26） ； 所述电平转换器 （22） 与所述核心控制模块 （1） 的输出 端连接。 3. 根据权利要求 2 所述的等速肌力测试系统， 其特征在。
8、于 ： 所述动力产生与输出模块 （2） 的 D/A 转换器 （23） 为高精度 D/A 转换器， 用于接收所述核心控制模块 （1） 的控制数据， 转换成模拟电压后输入到所述有刷直流电机伺服驱动器 （24） ； 所述有刷直流电机伺服驱动 器 （24） 有电压控制和电流控制两种工作方式， 用于控制所述有刷直流电机 （25） 按要求运 动 ； 所述减速机 （26） 为行星齿轮减速机 ； 所述有刷直流电机 （25） 通过所述减速机 （26） 驱 动所述动力输出轴 （21） 提供肢体等速运动所需的阻力。 4. 根据权利要求 3 所述的等速肌力测试系统， 其特征在于 ： 所述动力产生与输出模块 （2） 的。
9、所述有刷直流电机 （25） 上装配有电磁制动器。 5. 根据权利要求 4 所述的等速肌力测试系统， 其特征在于 ： 还包括与所述核心控制模 块 （1） 双向电连接的人机交互模块 （4） ； 所述人机交互模块 （4） 包括 PC 机测控界面 （41） 、 输入按钮 （42） 和状态指示灯 （43） ； 所述 PC 机测控界面 （41） 用于在测试和训练前输入被 测人员相关信息、 选择测试关节、 设定测试角速度、 关节运动范围、 最大力矩限制信息， 在训 练中显示并保存所测肌力、 角速度、 关节角位移数据和曲线， 在训练后对所存数据进行分析 处理， 评价所测关节的肌力情况， 为医师诊断提供参考 ；。
10、 所述输入按钮 （42） 包括正转极限 按钮 （42-1） 、 反转极限按钮 （42-2） 、 暂停按钮 （42-3） 、 急停按钮 （42-4） 、 开始按钮 （42-5） 和 权 利 要 求 书 CN 102138801 B 2 2/2 页 3 停止按钮 （42-6） ， 所述正转极限按钮 （42-1） 和反转极限按钮 （42-2） 用于训练前设定正转 和反转方向的极限位置 ； 所述暂停按钮 （42-3） 用于使动力输出轴暂时锁定或释放， 或者在 训练和测试中暂时停止训练 ； 所述急停按钮 （42-4） 用于在发生异常的情况下切断动力产 生和输出模块 （2） 的电源， 使动力输出轴 （21。
11、） 停止运动 ； 所述开始按钮 （42-5） 和停止按钮 （42-6） 分别用于训练的启动和正常停止 ； 所述状态指示灯 （43） 用于指示所述等速肌力测 试系统各模块的工作状态， 包括指示所述动力产生与输出模块 （2） 的有刷直流电机伺服驱 动器 （24） 状态的伺服状态指示灯 （43-1） 、 指示所述 PC 机测控界面 （41） 与所述核心控制模 块 （1） 之间通信状态的通信状态指示灯 （43-2） 、 指示所述传感检测模块 （3） 的角速度传感 器工作状态的角速度传感器状态指示灯 （43-3） 、 以及指示所述传感检测模块 （3） 的扭矩传 感器 (31) 工作状态的扭矩传感器状态指。
12、示灯 （43-4） 。 6. 根据权利要求 5 所述的等速肌力测试系统， 其特征在于 ： 所述动力产生与输出模块 （2） 的有刷直流电机 （25） 上装配的电磁制动器受所述人机交互模块 （4） 的输入按钮 （42） 的 急停按钮 （42-4） 和核心控制模块 （1） 的双重控制。 权 利 要 求 书 CN 102138801 B 3 1/6 页 4 等速肌力测试系统 技术领域 0001 本发明涉及一种用于人体运动系统康复训练、 肌肉功能检查和评价的等速肌力测 试系统及其核心控制算法。 背景技术 0002 肌肉功能检查和评价是康复医学中最基本、 最重要的内容之一。常用的肌肉功能 检查包括等长肌力。
13、、 等张肌力和等速肌力检查等。由于等速运动技术在肌肉功能测试上具 有很好的准确性、 可靠性和可重复性， 在肌力训练上具有很好的安全性、 高效性和合理性， 故在体育训练及康复医学的临床实践和科学研究中有广泛的应用前景。 0003 等速运动， 又称可调节抗阻运动或恒定角速度运动， 指利用专门设备， 根据运动过 程的肌力大小变化， 相应调节外加阻力， 使整个关节运动依预先设定速度运动， 运动过程中 肌肉用力仅使肌张力增高， 力矩输出增加。等速运动能依肌力强弱、 肌肉长度变化、 力臂长 短、 疼痛疲惫等状况。提供适合其肌肉本身的最大阻力， 且不会超过其负荷的极限。因此， 等速运动具有相当高的效率与安全。
14、性。 0004 等速运动分为等速向心收缩运动和等速离心收缩运动两种方式， 二者的区别在于 肌肉收缩时肌纤维长度变化不同， 前者肌纤维缩短， 后者变长。表现在等速运动装置上， 等 速向心收缩运动时， 主动力由肌肉收缩提供， 等速装置提供与运动方向相反的阻力 ； 等速离 心收缩运动时， 主动力由等速装置提供， 肌力与运动方向相反。 0005 等速运动需要借助于专门的等速设备来产生， 等速技术的发展依赖于等速运动器 械的发展水平， 目前国内尚未有自行生产制造成套设备， 国内使用的等速仪器主要靠进口， 价格昂贵， 只有少数大中城市的医院拥有此类成套设备。极大的限制了等速技术在我国康 复领域的发展。 0。
15、006 为了推动等速装置的国产化， 人们做了一些尝试和努力， 研制出了不少等速训练 器材， 如中国专利 CN86203623U 公开的一种 “电磁等动力量训练器” 、 ZL 93200861.5 公开的 一种 “电磁控制等动训练器” 及 ZL 200620018837.X 公开的一种 “等动爆发力训练仪” ， 等 等。这些等速器材主要是以肌力训练为目的， 无肌力显示和评价模块， 适用于等速训练， 但 不适用于肌力测试 ； 另外， 它们大都利用机械装置原理或电磁阻力装置提供等速训练的阻 力， 无法 提供产生离心收缩的主动力， 因此无法进行等速离心收缩训练， 而现代体育科学 理论和实践证实， 离心。
16、收缩力量训练对改善肌肉素质， 提高运动能力有着重要的意义。 发明内容 0007 本发明的第一个目的是推进国内等速技术的发展， 提供一种能够进行等速训练和 肌力测试的等速肌力测试系统 0008 实现本发明第一个目的的技术方案是一种等速肌力测试系统， 包括核心控制模 块、 动力产生与输出模块和传感检测模块 ； 所述核心控制模块控制动力产生与输出模块运 动， 传感检测模块将检测到的动力产生与输出模块的各种数据传送给核心控制模块 ； 所述 说 明 书 CN 102138801 B 4 2/6 页 5 动力产生与输出模块包括为肢体进行等速运动提供所需阻力的动力输出轴 ； 所述传感检测 模块包括扭矩传感器。
17、、 角位移传感器和滤波器 ； 所述扭矩传感器和角速度传感器的输入端 分别连接动力产生与输出模块的动力输出轴的输出端， 扭矩传感器和角速度传感器的输出 端分别连接核心控制模块， 滤波器连接角速度传感器和核心控制模块。 0009 所述传感检测模块的扭矩传感器为动态测量式转矩传感器， 用于测量所述动力产 生与输出模块的动力输出轴的转矩 ； 角速度传感器为旋转编码器， 用于检测所述动力产生 与输出模块的动力输出轴的角速度 ； 角速度传感器的 PWM 输出端经滤波器后接入核心控制 模块， 用于检测所述动力产生与输出模块的动力输出轴的角位移。 0010 所述传感检测模块还包括调理电路 ； 所述调理电路为将。
18、所述扭矩传感器、 角速度 传感器、 滤波器的输出信号调理、 变换成便于所述核心控制模块的嵌入式微处理器接收的 信号的电路。 0011 所述动力产生与输出模块还包括依次连接的电平转换器、 D/A 转换器、 有刷直流电 机伺服驱动器、 有刷直流电机和减速机 ； 所述电平转换器与核心控制模块的输出端连接。 0012 所述动力产生与输出模块的 D/A 转换器为高精度 D/A 转换器， 用于接收所述核心 控制模块的控制数据， 转换成模拟电压后输入到有刷直流电机伺服驱动器 ； 所述有刷直流 电机伺服驱动器有电压控制和电流控制两种工作方式， 用于控制有刷直流电机按要求运 动 ； 所述减速机为行星齿轮减速机 。
19、； 所述有刷直流电机通过减速机驱动动力输出轴提供肢 体等速运动所需的阻力。 0013 所述动力产生与输出模块的有刷直流电机上装配有电磁制动器。 0014 所述核心控制模块包括相互电连接的嵌入式微处理器及外围电路， 所述嵌入式微 处理器为高速单片机或数字信号处理器， 利用所述传感检测模块采集的转矩、 角位移、 角速 度信息 控制所述动力产生与输出模块按要求动作 ； 所述外围电路是使所述嵌入式微处理 器正常工作所必需的元器件及相互连接所构成的电路。 0015 还包括与核心控制模块双向电连接的人机交互模块 ； 所述人机交互模块包括 PC 机测控界面、 输入按钮和状态指示灯 ； 所述 PC 机测控界面。
20、用于在测试和训练前输入被测 人员相关信息、 选择测试关节、 设定测试角速度、 关节运动范围、 最大力矩限制信息， 在训练 中显示并保存所测肌力、 角速度、 关节角位移数据和曲线， 在训练后对所存数据进行分析处 理， 评价所测关节的肌力情况， 为医师诊断提供参考 ； 所述输入按钮包括正转极限按钮、 反 转极限按钮、 暂停按钮、 急停按钮、 开始按钮和停止按钮， 所述正转极限按钮和反转极限按 钮用于训练前设定正转和反转方向的极限位置 ； 所述暂停按钮用于使动力输出轴暂时锁定 或释放， 或者在训练和测试中暂时停止训练 ； 所述急停按钮用于在发生异常的情况下切断 动力产生和输出模块的电源， 使动力输出。
21、轴停止运动 ； 所述开始按钮和停止按钮分别用于 训练的启动和正常停止 ； 所述状态指示灯用于指示所述等速肌力测试系统各模块的工作 状态， 包括指示所述动力产生与输出模块的有刷直流电机伺服驱动器状态的伺服状态指示 灯、 指示所述 PC 机测控界面与所述核心控制模块之间通信状态的通信状态指示灯、 指示所 述传感检测模块的角速度传感器工作状态的角速度传感器状态指示灯、 以及指示扭矩传感 器工作状态的扭矩传感器状态指示灯。 0016 所述动力产生与输出模块的有刷直流电机上装配的电磁制动器受所述人机交互 模块的输入按钮的急停按钮和核心控制模块的双重控制。 说 明 书 CN 102138801 B 5 3。
22、/6 页 6 0017 本发明的第二个目的是提供一种等速肌力测试系统的核心控制算法。 0018 实现本发明第二个目的的技术方案是一种等速肌力测试系统的核心控制算法， 包 括以下步骤 ： 0019 初始化控制输出量 u(k) ； 0020 采入角速度设定值 wr(k)、 本采样周期测量角速度 w(k) 和上一采样周期测量角 速度 w(k-1)， 并计算角速度偏差 e(k) w(k)-wr(k) ； 0021 判断偏差 e(k) 是否大于 0 ； 0022 如果第步中e(k)大于0， 则判断本采样周期测量角速度w(k)是否比上一采样 周期测量角速度w(k-1)大 ； 若是， 则将第步中求得的角速度。
23、偏差e(k)乘以一个正数系数 a 作为本次控制量增量 u(k) 的值， 即 u(k) a.e(k) ； 若否， 即本采样周期测量角速度 w(k) 没有上一采样周期测量角速度 w(k-1) 大， 则将本次控制量增量 u(k) 置为 0 ； 0023 如果第步中e(k)小于0， 则判断本次测量角速度w(k)是否比上一采样周期所 测 角速度 w(k-1) 小 ； 若是， 则将第步中求得的偏差 e(k) 乘以一个正数系数 b 作为本次 控制量增量 u(k) 的值， 即 u(k) b.e(k) ； 若否， 即本采样周期测量角速度 w(k) 没有 比上一采样周期测量角速度 w(k-1) 小， 则将本次控制。
24、量增量 u(k) 置为 0。 0024 将第步或第步中得到的本次控制量增量u(k)与上次控制量u(k-1)之和 作为本次确定的控制量 u(k) 输出， 即 u(k) u(k)+u(k-1) ； 0025 重复步， 直至训练或测试结束。 0026 采用了上述技术方案， 本发明具有以下积极的效果 ： (1) 本发明所设计的等速肌 力测试系统的动力产生于输出模块的动力输出轴能够提供等速运动所需阻力， 传感检测模 块检测动力输出轴的转矩、 角速度、 角位移， 动力输出轴的转矩即肌力， 因此本发明的等速 肌力测试系统既能提供等速训练， 又能在等速训练中检测肌力、 角速度、 角位移等重要物理 量。 002。
25、7 (2) 本发明的等速肌力测试系统的动力产生与输出模块采用有刷直流电机作为动 力产生元件， 使系统工作灵活， 调节方便， 能够在大范围适用不同人群的肌力测试需求， 只 要在动力输出轴上配上不同的附件即能对人体的不同主要关节进行训练。 0028 (3) 本发明的等速肌力测试系统的动力产生与输出模块采用有刷直流电机还能够 提供 “主动抗力” ， 带着肢体绕动力输出轴做等速离心收缩训练。 0029 (4) 本发明的等速肌力测试系统采用嵌入式微处理器与有刷直流电机伺服驱动器 相结合的方式来控制有刷直流电机工作， 而不是自行设计伺服驱动器， 充分利用了成熟有 刷直流电机伺服驱动器的高可靠性和安全性。 。
26、0030 (5) 本发明的等速肌力测试系统的动力产生与输出模块的有刷直流电机上配有电 磁制动器， 并受急停按钮和核心控制模块的双重控制， 在紧急状态下除动力部分断电外， 电 磁制动器立即将电机锁定， 从而使动力输出轴锁定， 从而确保测试者的安全。 0031 (6) 本发明的等速肌力测试系统的动力产生与输出模块与其他模块采用隔离独立 供电， 避免相互干扰， 及有害电压进入操作部分。 0032 (7) 本发明的等速肌力测试系统， 还包括友好的人机交互模块， 能显示保存训练或 测试中的肌力、 角位移、 角速度这些重要物理量， 并对测量结果进行分析和评价， 为医师提 供参考。 说 明 书 CN 102。
27、138801 B 6 4/6 页 7 附图说明 0033 为了使本发明的内容更容易被清楚地理解， 下面根据具体实施例并结合附图， 对 本发明 作进一步详细的说明， 其中 0034 图 1 为本发明的等速肌力测试系统的组成框图。 0035 图 2 为本发明的等速肌力测试系统的电路原理示意图。 0036 图 3 为本发明的等速肌力测试系统的核心控制算法流程图。 0037 附图中标号为 ： 0038 核心控制模块 1， 嵌入式微处理器 11 ； 0039 动力产生与输出模块 2， 动力输出轴 21， 电平转换器 22、 D/A 转换器 23、 有刷直流 电机伺服驱动器 24、 有刷直流电机 25， 。
28、减速机 26 ； 0040 传感检测模块 3， 扭矩传感器 31， 角位移传感器 32， 滤波器 33 ； 0041 人机交互模块 4， PC 机测控界面 41， 输入按钮 42， 正转极限按钮 42-1， 反转极限按 钮 42-2， 暂停按钮 42-3， 急停按钮 42-4， 开始按钮 42-5， 停止按钮 42-6， 状态指示灯 43， 伺 服状态指示灯 43-1， 通信状态指示灯 43-2， 角速度传感器状态指示灯 43-3， 扭矩传感器状 态指示灯 43-4， 通信电平转换电路 44。 具体实施方式 0042 ( 实施例 1， 等速肌力测试系统 ) 0043 见图 1， 本实施例的等速。
29、肌力测试系统包括核心控制模块 1、 动力产生与输出模块 2、 传感检测模块 3 和人机交互模块 4。核心控制模块 1 控制动力产生与输出模块 2 运动， 传 感检测模块3将检测到的动力产生与输出模块2的各种数据传送给核心控制模块1， 人机交 互模块 4 与核心控制模块 1 双向电连接。 0044 见图 2， 核心控制模块 1 包括相互电连接的嵌入式微处理器 11 及外围电路。嵌入 式微处理器 11 的型号为 TMS320F2810， 利用传感检测模块 3 采集的转矩、 角位移、 角速度信 息控制动力产生与输出模块 2 按要求动作。外围电路是使所述嵌入式微处理器 11 正常工 作所必需的元器件及。
30、相互连接所构成的电路， 图中未显示。 0045 动力产生与输出模块 2 包括为肢体进行等速运动提供所需阻力的动力输出轴 21、 电平转换器 22、 D/A 转换器 23、 有刷直流电机伺服驱动器 24、 有刷直流电机 25 和减速 机 26， 电平转换器 22 与核心控制模块 1 的输出端连接。其中， 电平转换器 22 采用型号为 74ALVC164245 的双 8 位 3V-5V 电平转换芯片 ； D/A 转换器 23 采用型号为 DAC811 的 12 位高 精度D/A转换器， 其模拟输出电压为-10V+10V， 用于接收所述核心控制模块1的控制数据， 转换成模拟电压后输入到有 刷直流电机。
31、伺服驱动器 24 ； 有刷直流电机伺服驱动器 24 采用 型号为 A-M-C 20a20 的 PWM 伺服驱动器， 它具有电压 / 转速控制和电流 / 转矩控制两种控 制方式， 工作电压范围为 40V190V， 控制输入电压为 -10V+10V， 用于控制有刷直流电机 25 按要求运动 ； 减速机 26 为行星齿轮减速机， 减速比为 30 1 ； 有刷直流电机 25 额定功率为 1.5kW， 额定电压为160V， 额定转矩9.5Nm， 额定转速1500r/min， 其上装配有电磁制动器(图 中未显示 )， 有刷直流电机 25 通过减速机 26 驱动动力输出轴 21 提供肢体等速运动所需的 阻力。
32、 ； 电磁制动器受人机交互模块 4 的输入按钮 42 的急停按钮 42-4 和核心控制模块 1 的 说 明 书 CN 102138801 B 7 5/6 页 8 双重控制。TMS320F2810 的通用 I/O 口 GPIOB0GPIO11 经 74ALVC164245 电平转换后接入 DAC811 的 12 位并行数据输入端， DAC811 的模拟电压输出端连接到 A-M-C 20a20 型 PWM 伺 服驱动器的控制信号输入端， A-M-C 20a20 的电机电压输出端与有刷直流电机 25 的电源接 线端相连， 有刷直流电机 25 的输出轴通过行星齿轮减速机连接到动力输出轴 21， 将动力。
33、输 出。 0046 传感检测模块 3 包括扭矩传感器 31、 角位移传感器 32、 滤波器 33 和调理电路 ； 扭 矩传感器31和角速度传感器32的输入端分别连接动力产生与输出模块2的动力输出轴21 的输出端， 扭矩传感器 31 和角速度传感器 32 的输出端分别连接核心控制模块 1， 滤波器 33 连接角速度传感器 32 和核心控制模块 1。扭矩传感器 31 采用型号为 TQ-660500 的电压输 出型高精度动态扭矩传感器， 测量范围为 -500Nm+500Nm， 对应输出电压为 1V-5V， 正向满 量程为 500Nm， 对应输出电压 5V， 反向满量程为 -500Nm， 对应输出电压。
34、为 1V。角位移传感器 32 采用型号为 AS5145 的 12 位分辨率的磁编码器， 它具有正交编码脉冲输出端 A 相、 B 相及 原点 Index 输出， 同时还具有绝对编码 PWM 输出端， PWM 输出的占空比 0/40964095/4096 对应着绝对角度 0360 度。滤波器 33 为 2 阶无源 RC 低通滤波器。磁编码器 AS5145 的 正交增量输出端 A、 B 及原点 INDEX 分别连接至 TMS320F2810 的正交编码脉冲电路 QEP 的 QEP1、 QEP2 和 QEPI1， 用于测量动力输出轴的角速度 ； 磁编码器 AS5145 的 PWM 输出端经 2 阶 无。
35、源 RC 低通滤波器调理成 0V3.3V 直流电压后连接至 TMS320F2810 的 A/D 转换输入通道 ADCINA0， 用于测量动力输出轴的绝对角位移 ； 扭矩传感器 TQ-660500 的电压信号输出端连 接到TMS320F2810的A/D转换输入通道ADCINA1， 用于测量加在动力输出轴上的转矩。 调理 电路为将所述扭矩传感器 31、 角速度传感器 32、 滤波器 33 的输出信号调理、 变换成便于所 述核心控制模块 1 的嵌入式微处理器 11 接收的信号的电路， 图中未显示。 0047 人机交互模块 4 与核心控制模块 1 双向电连接。人机交互模块 4 包括 PC 机测控 界面。
36、 41、 输入按钮 42、 状态指示灯 43 和通信电平转换电路 44 ； PC 机测控界面 4 通过以芯 片 MAX3232 为核心的通信电平转换电路 44 与 TMS320F2810 的串行通信接口 SCIA 相连， 用 于在测试和训练前输 入被测人员相关信息、 选择测试关节、 设定测试角速度、 关节运动范 围、 最大力矩限制信息， 在训练中显示并保存所测肌力、 角速度、 关节角位移数据和曲线， 在训练后对所存数据进行分析处理， 评价所测关节的肌力情况， 为医师诊断提供参考 ； 输 入按钮 42 包括正转极限按钮 42-1、 反转极限按钮 42-2、 暂停按钮 42-3、 急停按钮 42-。
37、4、 开始按钮 42-5 和停止按钮 42-6， 这 6 个输入按钮分别与核心控制模块的 TMS320F2810 的 GPIOA0GPIOA5 相连。正转极限按钮 42-1 和反转极限按钮 42-2 用于训练前设定正转和反 转方向的极限位置 ； 暂停按钮 42-3 用于使动力输出轴暂时锁定或释放， 或者在训练和测试 中暂时停止训练 ； 急停按钮 42-4 用于在发生异常的情况下切断动力产生和输出模块 2 的 电源， 使动力输出轴 21 停止运动 ； 开始按钮 42-5 和停止按钮 42-6 分别用于训练的启动和 正常停止 ； 状态指示灯 43 用于指示所述等速肌力测试系统各模块的工作状态， 包。
38、括指示所 述动力产生与输出模块 2 的有刷直流电机伺服驱动器 24 状态的伺服状态指示灯 43-1、 指 示所述 PC 机测控界面 41 与所述核心控制模块 1 之间通信状态的通信状态指示灯 43-2、 指示所述传感检测模块 3 的角速度传感器工作状态的角速度传感器状态指示灯 43-3、 以 及指示扭矩传感器 31 工作状态的扭矩传感器状态指示灯 43-4， 这 4 个状态指示灯分别与 TMS320F2810 的 GPIOA12GPIOA15 相连。 说 明 书 CN 102138801 B 8 6/6 页 9 0048 ( 实施例 2， 等速肌力测试系统的核心控制算法 ) 0049 见图 3。
39、， 等速肌力测试系统的核心控制算法， 包括以下步骤 ： 0050 步骤 100， 初始化控制输出量 u(k) ； 0051 步骤101， 采入角速度设定值wr(k)、 本采样周期测量角速度w(k)和上一采样周 期测量角速度 w(k-1) ； 0052 步骤 102， 计算角速度偏差 e(k) w(k)-wr(k) ； 0053 步骤 103， 判断偏差 e(k) 是否大于 0 ； 0054 如果第步中 e(k) 大于 0， 则进行步骤 104， 判断本采样周期测量角速度 w(k) 是否比上一采样周期测量角速度 w(k-1) 大 ； 若是， 则进行步骤 105， 将第步中求得的角速 度偏差 e(。
40、k) 乘以一个正数系数 a 作为本次控制量增量 u(k) 的值， 即 u(k) a.e(k) ； 若否， 即本采样周期测量角速度 w(k) 没有上一采样周期测量角速度 w(k-1) 大， 进行步骤 106， 将本次控制量增量 u(k) 置为 0 ； 0055 如果第步中 e(k) 小于 0， 则进行步骤 107， 判断本次测量角速度 w(k) 是否比 上一采样周期所测角速度 w(k-1) 小 ； 若是， 则进行步骤 108， 将第步中求得的偏差 e(k) 乘以一个正数系数 b 作为本次控制量增量 u(k) 的值， 即 u(k) b.e(k) ； 若否， 即本采 样周期测 量角速度w(k)没有比。
41、上一采样周期测量角速度w(k-1)小， 则进行步骤106， 将本 次控制量增量 u(k) 置为 0 ； 0056 执行完步骤 105 或步骤 106 或步骤 108 后， 均进入步骤 109， 将本次控制量 增量 u(k) 与上次控制量 u(k-1) 之和作为本次确定的控制量 u(k) 输出， 即 u(k) u(k)+u(k-1)。 ； 0057 重复第步， 直至训练或测试结束。 0058 以上所述的具体实施例， 对本发明的目的、 技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明， 所应理解的是， 以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明， 凡 在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保 护范围之内。 说 明 书 CN 102138801 B 9 1/3 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 102138801 B 10 2/3 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 102138801 B 11 3/3 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 102138801 B 12 。