[發明專利]輔助上肢訓練的裝置及系統

有效

• 申請號: 202010934010.8
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN111991772B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 毛堃;江孝偉;孟凡成
• 申請（專利權）人: 衢州職業技術學院
• 主分類號: A63B24/00
• 分類號: A63B24/00;A63B21/00;A63B23/12;G16H20/30;G06Q10/06;G06T7/277;G06K9/62
• 代理公司: 成都極刻智慧知識產權代理事務所(普通合伙) 51310
• 代理人: 張紅平

1.一種輔助上肢訓練的裝置，其特征在于，應用于與體感傳感器通信連接的計算機設備，其特征在于，所述裝置包括：

濾波模塊，用于將所述體感傳感器獲取的訓練者在訓練過程中的骨骼數據進行濾波處理，得到骨骼運動數據，其中，所述骨骼數據包括手腕關節點的三維坐標、肘部關節點的三維坐標及肩部關節點的三維坐標；

匹配模塊，用于將所述骨骼運動數據與標準動作的模板數據進行匹配，得到匹配距離，其中，所述匹配距離包括關節角度匹配距離、運動位置指向匹配距離及位置坐標匹配距離；

計算模塊，用于基于所述匹配距離計算得到所述訓練者的角度控制維度得分、方向控制維度得分及位置控制維度得分；

提供模塊，用于根據所述角度控制維度得分、方向控制維度得分及位置控制維度得分為所述訓練者提供用于改善相應控制維度得分的標準訓練圖像；

其中，所述計算模塊通過以下公式計算得到所述訓練者的角度控制維度得分、方向控制維度得分及位置控制維度得分：

G_max＝max{|max(S)-min(Q)|,|min(S)-max(Q)|}

N_max＝max{m,n}

其中，Score_t表示某一維度的子得分，T表示某一維度中的子項目數，Score表示某一維度得分，即某一維度得分為該維度的所有子得分的算數平均；W為該維度子項目的匹配距離，m和n分別代表該維度子項目所對應訓練者的骨骼運動數據和模板數據序列中的個數；max(S)、min(S)、max(Q)、min(Q)分別代表該維度子項目的骨骼運動數據在對應的模板數據和訓練者骨骼運動數據序列中的最大值和最小值；N_max×G_max為序列個數較大者的序列數和最大匹配差值絕對值的乘積，即最大極限匹配距離值。

2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述濾波模塊具體用于：

根據所述體感傳感器在所述訓練者在靜止狀態時獲取的骨骼數據，對獲取的訓練過程中的骨骼數據進行第一次濾波處理；

采用卡爾曼濾波對第一次濾波處理后得到的骨骼數據進行第二次濾波處理，得到濾波處理后的骨骼數據；

基于濾波處理后的骨骼數據得到骨骼運動數據，所述骨骼運動數據包括手腕關節點的三維坐標、肘部關節點的三維坐標、肩部關節點的三維坐標，肘部關節點的關節角度、肩部關節點的關節角度、肘部關節點的運動位置指向及肩部關節點的運動位置指向。

3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括模板數據生成模塊，用于：

根據標準動作提取參考骨骼數據，根據所述參考骨骼數據生成模板數據，所述模板數據包括所述標準動作中的手腕關節點的三維坐標、肘部關節點的三維坐標、肩部關節點的三維坐標，肘部關節點的關節角度、肩部關節點的關節角度、肘部關節點的運動位置指向及肩部關節點的運動位置指向。

4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述匹配模塊具體用于：

基于所述骨骼運動數據與標準動作的模板數據，采用動態時間規整DTW算法計算所述骨骼運動數據在角度控制、方向控制及位置控制三個維度與所述模板數據的累積距離最小的最優路徑，并基于各個維度的最優路徑，確定所述關節角度匹配距離、運動位置指向匹配距離及位置坐標匹配距離。

5.如權利要求1-4中任意一項所述的裝置，其特征在于，所述提供模塊具體用于：

將所述角度控制維度得分與第一控制維度得分閾值進行比較，在所述角度控制維度得分小于所述第一控制維度得分閾值時，從預先配置的動作庫中為所述訓練者提供用于改善關節角度訓練的標準訓練圖像；

在所述角度控制維度得分不小于所述第一控制維度得分閾值時，將所述方向控制維度得分與第二控制維度得分閾值進行比較，并在所述方向控制維度得分小于所述第二控制維度得分閾值時，從預先配置的動作庫中為所述訓練者提供用于改善運動位置指向訓練的標準訓練圖像；

在所述方向控制維度得分不小于所述第二控制維度得分閾值時，將所述位置控制維度得分與第三控制維度得分閾值進行比較，在所述位置控制維度得分小于所述第三控制維度得分閾值時，從預先配置的動作庫中為所述訓練者提供用于改善運動位置訓練的標準訓練圖像。