[發(fā)明專利]一種基于深度傳感器的康復訓練方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110446690.3
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113144524B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 陳建新;趙立
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: A63B23/035
• 分類號: A63B23/035;A63B23/04;A63B23/12;A63B71/06;G16H20/30
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

1.一種基于深度傳感器的康復訓練方法，其特征在于，包括如下步驟，

步驟S1、通過深度傳感器獲取患者康復訓練過程中的動作信息，所述信息包括患者位置的三維坐標和身體25個關節(jié)點的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)；

步驟S2、根據(jù)患者位置的三維坐標計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的位置，根據(jù)身體25個關節(jié)點的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的關節(jié)點四元數(shù)；完成患者的動作和場景中虛擬人物動作上的鏡像同步；

步驟S3、康復訓練場景從定義好的一組訓練動作和尚未完成的訓練動作中隨機生成一個作為當前訓練動作；

步驟S4、患者完成場景中出現(xiàn)的訓練動作，系統(tǒng)根據(jù)定義好的動作評定方法和完成度計算公式獲取患者完成當前動作的完成分，

所述步驟S2中，計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的位置的具體方法為，

步驟S21、計算第一幀位置偏移；獲取第一幀時患者在深度傳感器坐標系中的三維坐標α1(x1，y1，z1)，將深度傳感器坐標系中的位置轉(zhuǎn)換為Unity坐標系中的位置β1(xoffset，yoffset，zoffset)，人物模型在場景中的移動速度為speed，第一幀時患者的位置偏移計算公式為

xoffset＝-x1*speed

yoffset＝y(tǒng)1*speed

zoffset＝-z1*speed；

步驟S22、獲取每一幀患者在深度傳感器坐標系下的坐標為α(x，y，z)，將深度傳感器坐標位置轉(zhuǎn)化為人物模型局部坐標系下的位置記為β(xpose，ypose，zpose)，計算公式為

xpose＝-x*speed-xoffset

ypose＝y(tǒng)*speed-yoffset

zpose＝-z*speed-zoffset；

記人物模型上一幀的局部坐標為β′,當前幀局部坐標為β，在當前幀，將人物模型的localPosition屬性由β′更新為β，

所述步驟S2中計算更新康復訓練場景中虛擬人物模型的關節(jié)點四元數(shù)的具體方法為，

1)獲取人物模型的右肘ElbowRight在初始姿態(tài)下的rotation屬性，得到的四元數(shù)記為qi；

2)獲取由深度傳感器計算的當前人的左肘關節(jié)相對于深度傳感器的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)，記為qj；

3)忽略父物體旋轉(zhuǎn)的模型右肘關節(jié)的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)qij＝qjqi，四元數(shù)qij轉(zhuǎn)換成的歐拉角記為α；

4)當前人物模型的父物體的rotation屬性對應的四元數(shù)記為qo，四元數(shù)qo對應的歐拉角記為β；

5)當前幀人物模型的右肘關節(jié)旋轉(zhuǎn)對應的歐拉角γ＝α+β，歐拉角γ轉(zhuǎn)換成的四元數(shù)記為q；

6)q即為當前幀人物模型右肘關節(jié)旋轉(zhuǎn)對應的四元數(shù)。假設上一幀人物模型右肘關節(jié)的旋轉(zhuǎn)四元數(shù)為q′，只要在當前幀將此關節(jié)的rotation屬性由q′更新為q，

所述步驟S3中，定義好的一組訓練動作包括側(cè)平舉、側(cè)平舉抬左腿、側(cè)平舉抬右腿、前平舉、前平舉抬左腿、前平舉抬右腿、前平舉下蹲、抬左腿、抬右腿、下蹲、左手上舉、右手上舉、雙手上舉，

定義好的側(cè)平舉的判斷條件為

upperY＝0.2upperX＝Head.y-KneeLeft.y-0.2；

動作完成度為

左肩，左肘，左手腕，右肩，右肘，右手腕6個關節(jié)坐標的y軸分量的最大值和最小值的差值記為upperY，左右手腕坐標x軸分量差值的絕對值記為upperX；頭關節(jié)點為Head，左膝關節(jié)點為KneeLeft，

定義好的抬左腿的判斷條件為270＝α1＝315，左腿動作完成度為抬右腿的判斷條件為270＝α2＝315，抬右腿動作完成度為深度傳感器獲取的左髖關節(jié)旋轉(zhuǎn)歐拉角x軸分量為α1，右髖關節(jié)旋轉(zhuǎn)歐拉角x軸分量為α2，

定義好的下蹲的判斷條件為270＝α1＝315270＝α2＝315，下蹲的動作完成度squatScore＝(lLegLiftScore+rLegLiftScore)/2；深度傳感器獲取的左髖關節(jié)旋轉(zhuǎn)歐拉角x軸分量為α1，右髖關節(jié)旋轉(zhuǎn)歐拉角x軸分量為α2，

定義好的右手上舉的判斷條件為

upperxSE＝0.2upperxEW＝0.2WristRight.y-ShoulderRight.y＝Head.y-Neck.y，右手上舉動作完成度

其中，右肩和右肘坐標x軸分量差值絕對值為upperxSE，右肘和右手腕坐標x軸分量差值絕對值為upperxEW，頭關節(jié)點為Head，脖子為Neck，右手腕為WristRight，右肩為ShoulderRigh，

定義好的左手上舉的判斷條件為

upperxSE＝0.2upperxEW＝0.2WristLeft.y-ShoulderLeft.y＝Head.y-Neck.y，左手上舉動作完成度

左肩和左肘坐標x軸分量差值絕對值為upperxSE，左肘和左手腕坐標x軸分量差值絕對值為upperxEW，頭關節(jié)點為Head，脖子為Neck，左手腕為WristLeft，左肩為ShoulderLeft；

定義好的前平舉的判斷條件為

upperY＝0.25upperRightX＝0.2upperLeftX＝0.2；

前平舉的動作完成度為

左手，左手腕，左肘，左肩坐標x軸分量最大值和最小值的差值為upperLeftX，記右手，右手腕，右肘，右肩坐標x軸分量最大值和最小值的差值為upperRightX，以上8個關節(jié)點坐標y軸分量上最大值和最小值的差值為upperY。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于深度傳感器的康復訓練方法，其特征在于，所述深度傳感器采用Kinectv2在前端采集原始數(shù)據(jù)，所述康復訓練場景由Unity搭建。