一种用于人体机能训练的系统和方法技术方案

本发明专利技术所述的一种用于人体机能训练的系统，包括:通过数据连接的训练平台、动作捕捉系统、显示装置和中心服务器；动作捕捉系统实时捕捉所述训练平台上的使用者的动作，并实时获取动作中躯体的动作数据，分别生成对应部位的数据信息，并将数据信息传输到中心服务器；中心服务器接收数据信息，并实时将数据信息处理转换成实时虚拟场景信息，随后中心服务器将实时虚拟场景信息实时传输到显示装置和训练平台；显示装置显示实时虚拟场景；训练平台基于收到的虚拟场景信息采取动作，并向中心服务器实时反馈动作后的实时姿态和位置。本发明专利技术还提供了对应的方法。本发明专利技术的系统和方法能够实现保持使用者训练热情并保证训练进程的持续性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于人体机能训练的系统和方法
本专利技术涉及运动医学
，具体涉及一种用于康复训练的辅助系统和方法，尤其涉及一种用于人体机能训练的系统和方法。
技术介绍
虚拟现实技术(VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，在现有技术中通常通过将使用者佩戴专门的设备，将其视觉、听觉等感官封闭起来，同时通过计算机利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是平常所看不到的物质，通过三维模型表现出来，从而生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术在各个领域都有长足的发展和应用，在运动训练和康复训练领域中也有诸多相关的设备和技术以辅助增强训练的效果。常见的沉浸式系统有：基于投影式虚拟现实系统、头盔式显示器的系统。现有技术中对于训练过程通常是由简单到复杂的梯度性设计，而复杂性的梯度均是人为划定，并不能完全适应使用者的实际情况，经常会因难度提升幅度不当导致使用者无法完成相应训练目标；另一方面，由于当前训练系统中每个梯度的训练复杂性是固定的，不能顾及到训练者的实时状态，无法实时调整训练的难度，进而影响使用者的继续进行训练的热情和进度。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的技术缺陷和问题，本专利技术的目的是提供一种被动式人体机能训练系统和方法，以适应使用者的实时状态的变化，使使用者能够持续的进行训练，不至于因无法完成提升后的训练难度而导致的训练中断，尤其是在康复训练中，对于使用者的康复信心和持续参与训练有巨大的推动作用。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于人体机能训练的系统，包括:通过数据连接的训练平台、动作捕捉系统、显示装置和中心服务器；动作捕捉系统实时捕捉所述训练平台上的使用者的动作，并实时获取动作中躯体的每个相关部位的角速度、加速度、位移距离和动作方向，分别生成对应部位的数据信息，并将所述数据信息传输到中心服务器；所述相关部位包括左大臂、左小臂、右大臂、右小臂、胸部、腰部、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿和右脚中的一个或多个；所述中心服务器接收所述数据信息，并实时将数据信息处理转换成实时虚拟场景信息，随后中心服务器将实时虚拟场景信息实时传输到显示装置和训练平台；所述显示装置显示实时虚拟场景；所述训练平台基于收到的虚拟场景信息采取动作，并向所述中心服务器实时反馈动作后的实时姿态和位置。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述动作捕捉系统选自微传感器组、红外动作捕捉系统或图像动作捕捉系统中的一种，且所述动作捕捉系统中设置有实时处理获取的实时动作数据的微处理器。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述动作捕捉系统为微传感器组，所述微传感器组由若干通过无线模块与所述中心服务器数据连接的微传感器组成；所述微传感器分别用于固定在使用者的躯体的不同部位；每一个微传感器包括壳体、固定带、陀螺仪、电源模块、微处理器和无线数据收发模块；所述陀螺仪、微处理器、电源模块和无线数据收发模块均包覆且固定于所述壳体内，固定带与所述壳体的外表面固接，所述陀螺仪、微处理器和无线数据收发模块各自与微电源模块电连接。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述显示装置选自虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述训练平台选自三自由度运动平台、四自由度运动平台、五自由度运动平台或六自由度运动平台中的一种。本专利技术还提供了一种基于上述系统的人体机能训练的方法，包括：1)中心服务器生成虚拟场景，同时基于虚拟场景生成预设虚拟动作阈值，并将实时虚拟场景信息传输到训练平台；2)所述训练平台从所述虚拟场景信息中提取实时动作指令并执行，并向训练平台反馈执行动作指令后的当前姿态和当前位置；3)动作捕捉系统实时捕捉训练平台上使用者的动作，并实时提取动作中躯体的每个相关部位的角速度、加速度、位移距离和动作方向，并分别生成对应部位的数据信息，并将所述数据信息传输到中心服务器；4)所述中心服务器接收所述数据信息，并实时将数据信息处理转换成实时虚拟动作数据，中心处理器将实时虚拟动作数据与预设虚拟动作阈值对比，基于对比结果判断使用者的实时状态，并生成适应该实时状态的实时虚拟场景，然后，中心服务器将所述实时虚拟场景信息实时传输到显示装置和训练平台；5)所述显示装置实时显示实时虚拟场景，同时，所述训练平台基于虚拟场景信息提取动作指令并采取相应动作，并向所述中心服务器实时反馈动作后的实时姿态和实时位置。在根据本专利技术的一个实施方案中，步骤4)中，当实时虚拟动作数据低于所述预设虚拟动作阈值时，中心服务器将实时虚拟场景中对应的动作复杂度下调至低于预设虚拟动作阈值；当实时虚拟动作数据高于所述预设虚拟动作阈值时，中心服务器将实时虚拟场景中的对应的动作复杂度提升至高于预设虚拟动作阈值。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述中心服务器在所述数据信息中提取使用者躯体和四肢的实时动作数据，并分别转换成躯体实时虚拟动作数据和四肢实时虚拟动作数据。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述预设虚拟动作阈值包括预设躯体虚拟动作阈值和预设四肢动作阈值；所述躯体实时虚拟动作数据和四肢实时虚拟动作数据分别与各自对应的预设躯体虚拟动作阈值和预设四肢动作阈值对比；并基于躯体和四肢各部分动作的实时对比结果生成对应的实时虚拟场景。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述虚拟场景中还包括实时模仿使用者动作的虚拟人物。在根据本专利技术的一个实施方案中，所述动作复杂度包括躯体和/或四肢的动作幅度和反应速度，以及对训练平台动作的适应能力；所述训练平台动作包括斜面、振动、摆动和波动中的一种或多种。本专利技术还提供了上述的系统或权方法在用于人体机能训练中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的用于人体机能训练的系统和方法解决了当前的动作复杂度梯度调整无法有效适应训练者的实时状态的情况；同时，也适应使用者训练中的实时状态的变化，避免因训练者实时状态的变化而导致训练动作失败。尤其有助于康复训练中的使用者的提升康复信心和坚持持续训练。附图说明图1是根据本专利技术的人体机能训练系统的组成示例示意图；图2是根据本专利技术的人体机能训练系统的方法示例性流程图；图3是基于本专利技术提供的人体机能训练系统和方法进行训练评估的示例性流程示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作详细说明。本专利技术提供了一种用于人体机能训练的系统和方法，这种方法是针对现有技术中基于人为主观设计思路对训练中的动作复杂度进行梯度调整，由于无法顾及使用者的实时训练状态，使使用者在面对一些动作复杂度超出其实时状态的应对能力时导致的训练中断，进而挫伤使用者的训练信心和热情的场景。本专利技术旨在解决上述问题，并基于对使用者实时状态的监测，动态调整训练场景的动作复杂度，从而让使用者在训练过程中更能够保持良好的心态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于人体机能训练的系统，其特征在于，包括:/n通过数据连接的训练平台、动作捕捉系统、显示装置和中心服务器；/n动作捕捉系统实时捕捉所述训练平台上的使用者的动作，并实时获取动作中躯体的每个相关部位的角速度、加速度、位移距离和动作方向，分别生成对应部位的数据信息，并将所述数据信息传输到中心服务器；所述相关部位包括左大臂、左小臂、右大臂、右小臂、胸部、腰部、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿和右脚中的一个或多个；/n所述中心服务器接收所述数据信息，并实时将数据信息处理转换成实时虚拟场景信息，随后中心服务器将实时虚拟场景信息实时传输到显示装置和训练平台；/n所述显示装置显示实时虚拟场景；/n所述训练平台基于收到的虚拟场景信息采取动作，并向所述中心服务器实时反馈动作后的实时姿态和位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于人体机能训练的系统，其特征在于，包括:
通过数据连接的训练平台、动作捕捉系统、显示装置和中心服务器；
动作捕捉系统实时捕捉所述训练平台上的使用者的动作，并实时获取动作中躯体的每个相关部位的角速度、加速度、位移距离和动作方向，分别生成对应部位的数据信息，并将所述数据信息传输到中心服务器；所述相关部位包括左大臂、左小臂、右大臂、右小臂、胸部、腰部、左大腿、左小腿、左脚、右大腿、右小腿和右脚中的一个或多个；
所述中心服务器接收所述数据信息，并实时将数据信息处理转换成实时虚拟场景信息，随后中心服务器将实时虚拟场景信息实时传输到显示装置和训练平台；
所述显示装置显示实时虚拟场景；
所述训练平台基于收到的虚拟场景信息采取动作，并向所述中心服务器实时反馈动作后的实时姿态和位置。


2.如权利要求1所述的用于人体机能训练的系统，其特征在于，所述动作捕捉系统选自微传感器组、红外动作捕捉系统或图像动作捕捉系统中的一种，且所述动作捕捉系统中设置有实时处理获取的实时动作数据的微处理器。


3.如权利要求1所述的用于人体机能训练的系统，其特征在于，所述动作捕捉系统为微传感器组，所述微传感器组由若干通过无线模块与所述中心服务器数据连接的微传感器组成；所述微传感器分别用于固定在使用者的躯体的不同部位；每一个微传感器包括壳体、固定带、陀螺仪、电源模块、微处理器和无线数据收发模块；所述陀螺仪、微处理器、电源模块和无线数据收发模块均包覆且固定于所述壳体内，固定带与所述壳体的外表面固接，所述陀螺仪、微处理器和无线数据收发模块各自与微电源模块电连接。


4.如权利要求1所述的用于人体机能训练的系统，其特征在于，所述显示装置选自虚拟现实显示装置或增强现实显示装置。


5.如权利要求1所述的用于人体机能训练的系统，其特征在于，所述训练平台选自三自由度运动平台、四自由度运动平台、五自由度运动平台或六自由度运动平台中的一种。

【专利技术属性】
技术研发人员：曹现林，任强，蒋天裕，
申请(专利权)人：苏州衡品医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32