[发明专利]一种基于CPG模型的人体锻炼跑步机自适应主动控制方法

说明书

本发明公开一种基于CPG模型的人体锻炼跑步机自适应主动控制方法，包括：通过肌电采集仪实时采集人体在跑步机上运动时一个步态周期内下肢股直肌、股二头肌的表面肌电信号，提取其幅值特征和频率特征；将幅值特征和频率特征作为参数带入已通过遗传算法优化的CPG模型中，拟合出周期性人体下肢髋关节角度曲线；根据周期性人体下肢髋关节角度曲线，得出角度极值和频率，带入关系模型求出跑步机速度控制命令，并通过计算机发给驱动模块，实现跑步机自适应主动控制。本发明通过提取人体下肢sEMG的幅频特征作为CPG模型参数，得到期望周期性髋关节步态曲线，提取其角度极值和频率，通过关系模型得到跑步机速度命令，实现跑步机自适应主动控制。

技术领域

本发明涉及健身设备技术领域，具体讲，涉及一种人体锻炼跑步机自适应主动控制方法。

背景技术

随着物质生活水平的提高，越来越多的人开始关心自身的健康状态，开始热衷于参加各种体育运动锻炼，全球健身器材产业也得到了迅速发展，其中跑步机操作简便、体积小，节约空间，它满足了人们对有氧健身的需求，具有广阔的发展空间和发展潜力，目前已经成为人们主要健身器材之一。

然而，在跑步机的使用过程中，跑步者必须被迫调节自身速度去适应跑步机预设的固定速度，严重影响了跑步者运动时的主动性和轻松感，也限制了跑步机的应用拓展。因此，一种能够检测人体运动速度，并实时控制跑步机电机速度的技术变得尤为重要。

跑步机速度自适应控制方法最近有一些相关专利申请公开：

1、一种基于柔性阵列压力传感器的跑步机自适应调速系统，申请号：201110315778.8；

该专利申请通过在跑板上侧安装柔性阵列压力传感器，实时获取跑步者步频、步长等参数，由所建立的加速度与每两步之间上述参数关系模型计算得出加速度，并向电机驱动模块发送控制命令。该方法由于铺设传感器阵列，需要对跑步机进行改造，成本较高，不适合应用推广使用。

2、一种基于视频的跑步机自适应调速系统，申请号：201610229061.4；

该专利申请通过摄像机视频采集模块获取跑步者中心位置、相对位移等参数，通过建立加速度与以上参数的关系模型得出加速度，并向电机驱动模块发送控制指令。该方法需要检测人体位移参数，适于大跑步机上使用，家用或健身用小跑步机位移参数不明显，易引起加减速震荡，因此不适合使用该方法。

发明内容

本发的目的在于提供一种基于CPG模型的人体锻炼跑步机自适应主动控制方法，以解决上述技术问题。本发明通过提取人体下肢sEMG的幅频特征作为CPG模型参数，得到期望周期性髋关节步态曲线，提取其角度极值和频率，通过关系模型得到跑步机速度命令，实现跑步机自适应主动控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于CPG模型的人体锻炼跑步机自适应主动控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过肌电采集仪实时采集人体在跑步机上运动时一个步态周期内下肢股直肌、股二头肌的表面肌电信号，提取其幅值特征和频率特征；

步骤二、将幅值特征和频率特征作为参数带入已通过遗传算法优化的CPG模型中，拟合出周期性人体下肢髋关节角度曲线；

步骤三、根据步骤二拟合出的周期性人体下肢髋关节角度曲线，得出角度极值和频率，带入关系模型求出跑步机速度控制命令，并通过计算机发给驱动模块，实现跑步机自适应主动控制。

进一步的，步骤一幅值特征和频率特征具体包括：

肌电信号X＝{x_i}_N的幅值特征和频率特征分别为均方根RMS和平均功率频率f_mean，公式为：