[发明专利]上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价系统及方法

说明书

本发明涉及一种上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价系统，包括运动传感器、主控芯片、电源管理电路和上位机，所述运动传感器和主控芯片构成动作捕捉节点，所述运动传感器与主控芯片之间通过IIC协议进行数据传输，所述运动传感器、主控芯片通过电源管理电路与锂电池相连，所述主控芯片通过无线通讯与上位机相连。本发明的优点是在一定程度上解决了现有居家康复中上肢训练方式的不规范以及护理人员工作量大的问题。

技术领域

本发明涉及一种上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价系统及方法，属于康复训练、动作捕捉技术领域。

背景技术

目前，一般将捕捉人体动作的技术分为机械式、声学式、电磁式、惯性传感器式、光学式等五大类，其中光学式和惯性传感器式是应用最广泛的两种。光学式是采用光电传感器采集待测人员的运动轨迹，然后通过多个不同角度的摄像头拍摄光电传感器的反光点来实现动作捕捉的，这种方式对环境的要求高，并存在以下缺点：拍摄时容易受到背光影响，成本高，图像解算对硬件要求高。传统的惯性传感器多为有线模式，过多的信号线会影响手臂的运动，对康复训练过程造成麻烦。

康复训练在不同的时间段需要选择不同的训练方式，在脑卒中康复治疗的最初阶段需要在理疗师的专业指导下，利用专业的器材进行训练，这种康复训练的优点是更专业，效果最好，但是缺点是费用高，占用的资源较多。在康复训练的后期，患者已经有了一定的自主运动能力，居家康复就不失为一种更方便，更经济的康复训练方式，为使居家康复训练更规范，就迫切需要一种上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价系统。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的缺陷，提出一种上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价系统，同时给出了监测与评价方法，该方法利用运动传感器来实现上肢动作的捕捉，然后利用无线组网技术实现多节点的无线数据传输，最后利用上位机中嵌入的软件强大的数学运算能力实现多节点融合算法得到手臂的运动状态，同时在人机交互界面设计了多种康复训练模式以及科学的训练评价方法。

为了达到以上目的，本发明提供了一种上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价系统，包括运动传感器、主控芯片、电源管理电路和上位机，所述运动传感器和主控芯片构成动作捕捉节点，所述运动传感器与主控芯片之间通过IIC协议进行数据传输，所述运动传感器、主控芯片通过电源管理电路与锂电池相连，所述主控芯片通过无线通讯与上位机相连。

本发明将惯性传感器用于上肢动作捕捉，通过动作捕捉节点采集患者在康复运动时的数据，再利用无线网络（ZigBee组网技术）进行数据传输，同时提出了动作识别方法与运动效果评价方法。

优选地，所述动作捕捉节点有三个，分别为节点1，节点2和节点3。

进一步优选地，所述节点1通过绳带绑定于人体的胸口位置，所述节点1采集三轴磁力数据，用以判断人体的朝向；所述节点2通过绳带绑定于人体的上臂外侧，所述节点2采集三轴加速度数据、三轴陀螺仪数据和三轴磁力数据；所述节点3通过绳带绑定于人体的前臂外侧，所述节点3采集三轴加速度数据、三轴陀螺仪数据和三轴磁力数据。

优选地，所述运动传感器采用MPU9250九轴运动传感器，所述主控芯片采用CC2538ZigBee主控芯片，所述上位机采用MatLab上位机。

本发明还提供了一种上肢康复训练中的多惯性节点无线监测与评价方法，该方法包括以下步骤：

第一步、将三个运动传感器与主控芯片构成的动作捕捉节点分别绑定于人体的胸口、上臂外侧和前臂外侧，形成节点1、节点2和节点3；转至第二步；

第二步、在上位机的人机交互界面选择训练模式后进行上肢康复训练，训练模式包括两种，一种是跟踪训练模式，另一种是重复训练模式；转至第三步；