[发明专利]一种用于人体机能训练的主动自适应系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种用于人体机能训练的主动自适应系统，包括：动作采集模块、交互数据处理模块、动作平台和交互显示设备；所述动作采集模块选自图像识别模块、红外感知模块或者姿态传感器组中的一种或多种；所述交互数据处理模块生成虚拟场景和在所述虚拟场景中代表使用者的虚拟人物，同时通过将接收到的使用者的躯体各部位的实时动作数据处理后赋值于虚拟人物，使虚拟人物产生对应于使用者的动作；并且将虚拟场景和虚拟人物动作信息发送到动作平台。本发明还提供了该主动自适应系统的控制方法和应用。本发明的主动自适应系统可以提供更加准确的评估结果，并产生更加丰富多元和真实体感的训练效果。

技术领域

本发明涉及机械科学与医学科学，特别提供了一种人体机能训练的主动自适应系统及其控制方法。

背景技术

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。这两种沉浸式系统通常是基于地面实施，由于人与人相比体重、步态、步幅、角度、速度等各方面均有区别，而上述系统中无法根据上述因素进行动态调整，在训练中容易导致受伤。在申请号为201810793103.6的中国专利申请中即公开了一种基于虚拟现实康复训练的智能评估方法与系统，其评估方法包括：选择康复训练时运动角度评定模式；上位机程序获取患者与虚拟现实程序交互时运动的实时角度数据；虚拟现实程序根据角度数据驱动游戏中的物体进行运动；根据患者目标完成情况进行即时评估与反馈；在游戏结束后向上位机程序上传目标数据；依据预设的权重计算获得训练分数；对训练分数及其他训练数据进行图形化处理生成评估报告。本发明还提出对应的系统。本发明让患者在虚拟场景中以游戏方式实现四肢康复训练的同时,实现康复训练即时评估与反馈,实现康复训练后该场次评估报告以及不同场次训练结果之间的自动分析报告。但是该系统和方法仅是实现了评估对象四肢的康复状态，并不适用的长期的训练，并且其系统配置简单，无法生成也无法适用较复杂的场景。在申请号为201810993247.6的中国专利申请中公开了基于虚拟现实的互动方法,其获取虚拟现实环境；根据所述虚拟现实环境,生成相应的互动信息；通过所述互动信息构建与现实环境相对应的虚拟现实场景。其提供了完成虚拟的环境，使用者在其中根据虚拟环境中进行互动，做出对应动作。上述结合虚拟现实的技术方案均只能在水平地面上产生互动和虚拟环境，若虚拟环境中产生斜坡、台阶等类型的环境则会因与现实环境的错位容易导致使用者失衡甚至受伤，因而，上述技术的使用场景均有明显的限制。

当前也有一些基于使用者的使用的实时状态进行自适应调整的技术方案，如在申请号为201810128493.5的中国专利申请中公开了一种自适应跑步机，其包括六维动感平台；所述六维动感平台能够实现六维复合运动,以适合各种人群的运动形式。所述六维动感平台包括六部电机和设置在六部电机上方的运动平台,所述六部电机能够带动运动平台实现任意方向上的倾斜、扭曲、旋转及平移的运动。但是，该技术方案仅提供了基于使用者步态的自适应功能。现有技术在训练过程中通过调整训练平台的现实状态，使训练者为了保持平衡态而被动的调整身体姿态，同时通过足底压力传感器实时计算患者重心位置、对称度、协调性和支撑面等控制参数，来对平衡能力训练效果做出评价和指导。