CN107982898B - 康复运动的训练系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种康复运动的训练系统及方法，训练系统包括：第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器和控制器；第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器分别获取人体姿态的第一四元数、第二四元数和第三四元数并发送至控制器；控制器分别将第一四元数、第二四元数和第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据欧拉角信息判断人体的当前体位。本发明实现了对患者做出的康复动作进行测量并量化，根据数量值评价训练动作标准与否，对于判定患者做出的动作质量、动作误差以及了解患者初始站位习惯有特殊意义。且训练时无需专业医生(康复师)的参与，不受时间、场地的约束，实现了远程康复训练和指导。

Description

康复运动的训练系统及方法
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种康复运动的训练系统及方法。
背景技术
目前，对于需要进行康复训练的病患，一般要到康复医院进行现场训练，通过观看网络康复平台展示的标准动作来跟随做康复运动或在医生(康复师)的指导下做指定的康复动作，来保证康复训练的效果。训练动作标准与否，通过专业医生(康复师)的主观感受来判断，也即进行康复训练时需要康复师的参与，因此训练时间、场地会受到约束。
并且依靠主观感受来判断训练动作标准与否，这种方式效率低，主观性大，准确性低，使得术后康复效果达不到预期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服使用现有技术的网络康复平台进行康复训练，不仅训练时间、场地会受到约束且无法准确判断训练动作是否标准的缺陷，提供一种康复运动的训练系统及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种康复运动的训练系统，所述训练系统包括：第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器和控制器；
所述第一姿态传感器固定于人体的躯干部分，所述第二姿态传感器固定于人体的大腿，所述第三姿态传感器固定于人体的小腿；
所述第一姿态传感器用于获取人体姿态的第一四元数并发送至所述控制器；
所述第二姿态传感器用于获取人体姿态的第二四元数并发送至所述控制器；
所述第三姿态传感器用于获取人体姿态的第三四元数并发送至所述控制器；
所述控制器分别将所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据所述欧拉角信息判断人体的当前体位。
较佳地，当人体处于标准站立位时，所述第一姿态传感器、所述第二姿态传感器和所述第三姿态传感器的机体坐标系的Y轴与惯导坐标系的Z轴重合；
所述控制器包括欧拉角转换单元和判断单元；
所述训练系统还包括显示器和提醒装置；
所述显示器用于显示标准体位；
所述欧拉角转换单元分别将所述第一四元数、第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息、第二欧拉角信息和第三欧拉角信息，以及分别将第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第四欧拉角信息和第五欧拉角信息；
当所述标准体位为站立位或倒立位时，所述判断单元用于判断第一自转角、第二自转角和第三自转角与第一标准自转角的差值是否均在第一阈值范围内；
当所述标准体位为侧卧位时，所述判断单元用于判断第二自转角和第三自转角与第二标准自转角的差值是否均在第二阈值范围内；
当所述标准体位为仰卧位或俯卧位时，所述判断单元用于判断第四自转角和第五自转角与第三标准自转角的差值是否均在第三阈值范围内；
当所述标准体位为跪立位时，所述判断单元用于判断第二自转角与第四标准自转角的差值是否在第四阈值范围内，且第五自转角与第五标准自转角的差值是否在第四阈值范围内；
当所述标准体位为坐立位时，所述判断单元用于判断第四自转角与第六标准自转角的差值是否在第五阈值范围内，且第三自转角与第七标准自转角的差值是否在第五阈值范围内；
当所述判断单元判断为否时，所述提醒装置提示报警信息；
所述第一欧拉角信息包括第一自转角，所述第二欧拉角信息包括第二自转角，所述第三欧拉角信息包括第三自转角，所述第四欧拉角信息包括第四自转角，所述第五欧拉角信息包括第五自转角。
较佳地，所述控制器还包括计算单元；
当所述判断单元判断为是时，所述显示器还用于显示标准训练动作；
所述计算单元用于根据所述第一四元数和/或所述第二四元数和/或所述第三四元数计算康复运动参数；
所述判断单元还用于判断各个康复运动参数与标准训练动作的标准运动参数的差值是否在第六阈值范围内。
较佳地，所述康复运动参数包括以下参数中的至少一种：
主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角。
较佳地，所述训练系统还包括云服务器；
所述云服务器与所述显示器连接；
所述云服务器用于存储所述标准体位的图像数据、所述第一标准自转角、所述第二标准自转角、所述第三标准自转角、所述第四标准自转角、所述第五标准自转角、所述第六标准自转角、所述第七标准自转角、所述标准训练动作的图像数据和所述标准运动参数；
和/或，所述云服务器与所述控制器连接；
所述云服务器用于存储人体的训练数据；
所述训练数据包括以下参数中的至少一种：
所述第一四元数、所述第二四元数、所述第三四元数和训练时间；
和/或，所述控制器与所述显示器连接；
所述控制器还用于根据所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数生成人体的当前训练动作的图像数据；
所述显示器还用于显示所述当前训练动作的图像数据。
本发明还提供一种康复运动的训练方法，所述训练方法利用上述训练系统实现，所述训练方法包括以下步骤：
S10、所述第一姿态传感器、所述第二姿态传感器和所述第三姿态传感器分别获取人体姿态的第一四元数、第二四元数和第三四元数并发送至所述控制器；
S20、所述控制器分别将所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据所述欧拉角信息判断人体的当前体位。
较佳地，当人体处于标准站立位时，所述第一姿态传感器、所述第二姿态传感器和所述第三姿态传感器的机体坐标系的Y轴与惯导坐标系的Z轴重合；
所述控制器包括欧拉角转换单元和判断单元；
所述训练系统还包括显示器和提醒装置；
步骤S10之前，所述训练方法还包括：
S01、所述显示器显示标准体位；
步骤S20具体包括：
所述欧拉角转换单元分别将所述第一四元数、第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息、第二欧拉角信息和第三欧拉角信息，以及分别将第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第四欧拉角信息和第五欧拉角信息；
当所述标准体位为站立位或倒立位时，所述判断单元判断第一自转角、第二自转角和第三自转角与第一标准自转角的差值是否均在第一阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为侧卧位时，所述判断单元判断第二自转角和第三自转角与第二标准自转角的差值是否均在第二阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为仰卧位或俯卧位时，所述判断单元判断第四自转角和第五自转角与第三标准自转角的差值是否均在第三阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为跪立位时，判断第二自转角与第四标准自转角的差值是否在第四阈值范围内，且第五自转角与第五标准自转角的差值是否在第四阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为坐立位时，所述判断单元判断第四自转角与第六标准自转角的差值是否在第五阈值范围内，且第三自转角与第七标准自转角的差值是否在第五阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
S30、所述提醒装置提示报警信息；
所述第一欧拉角信息包括第一自转角，所述第二欧拉角信息包括第二自转角，所述第三欧拉角信息包括第三自转角，所述第四欧拉角信息包括第四自转角，所述第五欧拉角信息包括第五自转角。
较佳地，所述控制器还包括计算单元；
步骤S20中，在所述判断单元判断为是时，所述训练方法还包括：
所述显示器显示标准训练动作；
所述计算单元根据所述第一四元数和/或所述第二四元数和/或所述第三四元数计算康复运动参数；
所述判断单元判断各个康复运动参数与标准训练动作的标准运动参数的差值是否在第六阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30。
较佳地，所述康复运动参数包括以下参数中的至少一种：
主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角。
较佳地，所述训练系统还包括云服务器；
步骤S01之前，所述训练方法还包括：
S00、将所述标准体位的图像数据、所述第一标准自转角、所述第二标准自转角、所述第三标准自转角、所述第四标准自转角、所述第五标准自转角、所述第六标准自转角、所述第七标准自转角、所述标准训练动作的图像数据和所述标准运动参数存储于所述云服务器；
和/或，步骤S2之后，所述训练方法还包括：
S3’、将人体的训练数据存储于所述云服务器中；
所述训练数据包括以下参数中的至少一种：
所述第一四元数、所述第二四元数、所述第三四元数和训练时间；
和/或，步骤S20还包括：
所述控制器根据所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数生成人体的当前训练动作的图像数据，并输出至所述显示器进行显示。
本发明的积极进步效果在于：本发明实现了对患者做出的康复动作进行测量并量化，根据数量值评价训练动作标准与否，对于判定患者做出的动作质量、动作误差以及了解患者初始站位习惯有特殊意义。且训练时无需专业医生(康复师)的参与，不受时间、场地的约束，实现了远程康复训练和指导。
附图说明
图1为本发明实施例1的康复运动的训练系统的模块示意图。
图2为本发明实施例2的康复运动的训练方法的流程图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例的康复运动的训练系统包括：至少三个姿态传感器1、控制器2、显示器3、提醒装置4和云服务器5。具体的，控制器2包括欧拉角转换单元21、判断单元22和计算单元23。云服务器5分别与显示器3和控制器2连接，控制器还与显示器连接。
进行康复训练时，在人体的躯干部分、大腿和小腿上分别固定至少一个姿态传感器。下面为了便于说明将固定于躯干部分的姿态传感器称为第一姿态传感器，将固定于大腿上的姿态传感器称为第二姿态传感器，将固定于小腿上的姿态传感器称为第三姿态传感器。需要说明的是，第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器的数量可根据实际需求自行设置，理论上每类传感器设置一个就能实现训练动作的评价，若设置多个姿态传感器则可对多个姿态传感器获得的结果求平均值或拟合，以提高计算的准确性。本实施例中，姿态传感器具体可选用6轴或9轴传感器。
本实施例中，为了便于计算，将三个姿态传感器的机体坐标系进行了统一，也即当人体处于标准站立位时，第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器的机体坐标系的Y轴与惯导坐标系的Z轴重合。更进一步地，对应到姿态传感器的四元素转换出的角度值上，又需要区分佩戴的左右位置和佩戴的姿态传感器机体坐标系与使用者的关系。
下面对本实施例的训练系统的工作原理进行说明：
云服务器存储有标准体位的图像数据、每个标准体位的欧拉角信息、标准训练动作的图像数据和标准运动参数。其中，每个标准体位的欧拉角信息包括与每个标准体位对应的标准自转角。
进行康复训练时，将姿态传感器绑定，例如将第二姿态传感器和第三姿态传感器设备佩戴于大小腿的外侧，且此时传感器的机体坐标系的z轴平行于人体的左右方向；第一姿态传感器佩戴于人体的胸部正前方，此时，机体坐标系的z轴垂直于人体的左右方向。佩戴完成后，患者可使用其账户登录训练系统，云服务器将医生开具的与该账号对应的训练方案发送至显示器。显示器根据训练方案显示标准体位和标准动作，供患者跟随训练。
例如，显示器显示标准体位或标准动作。患者根据显示器显示的标准体位做跟随动作，第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器分别实时获取人体姿态的第一四元数、第二四元数和第三四元数并发送至控制器。控制器分别将第一四元数、第二四元数和第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据欧拉角信息判断人体的当前体位。
具体的，欧拉角转换单元分别将第一四元数、第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息、第二欧拉角信息和第三欧拉角信息，以及分别将第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第四欧拉角信息和第五欧拉角信息。其中，第一欧拉角信息包括第一自转角，第二欧拉角信息包括第二自转角，第三欧拉角信息包括第三自转角，第四欧拉角信息包括第四自转角，第五欧拉角信息包括第五自转角。
当显示器显示的标准体位为站立位或倒立位时，判断单元判断第一自转角、第二自转角和第三自转角与第一标准自转角的差值是否均在第一阈值范围内。若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第一标准自转角也即站立位或倒立位的标准体位下三个姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为±90°。
当显示器显示的标准体位为侧卧位时，判断单元判断第二自转角和第三自转角与第二标准自转角的差值是否均在第二阈值范围内。若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第二标准自转角也即侧卧位的标准体位下第二姿态传感器和第三姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为0°或180°。
当显示器显示的标准体位为仰卧位或俯卧位时，判断单元判断第四自转角和第五自转角与第三标准自转角的差值是否均在第三阈值范围内。若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第三标准自转角也即侧卧位的标准体位下第二姿态传感器和第三姿态传感器获得的四元数在第二旋转顺序下的自转角，应当为±90°。
当显示器显示的标准体位为跪立位时，判断单元判断第二自转角与第四标准自转角的差值是否在第四阈值范围内，且第五自转角与第五标准自转角的差值是否在第四阈值范围内。若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第四标准自转角也即跪立位的标准体位下第二姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为90°。第五标准自转角也即跪立位的标准体位下第三姿态传感器获得的四元数在第二旋转顺序下的自转角，应当为±90°。
当显示器显示的标准体位为坐立位时，判断单元判断第四自转角与第六标准自转角的差值是否在第五阈值范围内，且第三自转角与第七标准自转角的差值是否在第五阈值范围内。若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第六标准自转角也即坐立位的标准体位下第二姿态传感器获得的四元数在第二旋转顺序下的自转角，应当为±90°。第七标准自转角也即坐立位的标准体位下第三姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为90°。
当显示器显示标准训练动作时，计算单元根据第一四元数和/或第二四元数和/或第三四元数计算康复运动参数，判断单元判断各个康复运动参数与标准训练动作的标准运动参数的差值是否在第六阈值范围内。若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。
本实施例中，提示信息可通过语音的形式输出，也可通过文字的形式输出，提示信息可包括患者偏离的方向信息和幅度大小等信息。本实施例中，上述阈值范围可根据实际需求自行设置，可设置为相同，也可设置为不同。
本实施例中，康复运动参数包括以下参数中的至少一种：主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角。主角度为训练部位(四肢或躯干)在第一平面上的投影与第二平面之间的夹角；第一平面为康复运动的标准动作的运动轨迹所在的平面，第二平面与第一平面垂直。偏移角度为训练部位在第二平面上的投影与第一平面之间的夹角，以髋关节前驱运动为例，偏移角度即为大腿内外展方向的角度。旋转角度为训练部位在惯导坐标系的Z轴上的角度变化值，以髋关节前驱运动为例，旋转角度为训练部位因旋转引起的与初始位的差异角。需要说明的是，计算康复运动参数时，需要根据不同的动作、不同的参数选择不同的姿态传感器实现计算。
一、以下介绍主角度、偏移角度和旋转角度的具体计算过程。
以站立位髋关节前倾动作为例，将第二姿态传感器佩戴于大腿的外侧面。患者处于站立姿态时，第二姿态传感器获取训练部位的姿态的起始四元数(患者做出康复动作前的姿态的四元数)，起始四元数坐标为Pos1(Q0,Q1,Q2,Q3)。患者做出髋关节运动时，第二姿态传感器实时获取训练部位的姿态的当前四元数(患者做出髋关节运动之后的姿态的四元数)，当前四元数坐标为Pos2(Q0′,Q1′,Q2′,Q3′)。为了便于说明，选用ZYX和ZXY两个旋转顺序进行算法说明。
欧拉角转换单元进行角度转换的公式如下：
AngleXzyx＝Atan2(2×(Q0×Q1+Q2×Q3)，1-2×(Q1×Q1+Q2×Q2))；
AngleYzyx＝Asin(2×(Q0×Q2-Q3×Q1))；
AngleZzyx＝Atan2(2×(Q0×Q3+Q1×Q2)，1-2×(Q2×Q2+Q3×Q3))；
AngleXzxy=Asin(2×(Q0×Q1+Q3×Q2))；
AngleYzxy＝Atan2(2×(Q0×Q2-Q1×Q3)，1-2×(Q1×Q1+Q2×Q2))；
AngleZzxy＝Atan2(2×(Q0×Q3-Q1×Q2)，1-2×(Q1×Q1+Q3×Q3))；
其中，AngleXzyx、AngleYzyx和AngleZzyx为惯导坐标系下的第一旋转顺序(ZYX)的起始欧拉角信息中包含的信息；AngleXzxy、AngleYzxy和AngleZzxy为惯导坐标系下的第二旋转顺序(ZXY)的起始欧拉角信息中包含的信息。
同样，欧拉角转换单元根据Pos2(Q0′,Q1′,Q2′,Q3′)计算惯导坐标系下的第一旋转顺序(ZYX)的第前欧拉角信息，包括AngleX’zyx、AngleY’zyx和AngleZ’zyx，惯导坐标系下的第二旋转顺序(ZXY)的当前欧拉角信息，包括AngleX’zxy、AngleY’zxy和AngleZ’zxy。
(1)主角度的计算。
主角度主要通过AngleYzyx、AngleY’zyx、AngleXzxy、AngleY’zxy和AngleX’zxy计算获得。
主角度在小于90°时，体现在第一旋转顺序(ZYX)下的欧拉角上，当跨越90°时，因为本身欧拉角的奇点限制，AngleY’zyx表现为先增大到90°再减小，而在第二旋转顺序(ZXY)下，主角度大于90°时，AngleX’zxy能很好的反映角度变化的情况，受偏转角影响较小。具体计算方法为：
首先计算预估主角度PrMainAngle和预估偏移角度PrSideAngle，计算公式如下：
PrMainAngle＝AngleY’zyx-AngleYzyx；
当AngleY’zyx＜AngleX’zxy且训练部位不处于奇异点附近(即|AngleX’zxy|≥5)时，PrSideAngle＝AngleX’zyx-AngleXzyx；
当AngleY’zyx＜AngleX’zxy且训练部位刚好处于(ZYX)的奇异点位置(即|AngleX’zxy|＜5)时，或者AngleY’zyx≥AngleX’zxy时，PrSideAngle＝AngleY’zxy-sign(AngleY’zyx)×90。
其次，判断预估主角度是否小于角度阈值。角度阈值一般为90°。
当判断单元判断PrMainAngle＜90°且PrMainAngle＜PrSideAngle时，则将预估主角度PrMainAngle确定为主角度，也即主角度MainAngle＝PrMainAngle。
否则，当判断PrMainAngle≥90°和/或PrMainAngle≥PrSideAngle时，计算第二旋转顺序下的主角度变化值AngleZXY；
AngleZXY＝AngleX’zxy-AngleXzxy；
并通过如下公式计算主角度MainAngle：
MainAngle＝sign(PrMainAngle)×max(|AngleZXY|，|PrMainAngle|)；
在AngleZXY＞90°时，也可以通过如下公式计算主角度MainAngle：
MainAngle＝sign(PrMainAngle)×(2×标准角度-AngleYzyx-AngleY’zyx)；
其中，标准角度根据实际需要自行选择，例如可以是90°，也可以是-90°。
通过上述公式计算就能准确获得患者做出的康复运动的主角度，从而可通过判断主角度是否达到标准角度，得知患者做出的康复运动是否达标。
(2)偏移角度的计算
偏移角度主要通过AngleXzyx、AngleX’zyx、AngleYzxy和AngleY’zxy计算获得。
当主角度跨越90°时，AngleX’zyx和AngleY’zxy会有一个180°的补偿变化，当主角度小于90°时，直接作差，当主角度大于90°时，作差后需要进行角度补偿；同时，主角度为小角度(45°以下)时，AngleX’zyx能很好的反映偏移角度的变化情况，当主角度为较大角度(大于45°)时，AngleX’zyx受主角度的影响极大，而此时AngleY’zxy能很好的反映当前的偏转角度。具体的：
计算偏移角度时，首先判断AngleY’zyx是否小于AngleX’zxy。
在AngleY’zyx＜AngleX’zxy时，通过如下公式计算偏移角度SideAngle：
SideAngle＝AngleX’zyx-AngleXzyx；
在AngleY’zyx≥AngleX’zxy时，通过如下公式计算偏移角度SideAngle：
SideAngle＝AngleY’zxy-sign(AngleYzxy)×90；
偏移角度主要用于衡量患者做出的康复运动与标准动作的左右偏移程度，本实施例中还可借助偏移角度对患者做出的康复运动进行评价，偏转角绝对值越大，则动作与标准动作差异越大，动作质量越低。
本实施例中，还可对偏移角进行有效化处理，将其限定在(-180,180]中，以实现错误动作的判断和过滤。具体的：
|SideAngle|-180≥0或者SideAngle＝-180时，通过如下公式实现：
SideAngle′＝SideAngle-sign(SideAngle)×360；
否则，通过如下公式实现：
SideAngle′＝SideAngle；
其中，SideAngle′为经过有效化处理后的最终的偏移角度。
(3)旋转角度的计算
主要表现在AngleZ上，直接作差，然后进行角度有效化转换，保证角度落在(-180,180]内，具体的旋转角度RotationAngle的计算公式如下：
RotationAngle＝AngleZ’zyx-AngleZzyx；
其中，AngleZ’zyx表征训练部位在惯导坐标系的Z轴上的当前角度，AngleZzyx表征训练部位在惯导坐标系的Z轴上的起始角度。
旋转角度用于衡量个人习惯的站位与运动过程中的标准位的旋转偏离度，角度大小只做参考意义。
二、以下介绍关节夹角的具体计算过程。
关节夹角的计算需要至少两个姿态传感器，以计算膝关节夹角为例，通过第二姿态传感器A和第三姿态传感器B获得的第二四元数和第三四元数计算关节夹角，在计算之前将两个姿态传感器均设于大腿和小腿的侧面，经过公式转换将第二四元数和第三四元数分别转换为ZYX和ZXY旋转顺序下的欧拉角信息，得到：AngleXAzxy、AngleYAzxy和AngleZAzxy、AngleXAzyx、AngleYAzyx、AngleZAzyx、AngleXBzxy、AngleYBzxy、AngleZBzxy、AngleXBzyx、AngleYBzyx和AngleZBzyx。
本实施例中，由于两个姿态传感器均设于大腿和小腿的侧面，姿态传感器的机体坐标系的Z轴与大小腿垂直，且方向平行于人体的左右方向，从而当患者做出站立位、坐位、仰卧位等训练动作时，膝关节夹角的角度变化表现在Y轴上。
训练过程中，患者做跟随运动时，由于动作不规范训练部位会偏转，偏转角会对计算结果产生影响，特别是在旋转顺序的奇点附近，这时为了提高测量的准确度，需要对临界值进行一定的过滤，也即对姿态传感器的测量漂移情况进行一定的容错处理，因此奇点附近采用不同的计算方式。具体的，控制器通过以下方式计算关节夹角：
判断是否有传感器处于奇点位置附近，以第二姿态传感器A处于(ZYX)的奇点位附近为例，判断AngleXAzxy的绝对值是否小于第一阈值，其中第一阈值一般为5°。
当|AngleXAzxy|≥5时，说明是正常角度，则计算关节夹角前，首先判断AngleXAzxy和AngleXBzxy的正负号。
当AngleXAzxy＞0且AngleXBzxy＞0(或者AngleXAzxy＜0且AngleXBzxy＜0)时，通过如下公式计算关节夹角TwoSensorAngle：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleYAzyx-AngleYBzyx|；
而当AngleXAzxy＞0且AngleXBzxy＜0(或者AngleXAzxy＜0且AngleXBzxy＜0)时，通过如下公式计算关节夹角：
TwoSensorAngle＝|AngleYAzyx+AngleYBzyx|。
当|AngleXAzxy|＜5时，说明第二姿态传感器A处于奇点位，则在计算关节夹角前，首先计算预估角度PrAngle与AngleYBzyx的乘积。其中，PrAngle＝AngleXAzxy+sign(AngleYAzyx)×90°。
当PrAngle×AngleYAzxy＞0时，通过以下公式计算关节夹角：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleXAzxy+sign(AngleYAzyx)×90°-AngleYBzyx|。
否则，通过以下公式计算关节夹角：
TwoSensorAngle＝|AngleXAzxy+sign(AngleYAzyx)×90°+AngleYBzyx|。
需要说明的是，本实施例中仅是通过ZYX和ZXY两个旋转顺序说明本发明的三个角度的计算过程，用户可以但不限于将ZYX和ZXY作为选择旋转顺序，数量也不限于两个可以是三个或更多，一般还有以下的旋转顺序：ZYX'、'ZYZ'、'ZXY'、'ZXZ'、'YXZ'、'YXY'、'YZX'、'YZY'、'XYZ'、'XYX'、'XZY'和'XZX'。但是选用旋转顺序时，不能选择奇异点相同的两种旋转顺序。
本实施例中，云服务器可存储患者在训练过程中的人体的训练数据，以确保数据的历史可追溯性。医生也根据历史训练数据重新为患者制定训练方案。其中，训练数据包括以下参数中的至少一种：第一四元数、第二四元数、第三四元数和训练时间等。
本实施例中，控制器还用于根据第一四元数、第二四元数和第三四元数生成人体的当前训练动作的图像数据；显示器还用于显示人体的当前训练动作的图像数据，也即显示器显示患者做出的实时动作。
本实施例提供另一种计算主角度的可能的实现方式，在计算运动参数时，对每个康复运动定义一个标准位(此时主角度、偏移角度和旋转角度均为0°)，也即将标准位作为起始位。从而，在主角度的计算中，根据如下公式计算预估主角度和预估偏移角度：
PrMainAngle＝AngleY’zyx；
PrSideAngle＝AngleX’zyx±90°；
具体的，当AngleY’zyx＜AngleX’zxy且训练部位不处于奇异点附近(即|AngleX’zxy|≥5)时，PrSideAngle＝AngleX’zyx-sign(AngleXzyx)×90°；当AngleY’zyx＜AngleX’zxy且训练部位刚好处于(ZYX)的奇异点位置(即|AngleX’zxy|5)，或者AngleY’zyx≥AngleX’zxy时，PrSideAngle＝AngleY’zxy-sign(AngleY’zyx)×90°。
本实施例中，根据如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值AngleZXY：
AngleZXY＝AngleX’zxy±90°；
其中，根据初始位置对应的角度选择正负号。
具体通过如下公式计算主角度MainAngle：
MainAngle＝sign(PrMainAngle)×max(|AngleZXY|，|PrMainAngle|)
在AngleZXY＞90°时也可以通过如下公式计算主角度MainAngle：
MainAngle＝sign(PrMainAngle)×(2×标准角度-AngleYzyx-AngleY’zyx)。
其中，标准角度根据实际需要自行选择，例如可以是90°，也可以是-90°。
需要说明的是，控制器中可同时存储两种主角度的计算方法，从而康复师或者用户可根据实际需求自行选择采用相对于初始位的角度计算方法，还是采用标准位的角度计算方法。
本实施例提供另一种计算关节夹角的可能的实现方式，还是以测量膝关节夹角为例，训练过程中将第二姿态传感器A和第三姿态传感器B均固定于训练的大腿和小腿的正面或后面，当处于标准站立位时，姿态传感器的机体坐标系的Y轴与惯导坐标系(也即东北天坐标系)的Z轴重合，Z轴与大小腿垂直，且方向垂直于人体的左右方向，从而当患者做出站立位、坐位、仰卧位等训练动作时，膝关节夹角表现在X轴或Y轴上。
本实施例中，理论上只需将第一四元数和第二四元数分别转化为惯导坐标系下的一个旋转顺序的欧拉角信息即可计算关节夹角。以选用ZYX旋转顺序为例。
本实施例中，通过以下公式计算TwoSensorAngle：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleXAzyx-AngleXBzyx|。
本实施例中，为避免姿态传感器有一个刚好处于±180°附近时，导致第一临时角TempAngle1明显不处于有效范围的情况，需要对该值进行有效化处理，具体的：
通过如下公式计算第一临时角TempAngle1：
TempAngle1＝AngleXAzyx-AngleXBzyx。
判断|TempAngle1|是否大于第二阈值，其中第二阈值一般为180°。
也即当|TempAngle1|-180°＞0时，通过如下公式对关节夹角进行容错处理，以得到目标关节夹角TwoSensorAngle′：
TwoSensorAngle′＝180°-|TempAngle1-sign(TempAngle1)×360°|。
本实施例提供另一种计算关节夹角的可能的实现方式。该方式适用于测量患者做出侧卧位动作的关节夹角，第二姿态传感器和第三姿态传感器可均设于训练部位的正面或后面(姿态传感器的机体坐标系的Z轴与大小腿垂直，且方向垂直于人体的左右方向)，也可均设于训练部位的侧面(姿态传感器的机体坐标系的Z轴与大小腿垂直，且方向平行于人体的左右方向)。
本实施例中，还是以计算膝关节夹角为例，理论上只需将第二四元数和第三四元数分别转化为惯导坐标系下的一个旋转顺序的欧拉角信息即可计算关节夹角。以选用ZYX旋转顺序为例。
本实施例中，通过以下方式计算TwoSensorAngle：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleZAzyx-AngleZBzyx|。
本实施例中，为避免姿态传感器有一个刚好处于±180°附近时，导致第二临时角TempAngle2明显不处于有效范围的情况，需要对该值进行有效化处理，具体的：
通过如下公式计算第二临时角TempAngle2：
TempAngle2＝AngleZAzyx-AngleZBzyx。
判断|TempAngle2|是否大于第二阈值，其中第二阈值一般为180°。
也即当|TempAngle2|-180°＞0时，通过如下公式计对关节夹角进行容错处理，以得到目标关节夹角TwoSensorAngle′：
TwoSensorAngle′＝180°-|TempAngle2-sign(TempAngle2)×360°|。
本实施例提供又一种计算关节夹角的可能的实现方式。该方式适用于初始姿态在Z轴上相差90°的情况(姿态传感器的角度变化均不在Z轴上)，也即通过第一姿态传感器C和第二姿态传感器A计算腰椎关节与大腿间的夹角，将第二姿态传感器A佩戴于大腿侧位。
本实施例中理论上只需将第一四元数和第二四元数分别转化为惯导坐标系下的一个旋转顺序的欧拉角信息即可计算关节夹角。以选用ZYX旋转顺序为例。
计算关节夹角即两个传感器的夹角时，所需夹角在姿态传感器C上表现为AngleXCzyx，在姿态传感器A上表现为AngleYAzyx。
以下介绍控制器计算关节夹角的过程：
判断是否有传感器处于奇点位置附近，以姿态传感器A处于(ZYX)的奇点附近为例，判断|AngleXAzxy|是否小于第一阈值，其中第一阈值一般为5°。
当|AngleXAzxy|≥5时，说明是正常角度，第六计算单元通过如下公式计算关节夹角TwoSensorAngle：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleXCzyx-(补偿角+AngleYAzyx)|。
其中，补偿角可根据实际情况自行确定，一般为90°。
当|AngleXAzxy|＜5时，说明姿态传感器C处于奇点位，通过如下公式计算关节夹角TwoSensorAngle：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleXCzyx-(补偿角+AngleXAzxy±90°)|。
其中，AngleXAzxy±90°的正负号根据奇点附件的AngleYAzyx的正负号取舍。
若补偿角取90°，则上述公式可以简化为：
TwoSensorAngle＝180°-|AngleXAzxy-AngleXCzyx|。
实施例2
本实施例的康复运动的训练方法利用实施例1的训练系统实现，如图2所示，本实施例的训练方法包括以下步骤：
步骤101、将标准体位的图像数据、第一标准自转角、第二标准自转角、第三标准自转角、第四标准自转角、第五标准自转角、第六标准自转角、第七标准自转角、标准训练动作的图像数据和标准运动参数存储于云服务器。
步骤102、显示器显示标准体位或标准动作。
具体的，佩戴好姿态传感器后，患者可使用其账户登录训练系统，云服务器将医生开具的与该账号对应的训练方案发送至显示器。显示器根据训练方案依次显示标准体位或标准动作，供患者跟随训练。
步骤103、第一姿态传感器、第二姿态传感器和第三姿态传感器分别获取人体姿态的第一四元数、第二四元数和第三四元数并发送至控制器。
步骤104、控制器分别将第一四元数、第二四元数和第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据欧拉角信息判断人体的当前体位或当前训练动作是否达标。
步骤105、将人体的训练数据存储于云服务器中。
其中，训练数据包括以下参数中的至少一种：第一四元数、第二四元数、第三四元数和训练时间等。存储人体的训练数据可确保训练数据的历史可追溯性。医生也根据历史训练数据重新为患者制定训练方案。
具体的，步骤104具体包括：
欧拉角转换单元分别将第一四元数、第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息、第二欧拉角信息和第三欧拉角信息，以及分别将第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第四欧拉角信息和第五欧拉角信息；
当标准体位为站立位或倒立位时，判断单元判断第一自转角、第二自转角和第三自转角与第一标准自转角的差值是否均在第一阈值范围内；若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第一标准自转角也即站立位或倒立位的标准体位下三个姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为±90°。
当标准体位为侧卧位时，判断单元判断第二自转角和第三自转角与第二标准自转角的差值是否均在第二阈值范围内；若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第二标准自转角也即侧卧位的标准体位下第二姿态传感器和第三姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为0°或180°。
当标准体位为仰卧位或俯卧位时，判断单元判断第四自转角和第五自转角与第三标准自转角的差值是否均在第三阈值范围内；若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第三标准自转角也即侧卧位的标准体位下第二姿态传感器和第三姿态传感器获得的四元数在第二旋转顺序下的自转角，应当为±90°。
当标准体位为跪立位时，判断第二自转角与第四标准自转角的差值是否在第四阈值范围内，且第五自转角与第五标准自转角的差值是否在第四阈值范围内；若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第四标准自转角也即跪立位的标准体位下第二姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为90°。第五标准自转角也即跪立位的标准体位下第三姿态传感器获得的四元数在第二旋转顺序下的自转角，应当为±90°。
当标准体位为坐立位时，判断单元判断第四自转角与第六标准自转角的差值是否在第五阈值范围内，且第三自转角与第七标准自转角的差值是否在第五阈值范围内；若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，第六标准自转角也即坐立位的标准体位下第二姿态传感器获得的四元数在第二旋转顺序下的自转角，应当为±90°。第七标准自转角也即坐立位的标准体位下第三姿态传感器获得的四元数在第一旋转顺序下的自转角，应当为90°。
第一欧拉角信息包括第一自转角，第二欧拉角信息包括第二自转角，第三欧拉角信息包括第三自转角，第四欧拉角信息包括第四自转角，第五欧拉角信息包括第五自转角。
当显示器显示标准训练动作时，计算单元根据第一四元数和/或第二四元数和/或第三四元数计算康复运动参数；判断单元判断各个康复运动参数与标准训练动作的标准运动参数的差值是否在第六阈值范围内；若判断为是，说明患者的动作达标，显示器则显示下一个标准体位或标准动作；若判断为否，说明患者的动作不达标，提醒装置则提示报警信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。
本实施例中，康复运动参数包括以下参数中的至少一种：主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角。主角度为训练部位(四肢或躯干)在第一平面上的投影与第二平面之间的夹角；第一平面为康复运动的标准动作的运动轨迹所在的平面，第二平面与第一平面垂直。偏移角度为训练部位在第二平面上的投影与第一平面之间的夹角，以髋关节前驱运动为例，偏移角度即为大腿内外展方向的角度。旋转角度为训练部位在惯导坐标系的Z轴上的角度变化值，以髋关节前驱运动为例，旋转角度为训练部位因旋转引起的与初始位的差异角。需要说明的是，计算康复运动参数时，需要根据不同的动作、不同的参数选择不同的姿态传感器实现计算。
本实施例中，计算主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角的过程与实施例1基本相同，此处不再赘述。
本实施例中，步骤104还包括：控制器根据第一四元数、第二四元数和第三四元数生成人体的当前训练动作的图像数据，并输出至显示器进行显示，也即显示器显示患者做出的实时动作。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种康复运动的训练系统，其特征在于，所述训练系统包括：第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器和控制器；
所述第一姿态传感器固定于人体的躯干部分，所述第二姿态传感器固定于人体的大腿，所述第三姿态传感器固定于人体的小腿；
所述第一姿态传感器用于获取人体姿态的第一四元数并发送至所述控制器；
所述第二姿态传感器用于获取人体姿态的第二四元数并发送至所述控制器；
所述第三姿态传感器用于获取人体姿态的第三四元数并发送至所述控制器；
所述控制器分别将所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据所述欧拉角信息判断人体的当前体位；
当人体处于标准站立位时，所述第一姿态传感器、所述第二姿态传感器和所述第三姿态传感器的机体坐标系的Y轴与惯导坐标系的Z轴重合；
所述控制器包括欧拉角转换单元和判断单元；
所述训练系统还包括显示器和提醒装置；
所述显示器用于显示标准体位；
所述欧拉角转换单元分别将所述第一四元数、第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息、第二欧拉角信息和第三欧拉角信息，以及分别将第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第四欧拉角信息和第五欧拉角信息；
当所述标准体位为站立位或倒立位时，所述判断单元用于判断第一自转角、第二自转角和第三自转角与第一标准自转角的差值是否均在第一阈值范围内；
当所述标准体位为侧卧位时，所述判断单元用于判断第二自转角和第三自转角与第二标准自转角的差值是否均在第二阈值范围内；
当所述标准体位为仰卧位或俯卧位时，所述判断单元用于判断第四自转角和第五自转角与第三标准自转角的差值是否均在第三阈值范围内；
当所述标准体位为跪立位时，所述判断单元用于判断第二自转角与第四标准自转角的差值是否在第四阈值范围内，且第五自转角与第五标准自转角的差值是否在第四阈值范围内；
当所述标准体位为坐立位时，所述判断单元用于判断第四自转角与第六标准自转角的差值是否在第五阈值范围内，且第三自转角与第七标准自转角的差值是否在第五阈值范围内；
当所述判断单元判断为否时，所述提醒装置提示报警信息；
所述第一欧拉角信息包括第一自转角，所述第二欧拉角信息包括第二自转角，所述第三欧拉角信息包括第三自转角，所述第四欧拉角信息包括第四自转角，所述第五欧拉角信息包括第五自转角；
所述第一标准自转角、所述第三标准自转角、所述第五标准自转角和所述第六标准自转角均为±90°；所述第二标准自转角为0°或180°；所述第四标准自转角和所述第七标准自转角均为90°。
2.如权利要求1所述的训练系统，其特征在于，所述控制器还包括计算单元；
当所述判断单元判断为是时，所述显示器还用于显示标准训练动作；
所述计算单元用于根据所述第一四元数和/或所述第二四元数和/或所述第三四元数计算康复运动参数；
所述判断单元还用于判断各个康复运动参数与标准训练动作的标准运动参数的差值是否在第六阈值范围内。
3.如权利要求2所述的训练系统，其特征在于，所述康复运动参数包括以下参数中的至少一种：
主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角。
4.如权利要求2所述的训练系统，其特征在于，所述训练系统还包括云服务器；
所述云服务器与所述显示器连接；
所述云服务器用于存储所述标准体位的图像数据、所述第一标准自转角、所述第二标准自转角、所述第三标准自转角、所述第四标准自转角、所述第五标准自转角、所述第六标准自转角、所述第七标准自转角、所述标准训练动作的图像数据和所述标准运动参数；
和/或，所述云服务器与所述控制器连接；
所述云服务器用于存储人体的训练数据；
所述训练数据包括以下参数中的至少一种：
所述第一四元数、所述第二四元数、所述第三四元数和训练时间；
和/或，所述控制器与所述显示器连接；
所述控制器还用于根据所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数生成人体的当前训练动作的图像数据；
所述显示器还用于显示所述当前训练动作的图像数据。
5.一种康复运动的训练方法，其特征在于，所述训练方法利用权利要求1所述的训练系统实现，所述训练方法包括以下步骤：
S10、所述第一姿态传感器、所述第二姿态传感器和所述第三姿态传感器分别获取人体姿态的第一四元数、第二四元数和第三四元数并发送至所述控制器；
S20、所述控制器分别将所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的欧拉角信息，并根据所述欧拉角信息判断人体的当前体位；
当人体处于标准站立位时，所述第一姿态传感器、所述第二姿态传感器和所述第三姿态传感器的机体坐标系的Y轴与惯导坐标系的Z轴重合；
所述控制器包括欧拉角转换单元和判断单元；
所述训练系统还包括显示器和提醒装置；
步骤S10之前，所述训练方法还包括：
S01、所述显示器显示标准体位；
步骤S20具体包括：
所述欧拉角转换单元分别将所述第一四元数、第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一欧拉角信息、第二欧拉角信息和第三欧拉角信息，以及分别将第二四元数和第三四元数转化为惯导坐标系下的第二旋转顺序的第四欧拉角信息和第五欧拉角信息；
当所述标准体位为站立位或倒立位时，所述判断单元判断第一自转角、第二自转角和第三自转角与第一标准自转角的差值是否均在第一阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为侧卧位时，所述判断单元判断第二自转角和第三自转角与第二标准自转角的差值是否均在第二阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为仰卧位或俯卧位时，所述判断单元判断第四自转角和第五自转角与第三标准自转角的差值是否均在第三阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为跪立位时，判断第二自转角与第四标准自转角的差值是否在第四阈值范围内，且第五自转角与第五标准自转角的差值是否在第四阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
当所述标准体位为坐立位时，所述判断单元判断第四自转角与第六标准自转角的差值是否在第五阈值范围内，且第三自转角与第七标准自转角的差值是否在第五阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30；
S30、所述提醒装置提示报警信息；
所述第一欧拉角信息包括第一自转角，所述第二欧拉角信息包括第二自转角，所述第三欧拉角信息包括第三自转角，所述第四欧拉角信息包括第四自转角，所述第五欧拉角信息包括第五自转角；
所述第一标准自转角、所述第三标准自转角、所述第五标准自转角和所述第六标准自转角均为±90°；所述第二标准自转角为0°或180°；所述第四标准自转角和所述第七标准自转角均为90°。
6.如权利要求5所述的训练方法，其特征在于，所述控制器还包括计算单元；
步骤S20中，在所述判断单元判断为是时，所述训练方法还包括：
所述显示器显示标准训练动作；
所述计算单元根据所述第一四元数和/或所述第二四元数和/或所述第三四元数计算康复运动参数；
所述判断单元判断各个康复运动参数与标准训练动作的标准运动参数的差值是否在第六阈值范围内；在所述判断单元判断为否时执行步骤S30。
7.如权利要求6所述的训练方法，其特征在于，所述康复运动参数包括以下参数中的至少一种：
主角度、偏移角度、旋转角度和关节夹角。
8.如权利要求6所述的训练方法，其特征在于，所述训练系统还包括云服务器；
步骤S01之前，所述训练方法还包括：
S00、将所述标准体位的图像数据、所述第一标准自转角、所述第二标准自转角、所述第三标准自转角、所述第四标准自转角、所述第五标准自转角、所述第六标准自转角、所述第七标准自转角、所述标准训练动作的图像数据和所述标准运动参数存储于所述云服务器；
和/或，步骤S20之后，所述训练方法还包括：
S30’、将人体的训练数据存储于所述云服务器中；
所述训练数据包括以下参数中的至少一种：
所述第一四元数、所述第二四元数、所述第三四元数和训练时间；
和/或，步骤S20还包括：
所述控制器根据所述第一四元数、所述第二四元数和所述第三四元数生成人体的当前训练动作的图像数据，并输出至所述显示器进行显示。
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