CN108225317A - 康复运动参数的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种康复运动参数的测量系统及方法。测量系统包括姿态传感器和控制器。康复运动参数包括：主角度；姿态传感器用于获取训练部位的姿态的起始四元数和当前四元数并发送至控制器；控制器用于将起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将当前四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据至少两个起始欧拉角信息和至少两个当前欧拉角信息计算主角度。本发明在姿态四元数的基础上，对多旋转顺序下的欧拉角进行融合计算主角度，避免了奇异点，能准确表征患者的训练部位的运动角度，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。
Description
技术领域
本发明涉及运动角度测量领域，特别涉及一种康复运动参数的测量系统及方法。
背景技术
目前，骨科或神经科患者在术后进行关节康复锻炼时，一般通过观看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。在这过程中，医生或患者通过主观感受来判断患者做出的康复动作是否达到要求，这种主观判断的方式不能准确判断康复动作是否达到预期的标准，会影响患者康复训练的恢复效果和进度。
现有技术中，也有通过检测患者做出的康复动作的运动角度实现对患者的运动进行分析。当前运动角度计算方法一般有三种：(1)直接根据加速度在惯导坐标系或机体坐标系的具体值(三个方向)来计算姿态角度，然后根据角度差值来量化运动角度；然而，当处于高频运动时，使用该方法计算的姿态角的稳定性很差，当处于奇点位置时，只能反应两个方向的角度，当运动角度较大时，由该姿态角计算的角度差值与实际的运动角度有明显差异；(2)直接使用四元数(即四维空间向量)或旋转矩阵计算空间夹角；然而，直接计算空间夹角容易引入非主运动方向的运动角度误差；例如：作髋关节前驱运动时，如果伴随有旋转或内外偏，则空间角会把这些非主运动方向的运动角包含在内，导致计算出的角度误差较大；(3)直接使用俯仰角、翻滚角、航向角进行差运算；然而，该计算方法同样存在奇异点，不适用于任意姿态的运动角度的计算。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中运动角度的获取稳定性差、准确度不高、且存在奇异点的缺陷，提供一种康复运动参数的测量系统及方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种康复运动参数的测量系统，所述康复运动参数包括：主角度；
所述测量系统包括：姿态传感器和控制器；
所述姿态传感器固定于人体康复运动的训练部位；所述姿态传感器用于获取所述训练部位的姿态的起始四元数和当前四元数并发送至所述控制器；
所述控制器用于将所述起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将所述当前四元数转换为惯导坐标系下的所述不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述主角度；
所述主角度为所述训练部位在第一平面上的投影与第二平面之间的夹角；所述第一平面为康复运动的标准动作的运动轨迹所在的平面，所述第二平面与所述第一平面垂直。
较佳地，所述康复运动参数还包括：偏移角度；
所述控制器还用于根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述偏移角度；
所述偏移角度为所述训练部位在所述第二平面上的投影与所述第一平面之间的夹角。
较佳地，所述控制器包括欧拉角转换单元、计算单元和判断单元；
若所述欧拉角转换单元将所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息；
所述计算单元根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
所述判断单元用于在判断所述预估主角度小于角度阈值且所述预估主角度小于所述预估偏移角度时，将所述预估主角度确定为主角度；否则，调用所述计算单元；
所述计算单元还用于通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度-第二起始主角度；
所述计算单元还用于通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，所述计算单元还用于在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第一起始欧拉角信息包括第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度，所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第二起始欧拉角信息包括第二起始主角度。
较佳地，所述计算单元具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度-第一起始主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
较佳地，所述判断单元还用于判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；
在所述判断单元判断为是时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
在所述判断单元判断为否时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括所述第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二起始欧拉角信息还包括第二起始偏移角度。
较佳地，所述控制器包括欧拉角转换单元、计算单元和判断单元；
若所述欧拉角转换单元将所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息；
所述计算单元根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
所述判断单元用于在判断所述预估主角度小于角度阈值且所述预估主角度小于所述预估偏移角度时，将所述预估主角度确定为主角度；否则，调用所述计算单元；
所述计算单元还用于通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度±90°；
所述计算单元还用于通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，所述计算单元还用于在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第一起始欧拉角信息包括所述第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度。
较佳地，所述计算单元具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前主角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
较佳地，所述判断单元还用于判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；
在所述判断单元判断为是时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
在所述判断单元判断为否时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第二起始欧拉角信息包括第二起始偏移角度。
较佳地，所述计算单元还用于对所述偏移角度进行有效化处理。
较佳地，所述康复运动参数还包括：旋转角度；
所述控制器还用于根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述两个当前欧拉角信息计算所述旋转角度；
所述旋转角度为所述训练部位在所述惯导坐标系的Z轴上的角度变化值。
较佳地，所述判断单元还用于判断所述主角度和/或偏移角度和/或旋转角度是否在各自的预设范围内，并在判断为否时发出提示信息。
本发明还提供一种康复运动参数的测量方法，所述测量方法利用上述测量系统实现，所述测量方法包括以下步骤：
S1、所述姿态传感器获取所述训练部位的姿态的起始四元数和当前四元数并发送至所述控制器；
S2、所述控制器将所述起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将所述当前四元数转换为惯导坐标系下的所述不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述主角度；
所述主角度为所述训练部位在第一平面上的投影与第二平面之间的夹角；所述第一平面为康复运动的标准动作的运动轨迹所在的平面，所述第二平面与所述第一平面垂直。
较佳地，所述康复运动参数还包括：偏移角度；
步骤S2中还包括：
所述控制器根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述偏移角度；
所述偏移角度为所述训练部位在所述第二平面上的投影与所述第一平面之间的夹角。
较佳地，步骤S2中，若所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息，步骤S2中，根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述主角度的步骤具体包括：
S21-1、根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
S22-1、判断所述预估主角度是否小于角度阈值且所述预估主角度是否小于所述预估偏移角度；在判断为是时，执行步骤S23-1；在判断为否时，执行步骤S23-1’；
S23-1、将所述预估主角度确定为主角度；
S23-1’、通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度-第二起始主角度；
S24-1’、通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第一起始欧拉角信息包括第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度，所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第二起始欧拉角信息包括第二起始主角度。
较佳地，步骤S21-1中具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度-第一起始主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
较佳地，步骤S2中，根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述偏移角度具体包括：
S21-2、判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；在判断为是时，执行步骤S22-2；在判断为否时，执行步骤S22-2’；
S22-2、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
S22-2’、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括所述第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二起始欧拉角信息还包括第二起始偏移角度。
较佳地，步骤S2中，若所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息，步骤S2中，根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度的步骤具体包括：
S21-3、根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
S22-3、判断所述预估主角度是否小于角度阈值且所述预估主角度是否小于所述预估偏移角度；在判断为是时，执行步骤S23-3；在判断为否时，执行步骤S23-3’；
S23-3、将所述预估主角度确定为主角度；
S23-3’、通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度±90°；
S24-3’、通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第一起始欧拉角信息包括所述第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度。
较佳地，步骤S21-3中具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前主角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
较佳地，步骤S2中，还包括：S21-4、判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；在判断为是时，执行步骤S22-4；在判断为否时，执行步骤S22-4’；
S22-4、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
S22-4’、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第二起始欧拉角信息包括第二起始偏移角度。
较佳地，在计算得到偏移角度之后，测量方法还包括：
对所述偏移角度进行有效化处理。
较佳地，所述康复运动参数还包括：旋转角度；
步骤S2中还包括：
所述控制器还用于根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述两个当前欧拉角信息计算所述旋转角度；
所述旋转角度为所述训练部位在所述惯导坐标系的Z轴上的角度变化值。
较佳地，所述测量方法还包括：
S3、判断所述主角度和/或偏移角度和/或旋转角度是否在各自的预设范围内，并在判断为否时发出提示信息。
本发明的积极进步效果在于：本发明在姿态四元数的基础上，对多旋转顺序下的欧拉角进行融合计算主角度，避免了奇异点，能准确表征患者的训练部位的运动角度，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。
附图说明
图1为本发明实施例1的康复运动参数的测量系统的模块示意图。
图2为本发明实施例2的康复运动参数的测量方法的流程图。
图3a为本发明实施例2的康复运动参数的测量方法中计算主角度的第一步骤流程图。
图3b为本发明实施例2的康复运动参数的测量方法中计算主角度的第二步骤流程图。
图4为本发明实施例2的康复运动参数的测量方法中计算偏移角度的步骤流程图。
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
本实施例的测量系统用于测量人体康复运动参数，康复运动参数包括：主角度。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。
如图1所示，本实施例的测量系统包括：姿态传感器1和控制器2。其中，控制器包括欧拉角转换单元21、计算单元22和判断单元23。
进行康复训练时，姿态传感器固定于人体康复运动的训练部位，以站立位髋关节前倾动作为例，则将姿态传感器固定于训练的大腿上。为了描述方便，假定姿态传感器佩戴于大腿的外侧面，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。患者处于站立姿态时，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，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′)。姿态传感器还用于将起始四元数和当前四元数发送至控制器。本实施例中，可选用6轴或9轴传感器。需要说明的是，姿态传感器的数量可根据数据需求自行设置。
控制器则将起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将当前四元数转换为惯导坐标系下的该不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据至少两个起始欧拉角信息和两个当前欧拉角信息计算主角度。
主角度是衡量动作质量的主要参数，只有主角度尽可能的达到标准动作的达标角度，康复训练质量才会更高，训练效果更好。
本实施例中，康复运动参数还可包括：偏移角度和/或旋转角度。也即可借助主角度和偏移角度、主角度和旋转角度、或通过三个角度来评价患者做出的动作是否达标。其中，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。
从而，控制器还用于根据至少两个起始欧拉角信息和两个当前欧拉角信息计算偏移角度和/或旋转角度。
以下介绍主角度、偏移角度和旋转角度的具体计算过程，为了便于说明，选用ZYX和ZXY两个旋转顺序进行算法说明。控制器的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(自转角)、AngleYzyx(章动角)和AngleZzyx(进动角)为惯导坐标系下的第一旋转顺序(ZYX)的第一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)的第二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)的第一当前欧拉角信息，第一当前欧拉角信息包括AngleX’zyx、AngleY’zyx和AngleZ’zyx，惯导坐标系下的第二旋转顺序(ZXY)的第二当前欧拉角信息，第二当前欧拉角信息包括AngleX’zxy、AngleY’zxy和AngleZ’zxy。
(1)主角度的计算。
主角度主要以AngleYzyx、AngleY’zyx、AngleXzxy、AngleY’zxy和AngleX’zxy进行计算获得。其中，AngleYzyx表征第一起始主角度，AngleY’zyx表征第一当前主角度，AngleXzxy表征第二起始主角度，AngleX’zxy表征第二当前主角度，AngleY’zxy表征第二当前偏移角度。
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：
计算单元首先根据第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度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，判断单元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，当判断单元判断PrMainAngle≥90°和/或PrMainAngle≥PrSideAngle时，则调用计算单元，以计算主角度，具体的：
计算单元根据第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息计算第二旋转顺序下的主角度变化值AngleZXY；
AngleZXY＝AngleX’zxy-AngleXzxy；
计算单元具体通过如下公式计算主角度MainAngle：
MainAngle＝sign(PrMainAngle)×max(|AngleZXY|，|PrMainAngle|)；
在AngleZXY＞90°时，计算单元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。其中，AngleY’zyx表征第一当前主角度，AngleX’zyx表征第一当前偏移角度，AngleX’zxy表征第二当前主角度，AngleXzyx表征第一起始偏移角度，AngleYzxy表征第二起始偏移角度。
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，判断单元首先判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度。
在AngleY’zyx＜AngleX’zxy时，计算单元通过如下公式计算偏移角度SideAngle：
SideAngle＝AngleX’zyx-AngleXzyx；
在AngleY’zyx≥AngleX’zxy时，计算单元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，计算单元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。
本实施例中，判断单元还可判断主角度和/或偏移角度和/或旋转角度是否在各自的预设范围内，并在判断为否时发出提示信息，以提醒患者动作不达标，需要更改动作方向或幅度。其中，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，且提示信息可包括患者偏离的方向信息和幅度大小等信息。
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。
从而，本实施例中，在姿态四元数的基础上，对多旋转顺序下的欧拉角进行融合计算出惯导坐标系下三个方向的角度值：主角度、偏移角度和旋转角度，这3个方向的角度是全方位运动角，避免了奇异点，能准确表征患者的训练部位的运动角度，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。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中，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，计算单元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，计算单元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。
计算单元具体通过如下公式计算主角度MainAngle：
MainAngle＝sign(PrMainAngle)×max(|AngleZXY|，|PrMainAngle|)
在AngleZXY＞90°时，计算单元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，AngleYzyx表征第一起始主角度，AngleY’zyx表征第一当前主角度。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角度计算方法(实施例1中的角度计算方法和实施例2中的角度计算方法)，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。
实施例3
本实施例的测量方法利用实施例1的测量系统实现，如图2所示，测量方法包括以下步骤：
步骤110、姿态传感器获取训练部位的姿态的起始四元数和当前四元数并发送至控制器。
步骤120、控制器将起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将当前四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据至少两个起始欧拉角信息和至少两个当前欧拉角信息计算主角度。
其中，主角度为训练部位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。
本实施例中，还可借助偏移角度和/或旋转角度对患者做出的动作进行评价。从而，康复运动参数还可包括：偏移角度和/或旋转角度。其中，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。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。
则步骤120中还包括：
控制器根据至少两个起始欧拉角信息和至少两个当前欧拉角信息计算偏移角度；
和/或，控制器根据至少两个起始欧拉角信息和两个当前欧拉角信息计算旋转角度。
从而，本实施例中可借助主角度和偏移角度、主角度和旋转角度、或通过三个角度来评价患者做出的动作是否达标。
步骤130、判断主角度和/或偏移角度和/或旋转角度是否在各自的预设范围内，并在判断为否时发出提示信息。
从而，实现在患者动作不达标时提醒患者，需要更改动作方向或幅度。其中，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，且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，步骤120中，若起始四元数和当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息，如图3a所示，则步骤120中，根据至少两个起始欧拉角信息和至少两个当前欧拉角信息计算主角度的步骤具体包括：
步骤121-1、根据第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
步骤122-1、判断预估主角度是否小于角度阈值且预估主角度是否小于预估偏移角度。在判断为是时，执行步骤123-1；在判断为否时，执行步骤123-1’；
步骤123-1、将预估主角度确定为主角度。
步骤123-1’、计算主角度变化值。
具体的，通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度-第二起始主角度；
步骤125-1a’、通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)。
图3b提供了另一种计算主角度的可能的实现方式，图3b与图3a的步骤流程基本相同，不同之处在于，图3b中步骤123-1’之后执行步骤124-1’。
步骤124-1’、判断主角度变化值是否小于等于90°；在判断为是时，执行步骤125-1a’；在判断为否时执行步骤125-1b’。
步骤125-1b’、通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)。
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°。第一起始欧拉角信息包括第一起始主角度，第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度，第二当前欧拉角信息包括第二当前偏移角度，第二起始欧拉角信息包括第二起始偏移角度。
本实施例中，步骤121-1中具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度-第一起始主角度；
计算预估偏移角度时，首先判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值是否大于等于5；
在判断为是时，通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
在判断为否时(也即第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时)，通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
此时，第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
本实施例中，如图4所示，步骤120中，根据至少两个起始欧拉角信息和至少两个当前欧拉角信息计算偏移角度的步骤具体包括：
步骤121-2、判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；在判断为是时，执行步骤122-2；在判断为否时，执行步骤122-2’；
步骤122-2、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
步骤122-2’、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90。
其中，第一当前欧拉角信息还包括第一当前偏移角度，第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，第二起始欧拉角信息还包括第二起始偏移角度。
本实施例中，在计算得到偏移角度之后，测量方法还包括：
步骤123-2、对偏移角度进行有效化处理。
本实施例中，旋转角度的计算公式如下：
旋转角度＝训练部位在惯导坐标系的Z轴上的当前角度-训练部位在惯导坐标系的Z轴上的起始角度；
实施例4
实施例4与实施例3基本相同，不同之处在于，本实施例中，对每个康复运动定义一个标准位，也即将标准位作为起始位，从而本实施例中通过如下公式计算预估主角度和预估偏移角度：
预估主角度＝第一当前主角度；
当第一当前主角度小于第二当前偏移角度且第二当前偏移角度的绝对值大于等于5时，通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
其中，第一当前欧拉角信息还包括第一当前偏移角度，第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，第二当前欧拉角信息还包括第二当前主角度，第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
本实施例中，通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度±90°。
本实施例中，在计算偏移角度时，当判断第一当前主角度小于第二当前主角度时，通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
当判断第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
其中，第二起始欧拉角信息包括第二起始偏移角度。
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 (22)
1.一种康复运动参数的测量系统，其特征在于，所述康复运动参数包括：主角度；
所述测量系统包括：姿态传感器和控制器；
所述姿态传感器固定于人体康复运动的训练部位；所述姿态传感器用于获取所述训练部位的姿态的起始四元数和当前四元数并发送至所述控制器；
所述控制器用于将所述起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将所述当前四元数转换为惯导坐标系下的所述不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述主角度；
所述主角度为所述训练部位在第一平面上的投影与第二平面之间的夹角；所述第一平面为康复运动的标准动作的运动轨迹所在的平面，所述第二平面与所述第一平面垂直。
2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述康复运动参数还包括：偏移角度；
所述控制器还用于根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述偏移角度；
所述偏移角度为所述训练部位在所述第二平面上的投影与所述第一平面之间的夹角。
3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述控制器包括欧拉角转换单元、计算单元和判断单元；
若所述欧拉角转换单元将所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息；
所述计算单元根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
所述判断单元用于在判断所述预估主角度小于角度阈值且所述预估主角度小于所述预估偏移角度时，将所述预估主角度确定为主角度；否则，调用所述计算单元；
所述计算单元还用于通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度-第二起始主角度；
所述计算单元还用于通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，所述计算单元还用于在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第一起始欧拉角信息包括第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度，所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第二起始欧拉角信息包括第二起始主角度。
4.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述计算单元具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度-第一起始主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述判断单元还用于判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；
在所述判断单元判断为是时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
在所述判断单元判断为否时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括所述第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二起始欧拉角信息还包括第二起始偏移角度。
6.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述控制器包括欧拉角转换单元、计算单元和判断单元；
若所述欧拉角转换单元将所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息；
所述计算单元根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
所述判断单元用于在判断所述预估主角度小于角度阈值且所述预估主角度小于所述预估偏移角度时，将所述预估主角度确定为主角度；否则，调用所述计算单元；
所述计算单元还用于通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度±90°；
所述计算单元还用于通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，所述计算单元还用于在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第一起始欧拉角信息包括所述第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度。
7.如权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述计算单元具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，所述计算单元具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前主角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
8.如权利要求7所述的测量系统，其特征在于，所述判断单元还用于判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；
在所述判断单元判断为是时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
在所述判断单元判断为否时，所述计算单元通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第二起始欧拉角信息包括第二起始偏移角度。
9.如权利要求5或8所述的测量系统，其特征在于，所述计算单元还用于对所述偏移角度进行有效化处理。
10.如权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述康复运动参数还包括：旋转角度；
所述控制器还用于根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述两个当前欧拉角信息计算所述旋转角度；
所述旋转角度为所述训练部位在所述惯导坐标系的Z轴上的角度变化值。
11.如权利要求10所述的测量系统，其特征在于，所述判断单元还用于判断所述主角度和/或偏移角度和/或旋转角度是否在各自的预设范围内，并在判断为否时发出提示信息。
12.一种康复运动参数的测量方法，其特征在于，所述测量方法利用权利要求1-11中任意一项所述的测量系统实现，所述测量方法包括以下步骤：
S1、所述姿态传感器获取所述训练部位的姿态的起始四元数和当前四元数并发送至所述控制器；
S2、所述控制器将所述起始四元数转换为惯导坐标系下的不同旋转顺序的至少两个起始欧拉角信息，以及将所述当前四元数转换为惯导坐标系下的所述不同旋转顺序的至少两个当前欧拉角信息，并根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述主角度；
所述主角度为所述训练部位在第一平面上的投影与第二平面之间的夹角；所述第一平面为康复运动的标准动作的运动轨迹所在的平面，所述第二平面与所述第一平面垂直。
13.如权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述康复运动参数还包括：偏移角度；
步骤S2中还包括：
所述控制器根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述偏移角度；
所述偏移角度为所述训练部位在所述第二平面上的投影与所述第一平面之间的夹角。
14.如权利要求13所述的测量方法，其特征在于，步骤S2中，若所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息，步骤S2中，根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述主角度的步骤具体包括：
S21-1、根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
S22-1、判断所述预估主角度是否小于角度阈值且所述预估主角度是否小于所述预估偏移角度；在判断为是时，执行步骤S23-1；在判断为否时，执行步骤S23-1’；
S23-1、将所述预估主角度确定为主角度；
S23-1’、通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度-第二起始主角度；
S24-1’、通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第一起始欧拉角信息包括第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度，所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第二起始欧拉角信息包括第二起始主角度。
15.如权利要求14所述的测量方法，其特征在于，步骤S21-1中具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度-第一起始主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
16.如权利要求15所述的测量方法，其特征在于，步骤S2中，根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述至少两个当前欧拉角信息计算所述偏移角度具体包括：
S21-2、判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；在判断为是时，执行步骤S22-2；在判断为否时，执行步骤S22-2’；
S22-2、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-第一起始偏移角度；
S22-2’、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括所述第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二起始欧拉角信息还包括第二起始偏移角度。
17.如权利要求13所述的测量方法，其特征在于，步骤S2中，若所述起始四元数和所述当前四元数分别转化为惯导坐标系下的第一旋转顺序的第一起始欧拉角信息和第一当前欧拉角信息，以及第二旋转顺序的第二起始欧拉角信息和第二当前欧拉角信息，步骤S2中，根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度的步骤具体包括：
S21-3、根据所述第一起始欧拉角信息和所述第一当前欧拉角信息分别计算预估主角度和预估偏移角度；
S22-3、判断所述预估主角度是否小于角度阈值且所述预估主角度是否小于所述预估偏移角度；在判断为是时，执行步骤S23-3；在判断为否时，执行步骤S23-3’；
S23-3、将所述预估主角度确定为主角度；
S23-3’、通过如下公式计算第二旋转顺序下的主角度变化值：
主角度变化值＝第二当前主角度±90°；
S24-3’、通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×max(|主角度变化值|，|预估主角度|)；
或，在所述主角度变化值大于90°时，通过如下公式计算主角度：
主角度＝sign(预估主角度)×(2×标准角度-第一起始主角度-第一当前主角度)；
所述第二当前欧拉角信息包括第二当前主角度，所述第一起始欧拉角信息包括所述第一起始主角度，所述第一当前欧拉角信息包括第一当前主角度。
18.如权利要求17所述的测量方法，其特征在于，步骤S21-3中具体通过如下公式计算预估主角度：
预估主角度＝第一当前主角度；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值大于等于5时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
当第一当前主角度小于第二当前主角度且第二当前主角度的绝对值小于5，或者第一当前主角度大于等于第二当前主角度时，具体通过如下公式计算预估偏移角度：
预估偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第一当前主角度)×90；
所述第一当前欧拉角信息还包括第一当前偏移角度，所述第一起始欧拉角信息还包括第一起始偏移角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前主角度，所述第二当前欧拉角信息还包括第二当前偏移角度。
19.如权利要求18所述的测量方法，其特征在于，步骤S2中，还包括：S21-4、判断第一当前主角度是否小于第二当前主角度；在判断为是时，执行步骤S22-4；在判断为否时，执行步骤S22-4’；
S22-4、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第一当前偏移角度-sign(第一起始偏移角度)×90；
S22-4’、通过如下公式计算偏移角度：
偏移角度＝第二当前偏移角度-sign(第二起始偏移角度)×90；
所述第二起始欧拉角信息包括第二起始偏移角度。
20.如权利要求16或19所述的测量方法，其特征在于，在计算得到偏移角度之后，测量方法还包括：
对所述偏移角度进行有效化处理。
21.如权利要求12或13所述的测量方法，其特征在于，所述康复运动参数还包括：旋转角度；
步骤S2中还包括：
所述控制器还用于根据所述至少两个起始欧拉角信息和所述两个当前欧拉角信息计算所述旋转角度；
所述旋转角度为所述训练部位在所述惯导坐标系的Z轴上的角度变化值。
22.如权利要求21所述的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：
S3、判断所述主角度和/或偏移角度和/或旋转角度是否在各自的预设范围内，并在判断为否时发出提示信息。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20160324461A1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-11-10 | Sharp Laboratories of America (SLA), Inc. | System and Method for Measuring Body Joint Range of Motion |
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-
2017
- 2017-11-06 CN CN201711080208.9A patent/CN108225317A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160324461A1 (en) * | 2015-05-08 | 2016-11-10 | Sharp Laboratories of America (SLA), Inc. | System and Method for Measuring Body Joint Range of Motion |
| CN106725305A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-31 | 深圳先进技术研究院 | 基于人体姿态角的疼痛程度评估方法及系统 |
| CN107616898A (zh) * | 2017-08-31 | 2018-01-23 | 东南大学 | 基于日常动作的上肢穿戴式康复机器人及康复评价方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180629 |