CN110227249A - 一种上肢训练系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种上肢训练系统，该上肢训练系统包括：动作采集装置、虚拟现实主控装置以及虚拟现实显示装置；上述动作采集装置，用于采集训练者的上肢动作数据，并将该上肢动作数据发送给上述虚拟现实主控装置；上述虚拟现实主控装置，用于根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及获取训练任务，并根据该训练任务构建虚拟标准上肢动作模型；上述虚拟现实显示装置，用于显示上述虚拟上肢动作模型以及上述虚拟标准上肢动作模型。该系统可以有效地指导用户进行上肢运动训练，提高训练效率。

Description

一种上肢训练系统

技术领域

本申请涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种上肢训练系统。

背景技术

随着人民生活水平的逐步提高，除专业运动员外的许多普通人也越来越重视身体健康，逐步投入到运动健身当中。特别是对于很多老年人，他们的身体机能下降，肢体运动出现许多障碍，需要进行针对性的训练。其中，针对上肢的运动训练在许多情况下都是需要的，例如：跑步，蹲起等动作。

通过有针对性的肢体训练可以使上肢肌肉增强，使上肢运动动作逐渐标准化。目前，上肢训练项目包括借助运动器材周期性的重复某一特定动作等方式，使上肢的运动能力逐渐增强。

然而，目前训练方式存在时间长、过程乏味等导致训练效率不高的诸多缺陷。

发明内容

本申请实施例提供了一种上肢训练系统，可以有效地指导用户进行上肢运动训练，提高训练效率。

本申请实施例提供了一种上肢训练系统，该上肢训练系统包括：动作采集装置、虚拟现实主控装置以及虚拟现实显示装置；上述动作采集装置，用于采集训练者的上肢动作数据，并将该上肢动作数据发送给上述虚拟现实主控装置；上述虚拟现实主控装置，用于根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及获取训练任务，并根据该训练任务构建虚拟标准上肢动作模型；上述虚拟现实显示装置，用于显示上述虚拟上肢动作模型以及上述虚拟标准上肢动作模型。

本申请具备以下有益效果：

本申请实施例中，训练者根据上述训练任务做出对应的上肢动作，由动作采集装置采集后发送给虚拟现实主控装置；虚拟现实主控装置根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及根据训练任务构建虚拟标准上肢动作模型，再由上述虚拟现实显示装置显示出来。即训练者可以在完成训练任务动作的同时观察到自己动作的模型和标准动作的模型，及时纠正自己的动作和姿势。因此，本申请公开的上肢训练系统，可以有效地指导用户进行上肢运动训练，提高训练效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1A是本申请实施例提供的一种上肢训练系统的结构示意图；

图1B是本申请实施例提供的人体上肢动作分类的示意图；

图1C是本申请实施例提供的虚拟现实显示情况的示意图；

图1D是本申请实施例提供的另一种上肢训练系统的结构示意图；

图2A是本申请实施例提供的另一种上肢训练系统的结构示意图；

图2B是本申请实施例提供的另一种上肢训练系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本申请的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本申请保护的范围。

请参见图1A，图1A是本申请实施例提供的一种上肢训练系统的结构示意图。该上肢训练系统100，包括：动作采集装置101、虚拟现实主控装置102以及虚拟现实显示装置103，

上述动作采集装置101，用于采集训练者的上肢动作数据，并将该上肢动作数据发送给上述虚拟现实主控装置；

上述虚拟现实主控装置102，用于根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及获取训练任务，并根据该训练任务构建虚拟标准上肢动作模型；

上述虚拟现实显示装置103，用于显示上述虚拟上肢动作模型以及上述虚拟标准上肢动作模型。

在本实施例中，如图1B所示，图1B是本申请实施例提供的人体上肢动作分类的示意图，由图可知，人体上肢的动作主要分为抓握动作和非抓握动作两大类，具体的抓握动作包括力性抓握、精细抓握等；非抓握动作包括推、压、触碰等。上述动作采集装置101用于采集上肢各个肌肉和关节的运动数据。

在本实施例中，虚拟现实主控装置102获取的训练任务可以包括引导训练者进行推，拉，抓握等动作的任务，比如：抓取前方的小球，点击前方按钮，向左挥臂等训练任务。虚拟现实主控装置102还用于根据这些训练任务构建标准动作的虚拟模型，该标准动作可以是经过大数据学习后所构建的执行训练任务的标准动作。

在本实施例中，虚拟现实显示装置103，用于同时显示虚拟上肢动作模型以及虚拟标准上肢动作模型，可以使训练者在完成训练任务动作的同时观察到自己的动作模型(即虚拟上肢动作模型)和标准动作的模型(即虚拟标准上肢动作模型)，及时纠正自己的动作和姿势。如图1C所示，图1C是本申请实施例提供的虚拟现实显示情况的示意图，由图中可以看出，实线部分为根据训练者在完成训练任务时做出的动作所构建的虚拟上肢动作模型，虚线部分为训练任务所对应的虚拟标准上肢动作模型，训练者看到这两个模型，即可自己根据虚线的手指图像进行姿势矫正。

可以理解，本申请实施例中，训练者根据上述训练任务做出对应的上肢动作，由动作采集装置采集后发送给虚拟现实主控装置；虚拟现实主控装置根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及根据训练任务构建虚拟标准上肢动作模型，再由上述虚拟现实显示装置显示出来。即训练者可以在完成训练任务动作的同时观察到自己的动作模型和标准动作的模型，及时纠正自己的动作和姿势。因此，本申请公开的上肢训练系统，可以有效地指导用户进行上肢运动训练，提高训练效率。

作为一种可选的实施方式，上述虚拟现实主控装置102包括训练任务模块1021、动作处理模块1022以及标准动作模块1023；上述训练任务模块1021，用于获取训练任务，以及根据该训练任务构建虚拟训练场景；上述动作处理模块1022，用于根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型；上述标准动作模块1023，用于根据上述训练任务，构建虚拟标准上肢动作模型。

在本实施方式中，如图1D所示，图1D是本申请实施例提供的另一种上肢训练系统的结构示意图。其中，训练任务模块1021，用于获取训练任务，以及根据该训练任务构建虚拟训练场景，例如，训练任务为“抓取前方的小球”，则此时需要构建前方有一只小球的虚拟训练场景；训练任务为“推开前方的箱子”，则此时需要构建前方有一只箱子的虚拟训练场景。另外，该训练任务模块1021，还可以构建虚拟背景场景，如自然风光、城市园林等场景，使用户能够放松心情，提高舒适度。

作为一种可选的实施方式，上述训练任务模块1021包括命令接受单元、任务获取单元和场景构建单元，上述命令接收单元，用于接收训练命令；上述任务获取单元，用于获取上述训练命令对应的训练任务；上述场景构建单元，用于根据上述训练任务构建虚拟训练场景。

在本实施方式中，上述训练任务可由用户下达的训练命令自行选择。举例说明，用户通过终端设备发送抓取动作的训练命令，上述训练任务模块则根据这个抓取动作的训练命令去获取对应的抓取动作训练任务，构建针对抓取动作的虚拟训练场景。

作为一种可选的实施方式，上述虚拟现实主控装置还包括训练任务库，该训练任务库中包括针对不同上肢动作的训练任务；上述任务获取单元，具体用于获取上述训练任务库或服务器中与上述训练命令对应的训练任务。

在本实施方式中，训练任务库可以是本地数据库，其中保存了如图2B所示的针对不同上肢动作的训练任务数据。在命令接收单元接收到训练命令后，任务获取单元可以从本地数据库(训练任务库)获取或者网络服务器上下载与上述训练命令对应的训练任务数据。

作为一种可选的实施方式，上述虚拟现实主控装置还包括动作矫正模块；该动作矫正模块，用于在上述虚拟上肢动作模型和上述虚拟标准上肢动作模型的偏差值大于偏差阈值的情况下，向上述虚拟现实显示装置发送动作矫正指令；上述虚拟现实显示装置，还用于根据上述动作矫正指令显示矫正提示信息。

在本实施方式中，上述偏差阈值可由本领域工作人员根据具体情况进行设定，其目的在于比对虚拟上肢动作模型和虚拟标准上肢动作模型的区别，在用户的动作与标准动作相差过大时，显示矫正提示信息及时指导用户矫正动作，本实施方式对偏差阈值的具体数值不做限定。上述矫正提示信息可以是指导用户摆正姿势的箭头，或是提醒用户加快或放慢动作的文字或动画提示等，本实施方式对矫正提示信息的具体形式不做限定。

作为一种可选的实施方式，上述虚拟现实主控装置还包括动作记录模块，该动作记录模块，用于记录每个训练任务中上述虚拟上肢动作模型和上述虚拟标准上肢动作模型的偏差值，生成动作记录表。

在本实施方式中，上述动作记录表很好地反映了用户的训练效果以及上肢运动中各方面的缺陷，该动作记录表可以通过网络传送给终端设备，有利于专业人员(运动教练，理疗医生等)针对用户的个人具体情况给出专业的训练指导安排。

请参见图2A，图2A是本申请实施例提供的另一种上肢训练系统的结构示意图。该上肢训练系统200，包括：动作采集装置201、虚拟现实主控装置202以及虚拟现实显示装置203，其中，该动作采集装置201包括传感手套2011和体感识别器2012，该虚拟现实主控装置202包括训练任务模块2021、动作处理模块2022以及标准动作模块2023；

上述传感手套2011，用于采集训练者的手部关节和手部肌肉的运动数据作为手部动作数据，并将该手部动作数据发送给上述动作处理模块2022；

上述体感识别器2012，用于捕捉训练者的手臂动作数据，并将该手臂动作数据发送给上述动作处理模块2022；

上述训练任务模块2021，用于获取训练任务，以及根据该训练任务构建虚拟训练场景；

上述动作处理模块2022，用于根据接收到的上述手部动作数据和上述手臂动作数据构建虚拟上肢动作模型；

上述标准动作模块2023，用于根据上述训练任务，构建虚拟标准上肢动作模型；

上述虚拟现实显示装置203，用于显示上述虚拟上肢动作模型以及上述虚拟标准上肢动作模型。

在本实施例中，如图1B所示，图1B是本申请实施例提供的人体上肢动作分类的示意图，由图可知，人体上肢的动作主要分为抓握动作和非抓握动作两大类，具体的抓握动作包括力性抓握、精细抓握等；非抓握动作包括推、压、触碰等。上述动作采集装置201用于采集上肢各个肌肉和关节的运动数据。

在本实施例中，虚拟现实主控装置202获取的训练任务可以包括引导训练者进行推，拉，抓握等动作的任务，比如：抓取前方的小球，点击前方按钮，向左挥臂等训练任务。虚拟现实主控装置202还用于根据这些训练任务构建标准动作的虚拟模型，该标准动作可以是经过大数据学习后所构建的执行训练任务的标准动作。

在本实施方式中，训练任务模块2021，用于获取训练任务，以及根据该训练任务构建虚拟训练场景，例如，训练任务为“抓取前方的小球”，则此时需要构建前方有一只小球的虚拟训练场景；训练任务为“推开前方的箱子”，则此时需要构建前方有一只箱子的虚拟训练场景。另外，该训练任务模块2021，还可以构建虚拟背景场景，如自然风光、城市园林等场景，使用户能够放松心情，提高舒适度。

在本实施例中，上述传感手套2011可以是一个遍布传感器的手套，可以采集训练者所有的手部关节和手部肌肉的运动数据；上述体感识别器2012可以是红外体感识别器，通过红外感应技术，捕捉反射半点从而获取人体上肢影像，并根据该人体上肢影像分析出训练者的手臂动作数据；上述动作处理模块2022，根据接收到的手部动作数据和手臂动作数据可以构建出完整的虚拟上肢动作模型(包括手部和手部的运动部分)。

可以理解，本申请实施例中，训练者根据上述训练任务做出对应的上肢动作，由动作采集装置采集后发送给虚拟现实主控装置；虚拟现实主控装置根据接收到的上述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及根据训练任务构建虚拟标准上肢动作模型，再由上述虚拟现实显示装置显示出来。即训练者可以在完成训练任务动作的同时观察到自己的动作模型和标准动作的模型，及时纠正自己的动作和姿势。因此，本申请公开的上肢训练系统，可以有效地指导用户进行上肢运动训练，提高训练效率。

作为一种可选的实施方式，上述动作采集装置还包括关节传感器；该关节传感器，用于采集上述训练者的肩关节、肘关节和腕关节的运动数据作为关节动作数据，并将该关节动作数据发送给上述动作处理模块；上述动作处理模块，具体用于根据接收到的上述手部动作数据、上述关节动作数据和上述手臂动作数据构建虚拟上肢动作模型。

在本实施方式中，在上述动作采集装置上增加了关节传感器，用于采集训练者的肩关节、肘关节和腕关节的运动数据，可以减少误差，使动作处理模块所构建的虚拟上肢动作模型更加准确逼真。

作为一种可选的实施方式，上述虚拟现实主控装置还包括动作矫正模块2024；该动作矫正模块2024，用于在上述虚拟上肢动作模型和上述虚拟标准上肢动作模型的偏差值大于偏差阈值的情况下，向上述传感手套或上述关节传感器发送动作矫正指令；上述传感手套，还用于在上述动作矫正指令对应的手部肌肉或手部关节位置产生振动；上述关节传感器，还用于在上述动作矫正指令对应的关节位置产生振动。

在本实施方式中，如图2B所示，图2B是本申请实施例提供的另一种上肢训练系统的结构示意图。上述偏差阈值可由本领域工作人员根据具体情况进行设定，其目的在于比对虚拟上肢动作模型和虚拟标准上肢动作模型的区别，在用户的动作与标准动作相差过大时，结合上述传感手套或上述关节传感器在动作矫正指令对应的手部肌肉或手部关节位置产生振动及时指导用户矫正动作，本实施方式对偏差阈值的具体数值不做限定。

作为一种可选的实施方式，上述动作矫正模块2024，具体用于根据上述偏差值的大小，向上述传感手套或上述关节传感器发送不同等级的动作矫正指令；上述传感手套，具体用于在上述动作矫正指令对应的手部肌肉或手部关节位置，根据上述动作矫正指令的等级产生不同强度的振动；上述关节传感器，还用于在上述动作矫正指令对应的关节位置，根据上述动作矫正指令的上述产生不同强度的振动。

可以理解，在本实施方式中，动作矫正模块根据上述偏差值的大小，向上述传感手套或上述关节传感器发送不同等级的动作矫正指令，上述传感手套和上述关节传感器再根据不同等级的动作矫正指令的上述产生不同强度的振动。如此，可以在用户做出的上肢动作和标准动作相差较大时，在对应的手部肌肉或手部关节位置产生较强的振动，以提示用户及时改正；在用户做出的上肢动作和标准动作相差较小时，在对应的手部肌肉或手部关节位置产生较弱的振动。这样可以丰富纠正用户上肢动作的形式，提高训练效果。

以上对本发明实施例所提供的一种上肢训练系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上上述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种上肢训练系统，其特征在于，包括：动作采集装置、虚拟现实主控装置以及虚拟现实显示装置；

所述动作采集装置，用于采集训练者的上肢动作数据，并将所述上肢动作数据发送给所述虚拟现实主控装置；

所述虚拟现实主控装置，用于根据接收到的所述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型，以及获取训练任务，并根据所述训练任务构建虚拟标准上肢动作模型；

所述虚拟现实显示装置，用于显示所述虚拟上肢动作模型以及所述虚拟标准上肢动作模型。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实主控装置包括训练任务模块、动作处理模块以及标准动作模块；

所述训练任务模块，用于获取训练任务，以及根据所述训练任务构建虚拟训练场景；

所述动作处理模块，用于根据接收到的所述上肢动作数据构建虚拟上肢动作模型；

所述标准动作模块，用于根据所述训练任务，构建虚拟标准上肢动作模型。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述训练任务模块包括命令接受单元、任务获取单元和场景构建单元，

所述命令接收单元，用于接收训练命令；

所述任务获取单元，用于获取所述训练命令对应的训练任务；

所述场景构建单元，用于根据所述训练任务构建虚拟训练场景。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实主控装置还包括训练任务库，所述训练任务库中包括针对不同上肢动作的训练任务；

所述任务获取单元，具体用于获取所述训练任务库或服务器中与所述训练命令对应的训练任务。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实主控装置还包括动作矫正模块；

所述动作矫正模块，用于在所述虚拟上肢动作模型和所述虚拟标准上肢动作模型的偏差值大于偏差阈值的情况下，向所述虚拟现实显示装置发送动作矫正指令；

所述虚拟现实显示装置，还用于根据所述动作矫正指令显示矫正提示信息。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实主控装置还包括动作记录模块，

所述动作记录模块，用于记录每个训练任务中所述虚拟上肢动作模型和所述虚拟标准上肢动作模型的偏差值，生成动作记录表。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述动作采集装置包括传感手套和体感识别器；

所述传感手套，用于采集所述训练者的手部关节和手部肌肉的运动数据作为手部动作数据，并将所述手部动作数据发送给所述动作处理模块；

所述体感识别器，用于捕捉所述训练者的手臂动作数据，并将所述手臂动作数据发送给所述动作处理模块；

所述动作处理模块，具体用于根据接收到的所述手部动作数据和所述手臂动作数据构建虚拟上肢动作模型。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述动作采集装置还包括关节传感器；

所述关节传感器，用于采集所述训练者的肩关节、肘关节和腕关节的运动数据作为关节动作数据，并将所述关节动作数据发送给所述动作处理模块；

所述动作处理模块，具体用于根据接收到的所述手部动作数据、所述关节动作数据和所述手臂动作数据构建虚拟上肢动作模型。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述虚拟现实主控装置还包括动作矫正模块；

所述动作矫正模块，用于在所述虚拟上肢动作模型和所述虚拟标准上肢动作模型的偏差值大于偏差阈值的情况下，向所述传感手套或所述关节传感器发送动作矫正指令；

所述传感手套，还用于在所述动作矫正指令对应的手部肌肉或手部关节位置产生振动；

所述关节传感器，还用于在所述动作矫正指令对应的关节位置产生振动。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述动作矫正模块，具体用于根据所述偏差值的大小，向所述传感手套或所述关节传感器发送不同等级的动作矫正指令；

所述传感手套，具体用于在所述动作矫正指令对应的手部肌肉或手部关节位置，根据所述动作矫正指令的等级产生不同强度的振动；

所述关节传感器，还用于在所述动作矫正指令对应的关节位置，根据所述动作矫正指令的等级产生不同强度的振动。