CN110897643A - 智能服装及基于其的代偿运动检测系统 - Google Patents

智能服装及基于其的代偿运动检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能服装及基于其的代偿运动检测系统,所述代偿运动检测系统包括控制器和第一惯性传感器;所述控制器与所述第一惯性传感器电连接,所述第一惯性传感器设置在所述智能服装上与患者待检测的代偿部位对应的位置点;所述第一惯性传感器用于获取所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的第一姿态数据;所述控制器用于根据所述第一姿态数据得到所述代偿部位的第一运动幅度,所述第一运动幅度用于表征所述代偿部位的代偿动作的运动幅度。本发明通过获取待检测位置点的姿态数据得到相应的代偿部位的运动信息,根据该信息可以帮助患者获得对姿势的认识并有效辅助患者及时纠正自身的姿势,本发明智能服装易操作且灵活性高。

Description

智能服装及基于其的代偿运动检测系统
技术领域
本发明属于智能康复服装领域,特别涉及一种智能服装及基于其的代偿运动检测系统。
背景技术
随着传感技术和无线生理传感器网络的不断更新,可穿戴康复技术正在快速发展,形成一个广泛而复杂的跨学科的研究领域,比如肩痛病人、中风病人等在手功能康复训练中会发展代偿机制,本应发挥作用的肌肉群不能正常工作而引入其它部分的肌肉作为主导,因此,患者在训练中是需要专业的理疗师进行参与和监督,对患者的代偿动作予以提醒和纠正,而这样的监督方式不能促使患者自发进行调整康复动作,一定程度上影响了康复效果,同时,理疗师的直接参与也需要耗费较多的人力资源。
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患者在上肢康复训练中需要依赖理疗师进行纠正、调整而导致康复效果不佳且人力消耗大的缺陷,提供一种智能服装及基于其的代偿运动检测系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
一种基于智能服装的代偿运动检测系统,所述代偿运动检测系统包括控制器和第一惯性传感器;
所述控制器与所述第一惯性传感器电连接,所述第一惯性传感器设置在所述智能服装上与患者待检测的代偿部位对应的位置点;
所述第一惯性传感器用于获取所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的第一姿态数据;
所述控制器用于根据所述第一姿态数据得到所述代偿部位的第一运动幅度,所述第一运动幅度用于表征所述代偿部位的代偿动作的运动幅度。
较佳地,所述控制器包括第一计算单元;
所述第一惯性传感器用于分别获取所述代偿部位在初始静止状态下的初始第一姿态数据和在康复运动过程中的实时第一姿态数据;
所述第一计算单元用于根据所述初始第一姿态数据和所述实时第一姿态数据计算得到所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的变换矩阵;
所述控制器用于根据所述变换矩阵得到所述第一运动幅度。
较佳地,所述代偿运动检测系统还包括第二惯性传感器;
所述控制器与所述第二惯性传感器电连接,所述第二惯性传感器设置在智能服装的一预设参考位置点;
所述第二惯性传感器用于获取所述预设参考位置点的第二姿态数据;
所述控制器还用于根据所述第一姿态数据和所述第二姿态数据得到所述代偿部位相对于所述预设参考位置点的第二运动幅度。
较佳地,所述控制器还包括第二计算单元;
所述第二惯性传感器用于分别获取所述预设参考位置点在在初始静止状态下的初始第二姿态数据和在康复运动过程中的实时第二姿态数据;
所述第二计算单元用于根据所述初始第一姿态数据和所述初始第二姿态数据得到所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点相对于所述预设参考位置点的初始旋转矩阵;
所述第二计算单元还用于根据所述实时第一姿态数据和所述实时第二姿态数据得到所述与患者待检测代偿部位对应的位置点相对于所述预设参考位置点的实时旋转矩阵;
所述控制器用于根据所述初始旋转矩阵和所述实时旋转矩阵得到所述第二运动幅度。
较佳地,所述代偿运动检测系统还包括判断模块,所述判断模块与所述控制器电连接;
所述判断模块用于判断所述第一运动幅度和/或所述第二运动幅度是否超过预设的阈值范围,若是,则生成警报信息,所述警报信息用于表征所述代偿部位的代偿动作的代偿幅度超出范围。
较佳地,所述代偿运动检测系统还包括警报器,所述判断模块还用于将所述警报信息发送至所述控制器,所述控制器用于根据所述警报信息控制所述警报器发出警报音;
和/或,所述第一惯性传感器和所述第二惯性传感器均连接一个振动器,所述判断模块还用于将所述警报信息发送至所述控制器,所述控制器用于根据所述警报信息控制所述振动器振动;
和/或,所述代偿运动检测系统还包括通讯模块和外部显示器,所述判断模块还用于将所述警报信息发送至所述通讯模块,所述通讯模块用于将所述警报信息发送至所述外部显示器进行显示。
较佳地,所述第一惯性传感器为多个,所述代偿部位包括左肩峰、右肩峰、背部胸椎和胸骨柄顶端中的至少一个部位。
较佳地,所述运动幅度包括偏航角、翻滚角和俯仰角中的至少一个。
较佳地,所述控制器通过导电线缝制在所述智能服装上或通过可拆卸连接装置设置在所述智能服装上;
所述第一惯性传感器通过导电线缝制在所述智能服装上或通过可拆卸连接装置设置在所述智能服装上。
一种智能服装,所述智能服装包括智能服装本体和如上所述的基于智能服装的代偿运动检测系统。
本发明的积极进步效果在于:本发明通过获取待检测位置点的姿态数据得到相应的代偿部位的运动信息,根据该信息可以帮助患者获得对姿势的认识并有效辅助患者及时纠正自身的姿势,本发明智能服装易操作且灵活性高。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于智能服装的代偿运动检测系统的模块示意图。
图2为本发明实施例1中的基于智能服装的代偿运动检测系统的部分结构示意图。
图3为本发明实施例2的基于智能服装的代偿运动检测系统的模块示意图。
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
一种基于智能服装的代偿运动检测系统,如图1所示,所述代偿运动检测系统包括控制器1和第一惯性传感器2;所述第一惯性传感器2为多个,且惯性传感器是集成了加速度传感器、陀螺仪和地磁传感器。
所述控制器1与所述第一惯性传感器2电连接,所述第一惯性传感器2设置在所述智能服装上与患者待检测的代偿部位对应的位置点,所述代偿部位包括左肩峰、右肩峰、背部胸椎和胸骨柄顶端中的至少一个部位;
所述第一惯性传感器2用于获取所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的第一姿态数据;
所述控制器1用于根据所述第一姿态数据得到所述代偿部位的第一运动幅度,所述第一运动幅度用于表征所述代偿部位的代偿动作的运动幅度。
需要说明的是,由于第一惯性传感器2的局部坐标系之间的关系是不确定的,因此,需要在康复运动开始之间对个坐标系之间的相对关系进行校准,可以在初始状态下让用户保持静止在中立位置(自然坐立状态)一段时间(10s),读取第一惯性传感器2的四元数输出的平均值,表示它们关于它们各自的世界坐标系的旋转,本发明在具体计算时,采用四元数表达旋转关系的方法,可以避免直接采用欧拉角计算的万向锁问题。
进一步的,所述控制器1包括第一计算单元11;
所述第一惯性传感器2用于分别获取所述代偿部位在初始静止状态下的初始第一姿态数据和在康复运动过程中的实时第一姿态数据;
所述第一计算单元11用于根据所述初始第一姿态数据和所述实时第一姿态数据计算得到所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的变换矩阵;
所述控制器1用于根据所述变换矩阵得到所述第一运动幅度;所述运动幅度包括偏航角、翻滚角和俯仰角中的至少一个。
另外,在实际检测过程中需要设定一个参考位置点,这样能够精确得到以用户自身身体为参考的代偿运动的代偿幅度的检测,进一步的:
所述代偿运动检测系统还包括第二惯性传感器3;
所述控制器1与所述第二惯性传感器3电连接,所述第二惯性传感器3设置在智能服装的一预设参考位置点;需要说明的是,第二惯性传感器3用于获取的参考位置点的数据,此处的参考位置点可以选择相对比较稳定一点的位置点,比如,以上肢康复来说,若要对肩部的代偿运动进行检测,可以将该参考位置点设定为胸骨柄顶端,若是对胸部的代偿运动进行检测,可以将该参考位置点设定为背部胸椎的位置等,该参考位置点的设定根据实际情况可以调整。
所述第二惯性传感器3用于获取所述预设参考位置点的第二姿态数据;
所述控制器1还用于根据所述第一姿态数据和所述第二姿态数据得到所述代偿部位相对于所述预设参考位置点的第二运动幅度。
其中,所述控制器1还包括第二计算单元12;
所述第二惯性传感器3用于分别获取所述预设参考位置点在在初始静止状态下的初始第二姿态数据和在康复运动过程中的实时第二姿态数据;
所述第二计算单元12用于根据所述初始第一姿态数据和所述初始第二姿态数据得到所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点相对于所述预设参考位置点的初始旋转矩阵;
所述第二计算单元12还用于根据所述实时第一姿态数据和所述实时第二姿态数据得到所述与患者待检测代偿部位对应的位置点相对于所述预设参考位置点的实时旋转矩阵;
所述控制器1用于根据所述初始旋转矩阵和所述实时旋转矩阵得到所述第二运动幅度。
举一具体示例进行说明,参考图2,图2示出了基于智能服装的代偿运动检测系统的部分结构示意图,以肩部代偿运动检测为例,第一惯性传感器2设置在患者左肩胛关节对应的智能服装上,第二惯性传感器3设置在患者胸骨柄顶端(靠近胸锁关节)对应的智能服装上;
初始静止状态下,获取人体胸骨柄顶端(靠近胸锁关节)处的旋转矩阵,用四元素Q1表达,获取左肩胛关节的旋转矩阵,用四元数Q2表达,Q1和Q2对应两个旋转矩阵R1,R2,用g0表示为世界坐标系中的重力测量值,g1表示对应于胸锁关节的局部坐标系中的重力测量值,g2作为对应于肩峰角的局部坐标系中的重力测量值,由于g1=g0*R1,g2=g0*R2,所以
Figure BDA0001780072070000061
将旋转矩阵
Figure BDA0001780072070000062
转换为四元数Q,四元数Q表示在初始条件下Q2与Q1的旋转关系的信息,那么第一惯性传感器2相对于第二惯性传感器3的旋转关系可以用
Figure BDA0001780072070000063
表达,其对应的旋转矩阵为R;
在康复运动过程中,利用上述方法,获取实时的左肩胛关节与胸锁关节的旋转关系R’,根据R和R’计算得到左肩胛关节相对胸锁关节的偏差值,然后再将其转化为欧拉角信息,对应的偏航角和翻滚角可以表达左肩胛关节相对于胸锁关节的内旋/外旋活动和上下活动。
另外,所述控制器1、第一惯性传感器2和第二惯性传感器3与所述智能服装的整合方式,可以根据情况选择相应的组合方式,比如配件式、嵌入式和整合式,具体地,可以通过导电线缝制在所述智能服装上,或者可以用导电缝纫线将传感器缝在织物为基底的贴片上,导电线连接织物基底底面的导电布节点,每一个导电布节点内部嵌有一个微型吸铁石,再通过磁铁将贴片吸附在智能服装上,或通过其他可拆卸连接装置设置在所述智能服装上,比如纽扣、可拆卸布袋等,另外,需要说明的是,不管是采用哪种组合方式,第一惯性传感器2和第二惯性传感器3要确保与患者的待检测位置紧密贴合在一起,以确保数据的准确性。
本实施例中,通过第一惯性传感器2获取待检测位置点的姿态数据得到相应的代偿部位的运动信息,根据该信息可以帮助患者获得对姿势的认识并有效辅助患者及时纠正自身的姿势,本发明智能服装易操作且灵活性高。
实施例2
本实施例的基于智能服装的代偿运动检测系统是在实施例1的基础上进一步改进,如图3所示,所述代偿运动检测系统还包括判断模块4,所述判断模块4与所述控制器1电连接;
所述判断模块4用于判断所述第一运动幅度和/或所述第二运动幅度是否超过预设的阈值范围,若是,则生成警报信息,所述警报信息用于表征所述代偿部位的代偿动作的代偿幅度超出范围。
另外,所述代偿运动检测系统还包括警报器6,所述判断模块4还用于将所述警报信息发送至所述控制器1,所述控制器1用于根据所述警报信息控制所述警报器6发出警报音;
所述第一惯性传感器2和所述第二惯性传感器3均连接一个振动器5,所述判断模块4还用于将所述警报信息发送至所述控制器1,所述控制器1用于根据所述警报信息控制所述振动器5振动;
所述代偿运动检测系统还包括通讯模块7和外部显示器8,所述判断模块4还用于将所述警报信息发送至所述通讯模块7,所述通讯模块7用于将所述警报信息发送至所述外部显示器8进行显示。
本实施例中,可以通过配套的软件APP提供视觉、听觉反馈,通过设置在智能服装上的震动器提供触觉反馈。实际设定时,视觉反馈上可以通过一个指针的转动以实时显示用户目前的代偿幅度,当代偿幅度超过设定的阈值,指针会转到警示提醒的红色转盘区域,若是采用听觉反馈,可以通过声音的频率随着用户代偿角度的增加而不断升高来进行提示,当超过阈值时,会有单独的警示音提醒,若启用了震动反馈,当代偿幅度超过范围时,通过振动的强度来提醒用户,上述辅助设备的是定是为了进一步鼓励用户积极自发的调整自己的锻炼姿势。
实施例3
一种智能服装,所述智能服装包括智能服装本体和如实施例1或2所述的基于智能服装的代偿运动检测系统。
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 (10)

1.一种基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述代偿运动检测系统包括控制器和第一惯性传感器;
所述控制器与所述第一惯性传感器电连接,所述第一惯性传感器设置在所述智能服装上与患者待检测的代偿部位对应的位置点;
所述第一惯性传感器用于获取所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的第一姿态数据;
所述控制器用于根据所述第一姿态数据得到所述代偿部位的第一运动幅度,所述第一运动幅度用于表征所述代偿部位的代偿动作的运动幅度。
2.如权利要求1所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述控制器包括第一计算单元;
所述第一惯性传感器用于分别获取所述代偿部位在初始静止状态下的初始第一姿态数据和在康复运动过程中的实时第一姿态数据;
所述第一计算单元用于根据所述初始第一姿态数据和所述实时第一姿态数据计算得到所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点的变换矩阵;
所述控制器用于根据所述变换矩阵得到所述第一运动幅度。
3.如权利要求2所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述代偿运动检测系统还包括第二惯性传感器;
所述控制器与所述第二惯性传感器电连接,所述第二惯性传感器设置在智能服装的一预设参考位置点;
所述第二惯性传感器用于获取所述预设参考位置点的第二姿态数据;
所述控制器还用于根据所述第一姿态数据和所述第二姿态数据得到所述代偿部位相对于所述预设参考位置点的第二运动幅度。
4.如权利要求3所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述控制器还包括第二计算单元;
所述第二惯性传感器用于分别获取所述预设参考位置点在初始静止状态下的初始第二姿态数据和在康复运动过程中的实时第二姿态数据;
所述第二计算单元用于根据所述初始第一姿态数据和所述初始第二姿态数据得到所述与患者待检测的代偿部位对应的位置点相对于所述预设参考位置点的初始旋转矩阵;
所述第二计算单元还用于根据所述实时第一姿态数据和所述实时第二姿态数据得到所述与患者待检测代偿部位对应的位置点相对于所述预设参考位置点的实时旋转矩阵;
所述控制器用于根据所述初始旋转矩阵和所述实时旋转矩阵得到所述第二运动幅度。
5.如权利要求3所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述代偿运动检测系统还包括判断模块,所述判断模块与所述控制器电连接;
所述判断模块用于判断所述第一运动幅度和/或所述第二运动幅度是否超过预设的阈值范围,若是,则生成警报信息,所述警报信息用于表征所述代偿部位的代偿动作的代偿幅度超出范围。
6.如权利要求5所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述代偿运动检测系统还包括警报器,所述判断模块还用于将所述警报信息发送至所述控制器,所述控制器用于根据所述警报信息控制所述警报器发出警报音;
和/或,所述第一惯性传感器和所述第二惯性传感器均连接一个振动器,所述判断模块还用于将所述警报信息发送至所述控制器,所述控制器用于根据所述警报信息控制所述振动器振动;
和/或,所述代偿运动检测系统还包括通讯模块和外部显示器,所述判断模块还用于将所述警报信息发送至所述通讯模块,所述通讯模块用于将所述警报信息发送至所述外部显示器进行显示。
7.如权利要求1所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述第一惯性传感器为多个,所述代偿部位包括左肩峰、右肩峰、背部胸椎和胸骨柄顶端中的至少一个部位。
8.如权利要求1所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述运动幅度包括偏航角、翻滚角和俯仰角中的至少一个。
9.如权利要求1所述的基于智能服装的代偿运动检测系统,其特征在于,所述控制器通过导电线缝制在所述智能服装上或通过可拆卸连接装置设置在所述智能服装上;
所述第一惯性传感器通过导电线缝制在所述智能服装上或通过可拆卸连接装置设置在所述智能服装上。
10.一种智能服装,其特征在于,所述智能服装包括智能服装本体和如权利要求1-9中任意一项所述的基于智能服装的代偿运动检测系统。
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