基于多源信息融合的运动训练设备及评价系统、方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114795831A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202210412156.5(22)申请日2022.04.19(71)申请人中国科学技术大学地址230041安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人李智军徐佳成李国欣(74)专利代理机构上海段和段律师事务所31334专利代理师黄磊(51)Int.Cl.A61H1/02(2006.01)A61B5/00(2006.01)A61B5/103(2006.01)A61B5/11(2006.01)A61B5/389(2021.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于多源信息融合的运动训练设备及评价系统、方法(57)摘要本发明提供了一种基于多源信息融合的运动训练设备及评价系统、方法，电缆驱动并联平台包括支撑架、钢丝绳、驱动电机、拉力传感器以及牵引圆盘；驱动电机固定在支撑架顶端，拉力传感器连接在钢丝绳上，钢丝绳一端连接在驱动电机上，另一端连接在牵引圆盘上；万向轮固定支撑架底部的左右两侧前端以及后端；驱动轮固定在支撑架底部的左右两侧的中间部分，提供动力；穿戴外骨骼系统：电机、刚性杆件以及足底力板；穿戴外骨骼系统穿戴在人体下肢，电机安装在髋关节、膝关节和踝关节处并连接在刚性杆件上，的刚性杆件用以连接各关节电机，在人体大小腿处，的足底力板固定在脚部；深度摄像机固定在支撑架的竖杆上，用于采集人体的运动学信息。CN114795831ACN114795831A权利要求书1/2页1.一种基于多源信息融合的运动训练设备，其特征在于，包括：电缆驱动并联平台(1)、万向轮(2)、驱动轮(5)、穿戴外骨骼系统(6)以及深度摄像机(7)；所述电缆驱动并联平台(1)包括支撑架、钢丝绳、驱动电机、拉力传感器以及牵引圆盘；所述的驱动电机固定在支撑架顶端，所述的拉力传感器连接在钢丝绳上，所述的钢丝绳一端连接在驱动电机上，另一端连接在牵引圆盘上；所述的万向轮(2)固定支撑架底部的左右两侧前端以及后端；所述的驱动轮(5)固定在支撑架底部的左右两侧的中间部分，提供动力；所述穿戴外骨骼系统：电机、刚性杆件以及足底力板；所述的穿戴外骨骼系统穿戴在人体下肢，所述电机安装在髋关节、膝关节和踝关节处并连接在刚性杆件上，所述的刚性杆件用以连接各关节电机，在人体大小腿处，所述的足底力板固定在脚部；所述深度摄像机(7)固定在所述支撑架的竖杆上，用于采集人体的运动学信息。2.一种基于多源信息融合的运动训练设备的评价方法，其特征在于，运用权利要求1所述的基于多源信息融合的运动训练设备执行如下步骤：步骤S1：通过所述深度摄像机(7)、所述足底力板(4)以及所述肌电传感器(3)采集使用者运动时的运动学信息、足底力信息以及肌电信息；步骤S2：通过PCA对采集到的运动学信息、足底力信息以及肌电信息进行信息融合，生成PC空间；步骤S3：基于PC空间比较使用者和健康者之间的欧拉距离，评估使用者的运动能力并发现使用者的运动缺陷。3.根据权利要求2所述的基于多源信息融合的运动训练设备的评价方法，其特征在于，所述步骤S1采用：利用所述深度摄像机(7)获取三维人体关键点信息，并根据关键点信息求出各关节的中心位置信息、下肢的仰角信息和各关节角度信息，然后对各关节的中心位置信息、下肢的仰角信息和各关节角度信息进行中心化；利用所述足底力板(4)获取地面反作用力和脚压力中心，并对地面反作用力和脚压力中心进行采样以及中心化；利用所述肌电传感器(3)采集腿部各处的肌电信号，并对腿部各处的肌电信号进行采样、放大以及中心化。4.根据权利要求2所述的基于多源信息融合的运动训练设备的评价方法，其特征在于，所述步骤S2采用：步骤S2.1：利用方差衡量数据的差异性，并将差异性达到预设值的高维数据投影到低维空间中进行表示；步骤S2.2：从差异性最大和次大的两个方向提取出两个主成分因子PC1以及PC2；步骤S2.3：分别以PC1和PC2作为轴得到PC空间。5.根据权利要求2所述的基于多源信息融合的运动训练设备的评价方法，其特征在于，所述步骤S3采用：步骤S3.1：生成PC空间后将采集到的使用者和健康者各信息映射在当前PC空间下；步骤S3.2：计算使用者和健康者各项信息在PC空间下具体值之间的欧拉距离，欧拉距2CN114795831A权利要求书2/2页离越小表示使用者与健康者运动能力越接近，运动能力越强；当PC空间中某项的欧拉距离大于预设阈值时，表示使用者此项运动能力不足，存在缺陷。6.根据权利要求2所述的基于多源信息融合的运动训练设备的评价方法，其特征在于，基于评价结果通过神经网络模型预测向上支撑力、向前支撑力和穿戴外骨骼系统下肢运动轨迹。7.一种基于多源信息融合的运动训练设备的评价系统，