一种人体运动监测纠正系统及方法与流程

本发明涉及运动监测技术领域，尤其涉及一种人体运动监测纠正系统及方法。

背景技术：

肢体关节是人体运动的基本器官，人体的肢体关节具体包括腕关节、肘关节、肩关节、足踝关节、膝关节、髋关节或者颈椎等部位，在各类运动中，由于人体的运动姿势错误往往会导致肢体关节损伤或者技能下降。

同时，肢体关节损伤后的术后的康复的过程中，由于人体的康复训练的运动姿势错误也往往导致肢体关节的二次损伤。

有鉴于此，有必要通过一种人体运动监测纠正系统及方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种可实现对人体肢体关节的运动进行监测和报警的人体运动监测纠正系统及方法。

本发明是这样实现的，一种人体运动监测纠正系统，其特征在于，包括网络手机模块、控制芯片、通信模块、报警模块、设置在肢体关节前端的第一运动数据采集模块及设置在所述肢体关节后端的第二运动数据采集模块；

所述网络手机模块与所述控制芯片连接，用于提供移动网络支持；

所述第一运动数据采集模块与所述控制芯片连接，用于采集肢体关节前端的运动数据值，并将采集到的肢体关节前端的运动数据值发送给所述控制芯片，其中，所述肢体关节前端的运动数据值包含角度、加速度、运动轨迹或者运动时间；

所述第二运动数据采集模块与所述控制芯片连接，用于采集肢体关节后端的运动数据值，并将采集到的肢体关节后端的运动数据值发送给所述控制芯片，其中，所述肢体关节后端的运动数据值包含角度、加速度、运动轨迹或者运动时间；

所述通信模块与所述控制芯片连接，用于与关联的一个或者多个终端设备APP建立信号连接；

所述控制芯片用于接收所述第一运动数据采集模块发送的肢体关节前端的运动数据值和所述第二运动数据采集模块发送的肢体关节后端的运动数据值，判断所述肢体关节前端的运动数据值与所述肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据所述偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成控制所述报警模块进行报警的报警信号发送给所述报警模块，并通过所述通信模块向与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，通过所述通信模块向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便所述云端服务器将所述报警请求转发给与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP；

所述报警模块与所述控制芯片，用于根据所述控制芯片发送的报警信号进行报警。

进一步地，所述第一运动数据采集模块和第二运动数据采集模块均为多轴运动传感器，其中，所述多轴运动传感器为三轴运动传感器、六轴运动传感器或者九轴运动传感器。

进一步地，所述通信模块为蓝牙射频模块、WiFi模块或者zigbee模块。

进一步地，所述报警模块包括一用于产生振动的提示电机及一用于产生报警声的蜂鸣器。

进一步地，所述控制芯片为微控DSP、微控ARM或者微控PLL。

进一步地，所述终端设备为智能手机、PC机或者移动智能终端。

相应地，本发明还提供了一种人体运动监测纠正方法，包括以下步骤：

建立控制芯片与终端设备的通信连接；

所述控制芯片接收所述终端设备发送的用户输入的控制指令；

所述控制芯片在接收到所述终端设备发送的用户输入的控制指令之后，确定当前的工作模式，其中，所述工作模式包括运动监测模式和康复监测模式；

若为运动监测模式，则进入运动监测模式，所述控制芯片接收第一运动数据采集模块发送的肢体关节前端的运动数据值和第二运动数据采集模块发送的肢体关节后端的运动数据值，并判断所述肢体关节前端的运动数据值与所述肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据所述偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成控制所述报警模块进行报警的报警信号发送给所述报警模块，并通过所述通信模块向与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，通过所述通信模块向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便所述云端服务器将所述报警请求转发给与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP；

若为康复监测模式，则进入康复监测模式，所述控制芯片接收第一运动数据采集模块发送的肢体关节前端的运动数据值和第二运动数据采集模块发送的肢体关节后端的运动数据值，并判断所述肢体关节前端的运动数据值与所述肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据所述偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成控制所述报警模块进行报警的报警信号发送给所述报警模块，并通过所述通信模块向与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，通过所述通信模块向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便所述云端服务器将所述报警请求转发给与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP。

进一步地，所述建立终端设备与控制芯片的通信连接的方式包括：

建立一个或者多个所述控制芯片与一个所述终端设备的通信连接；

和/或，建立一个所述终端设备与一个或者多个所述控制芯片的通信连接。

进一步地，所述终端设备为智能手机、PC机或者移动智能终端。

本发明的有益效果为：本发明实施例提供的人体运动监测纠正系统，其第一运动数据采集模块和第二运动数据采集模块分别采集肢体关节前端和后端的运动数据值，并将采集到的肢体关节前端和后端的运动数据值分别发送给控制芯片，以便控制芯片判断出肢体关节前端和后端的运动数据值的偏差值，并根据偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成报警信号，并向与控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节转动的运动数据值的报警请求，同时，通过向云端服务器发出包括肢体关节转动的运动数据值的报警请求，这样，针对人体运动健康的需求，通过动态采集肢体关节的运动数据值，将采集到的肢体关节的运动数据值与预设的肢体关节的运动数据域值进行实时比较，若采集到的肢体关节的运动数据值超出预设的肢体关节的运动数据域值范围，则通过振动电机和蜂鸣器，进行提示，以达到保持正确姿态的需求，从而实现对人体运动的监测和报警等功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的一种人体运动监测纠正系统的结构示意图。

图2是本发明第二实施例提供的一种人体运动监测纠正方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，本发明提供了一种人体运动监测纠正系统，包括网络手机模块1、控制芯片2、通信模块3、报警模块4、设置在肢体关节(图中未标示)前端的第一运动数据采集模块5及设置在所述肢体关节后端的第二运动数据采集模块6；

所述网络手机模块1与所述控制芯片2连接，用于提供移动网络支持；

所述第一运动数据采集模块5与所述控制芯片1连接，用于采集肢体关节前端的运动数据值，并将采集到的肢体关节前端的运动数据值发送给所述控制芯片2，其中，所述肢体关节前端的运动数据值包含角度、加速度、运动轨迹或者运动时间；

所述第二运动数据采集模块6与所述控制芯片2连接，用于采集肢体关节后端的运动数据值，并将采集到的肢体关节后端的运动数据值发送给所述控制芯片2，其中，所述肢体关节后端的运动数据值包含角度、加速度、运动轨迹或者运动时间；

所述通信模块3与所述控制芯片2连接，用于与关联的一个或者多个终端设备APP建立信号连接；

所述控制芯片2用于接收所述第一运动数据采集模块5发送的肢体关节前端的运动数据值和所述第二运动数据采集模块6发送的肢体关节后端的运动数据值，判断所述肢体关节前端的运动数据值与所述肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据所述偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成控制所述报警模块4进行报警的报警信号发送给所述报警模块4，并通过所述通信模块3向与所述控制芯片2关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，通过所述通信模块3向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便所述云端服务器将所述报警请求转发给与所述控制芯片2关联的一个或者多个终端设备APP；

所述报警模块4与所述控制芯片2，用于根据所述控制芯片2发送的报警信号进行报警。

需要说明的是，本实施中的肢体关节部位具体包括：腕关节、肘关节、肩关节、足踝关节、膝关节、髋关节或者颈椎，这样，将第一运动数据采集模块5和第二运动数据采集模块6分别设置在肢体关节前端和后端，这样，通过第一运动数据采集模块5和第二运动数据采集模块6可以分别采集到肢体关节的前端和后端运动数据值，从而得到肢体关节转动的运动数据值，并将得到的肢体关节转动的运动数据值发送给控制芯片2，其中，肢体关节转动的运动数据值包含角度、加速度、运动轨迹或者运动时间。

进一步地，第一运动数据采集模块5和第二运动数据采集模块6均为多轴运动传感器，其中，所述多轴运动传感器为三轴运动传感器、六轴运动传感器或者九轴运动传感器，这样，通过多轴运动传感器，可以对检测位置实时、动态采集当前的地磁坐标、运动加速度、运动角速度等数值。

作为一种可选的实施方式，本发明中的所述通信模块3为蓝牙射频模块，此时，蓝牙射频模块包括一蓝牙射频单元及一与所述蓝牙射频单元连接的板载天线，此时，所述控制芯片2通过所述蓝牙射频单元与板载天线与一个或者多个终端设备无线通信连接，其中，蓝牙射频单元是遵循国际标准的蓝牙数据传送单元，板载天线是含PCB蚀刻天线和陶瓷天线等多种形式。

进一步地，所述报警模块包括一用于产生振动的提示电机及一用于产生报警声的蜂鸣器。

进一步地，所述控制芯片为微控DSP、微控ARM或者微控PLL。

需要说明的是，本发明提供的控制芯片2含主控处理器和内置数据存储器，可以对采集肢体关节的转动数据值进行处理，可以预设置供参考的肢体关节的转动数据域值，作为与采集到的肢体关节的转动数据值进行比较。

进一步地，所述终端设备为智能手机、PC机或者移动智能终端。

本发明提供的人体运动监测纠正系统具体应用原理如下：

模式1：双传感器绝对模式

1、预设值：在使用中，系统提示用户选择对应的传感器安装模式。例如：在膝关节运动康复模式A中，X0＝0,Y0＝0,Z0＝0，这个数组会存储在控制芯片的数据存储器内。这个预设值可以根据不同的运动模型进行重新设置。

2、监测：运动过程中，第一运动数据采集模块中的多轴传感器动态输出X1、Y1、Z1三轴数值，以及三轴的运动加速度、角速度。例如：X1、Y1、Z1、C1x、C1y、C1z、D1x、D1y、D1z；第二运动数据采集模块中的多轴传感器动态输出X2、Y2、Z2三轴数值，以及三轴的运动加速度、角速度。例如：X2、Y2、Z2、C2x、C2y、C2z、D2x、D2y、D2z；

3、比对：将运动过程中的X1、Y1、Z1以及X2、Y2、Z2与X0、Y0、Z0进行比对，可以得出三轴的偏转数值，通过波尔曼算法，就可以得到第一运动数据采集模块中的多轴传感器和第二运动数据采集模块中的多轴传感器分别相对于基准点0的三轴的偏转角度、加速度、角速度。在实际应用中，就表现为肢体关节转过的角度、加速度、角速度。

模式2：双传感器相对模式

1、基准值：在使用中，系统提示用户选择对应的传感器安装模式，并将其中一个传感器设定为基准值。例如：在膝关节运动康复模式A中，设定控制芯片板载的第一运动采集模块中的多轴传感器为的基准传感器、动态输出X1、Y1、Z1三轴数值，以及三轴的运动加速度、角速度。例如：X1、Y1、Z1、C1x、C1y、C1z、D1x、D1y、D1z；

2、监测：运动过程中，第一运动采集模块中的多轴传感器2动态输出X2、Y2、Z2三轴数值，以及三轴的运动加速度、角速度。例如：X2、Y2、Z2、C2x、C2y、C2z、D2x、D2y、D2z；

3、比对：将运动过程中的X1、Y1、Z1和X2、Y2、Z2进行定向比对，可以得出X2、Y2、Z2相对与X1、Y1、Z1的偏差数值。通过波尔曼算法，就可以得到第一运动数据采集模块中的多轴传感器相对于第二运动数据采集模块中的多轴传感器的偏转角度、加速度、角速度。在实际应用中，就表现为关节两端肢体转过的相对角度、加速度、角速度。

4、阈值：用户可以根据姿态纠正的程度，预定设置极限数值。当数据比对的结果超过阈值的时候，控制芯片就会即时判定为报警状态，启动振动电机、蜂鸣器对用户做出提示。

5、网络化：该系统的动态数据，可以通过蓝牙射频模块，实时传送到智能手机端APP、或者PC端程序。通过手机或者PC的互联网网络接入，共享给监护人、医师，并可以通过双向数据交换，获取专业的运动康复意见和数据，写入控制芯片，作为后续运动的姿态监测数值。

6、数据管理：运动检测的数值，是对人体和关节动态运动的量化表现，通过数据管理，我们可以科学、高效、安全地创建运动和运动康复模型。

本发明提供的人体运动监测纠正系统具体应用在以下情况：

1、运动监测：在用户运动过程中，传感器实时动态采集目标数据，通过内置软件算法，得出侦测关节的肢体运动数据。通过蓝牙，传送到手机、平板、PC等终端设备。存储数据，或进行设定数据的比对。再反向对运动状态做出指导提示。

2、康复监测：患者在术后康复训练中，可以在指导医师离场的条件下，自行进行康复训练。在患者训练过程中，传感器实时动态采集目标数据，通过内置软件算法，得出侦测关节的肢体运动数据。通过蓝牙，传送到手机、平板、PC等终端设备。存储数据或进行设定数据的比对。再反向对运动状态做出指导提示，保证患者的训练是在医师专业要求内进行。

3、其它需要动态监测肢体关节的应用。

本发明的有益效果为：本发明实施例提供的人体运动监测纠正系统，其第一运动数据采集模块和第二运动数据采集模块分别采集肢体关节前端和后端的运动数据值，并将采集到的肢体关节前端和后端的运动数据值分别发送给控制芯片，以便控制芯片判断出肢体关节前端和后端的运动数据值的偏差值，并根据偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成报警信号，并向与控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节转动的运动数据值的报警请求，同时，通过向云端服务器发出包括肢体关节转动的运动数据值的报警请求，这样，针对人体运动健康的需求，通过动态采集肢体关节的运动数据值，将采集到的肢体关节的运动数据值与预设的肢体关节的运动数据域值进行实时比较，若采集到的肢体关节的运动数据值超出预设的肢体关节的运动数据域值范围，则通过振动电机和蜂鸣器，进行提示，以达到保持正确姿态的需求，从而实现对人体运动的监测和报警等功能。

实施例二

如图2所示，本发明提供了一种肢体关节运动监测纠正方法，包括以下步骤：

S201，建立控制芯片与终端设备的通信连接；

作为一种可选的实施方式，所述建立终端设备与控制芯片的通信连接的方式包括：

建立一个或者多个所述控制芯片与一个所述终端设备的通信连接；

和/或，建立一个所述终端设备与一个或者多个所述控制芯片的通信连接。

需要说明的是，本发明实施例中的终端设备为智能手机、PC机或者移动智能终端，此处，本发明并不限定终端设备仅仅为智能手机、PC机或者移动智能终端，终端设备还可以为其他具备触摸屏的终端设备(例如PAD)，也可以是其他具备触摸屏的移动互联网设备(Mobile Internet Devices，MID)，本发明实施例不作限定。

需要说明的是，本发明通过建立一个或者多个所述控制芯片与一个所述终端设备的通信连接，这样，一个用户能够绑定多个控制芯片，对于有多个需要检测对象，或者是医护人员来说，非常便利的。

需要说明的是，本发明通过建立一个所述终端设备与一个或者多个所述控制芯片的通信连接，这样，一个控制芯片能被多个用户进行绑定，对于需要多人进行监护的情况下，非常便利的。

需要说明的是，本发明实施例中的智能手机、PC机或者移动智能终端等终端设备都是事先预装了APP。APP安装流程如下：当控制芯片启动后，需要使用终端设备的二维码扫描功能(例如，微信、百度等均可)扫描说明书上印刷的二维码，下载并安装APP，注册并且设置完成后便可正常使用，或者也可以直接到网站上下载APP到终端设备，注册并且设置完成后便可正常使用。

S202，所述控制芯片接收所述终端设备发送的用户输入的控制指令；

S203，所述控制芯片在接收到所述终端设备发送的用户输入的控制指令之后，确定当前的工作模式，其中，所述工作模式包括运动监测模式和康复监测模式；

S204，若为运动监测模式，则进入运动监测模式；

所述控制芯片接收第一运动数据采集模块发送的肢体关节前端的运动数据值和第二运动数据采集模块发送的肢体关节后端的运动数据值，并判断所述肢体关节前端的运动数据值与所述肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据所述偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成控制所述报警模块进行报警的报警信号发送给所述报警模块，并通过所述通信模块向与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，通过所述通信模块向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便所述云端服务器将所述报警请求转发给与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP；

S205，若为康复监测模式，则进入康复监测模式。

所述控制芯片接收第一运动数据采集模块发送的肢体关节前端的运动数据值和第二运动数据采集模块发送的肢体关节后端的运动数据值，并判断所述肢体关节前端的运动数据值与所述肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据所述偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成控制所述报警模块进行报警的报警信号发送给所述报警模块，并通过所述通信模块向与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，通过所述通信模块向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便所述云端服务器将所述报警请求转发给与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP。

本发明实施例提供的人体运动监测纠正方法，在建立控制芯片与终端设备的通信连接之后，所述控制芯片在接收到所述终端设备发送的用户输入的控制指令之后，确定当前的工作模式，并分别进入相应的工作模式，所述控制芯片分别接收第一运动数据采集模块发送的肢体关节前端的运动数据值和第二运动数据采集模块发送的肢体关节后端的运动数据值，并判断肢体关节前端的运动数据值与肢体关节后端的运动数据值的偏差值，并根据偏差值得到肢体关节转动的运动数据值，进而判断肢体关节转动的运动数据值和预设的肢体关节转动的运动数据域值是否一致，如不一致，则生成报警信号，并向与所述控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，同时，向云端服务器发出包括肢体关节的运动数据值的报警请求，以便云端服务器将报警请求转发给与控制芯片关联的一个或者多个终端设备APP，这样，针对人体运动健康的需求，通过动态采集肢体关节的运动数据值，将采集到的肢体关节的运动数据值与预设的肢体关节的运动数据域值进行实时比较，若采集到的肢体关节的运动数据值超出预设的肢体关节的运动数据域值范围，则通过振动电机和蜂鸣器，进行提示，以达到保持正确姿态的需求，从而实现对人体运动的监测和报警等功能。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。