本发明属于康复运动治疗系统领域，更具体地说，涉及一种智能化运动分析和训练系统。
背景技术：
对于一些上下肢运动障碍的患者，康复训练系统对其恢复起着重要作用。一般地，康复训练系统包括底座、上肢运动组件以及下肢运动组件，具体的，上肢运动组件包括用于使患者握持的手柄部，在训练过程中，患者可以手握手柄部，在电机等驱动机构的驱动下随着手柄部运动，从而达到训练的目的。但是现在的康复系统功能单一，智能化程度不高。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种智能化运动分析和训练系统，设计合理，实现康复的智能化控制，通过综合协调的应用各种措施，消除或减轻病伤残者的身心、社会功能障碍，改变生活质量，增加自立能力，提高生活质量。对象包括脑卒中，各类运动损伤类疾病，骨关节术后，老年病，及其他急慢性疾病、先天性功能障碍者等。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
智能化运动分析和训练系统，其特征在于：包括康复工作站和治疗控制系统；所述康复工作站包括机架，机架上设置有上肢训练器材和下肢训练器材；机架上设置有传感器组、摄像机、触摸显示器和操作台；操作台内设置有主控主机。
所述治疗控制系统包括安装在机架上且连接主控主机的声音采集模块、姿态采集模块、表面肌肉采集模块、电源模块、信号传输模块、数据存储管理模块、信号分析和处理模块、数据显示模块、声音反馈模块。
声音采集模块，用于采集声门源信号并将其转为电子信号；姿态采集模块，用于采集所述训练目标的姿态倾角并将其转为电子信号；表面肌肉采集模块，用于根据所述表面肌肉电信号获取肌肉电信号活跃度信息以及功率谱中值频率信息并将其转为电子信号。
电源模块，连接外部电源且给系统的各个模块供电。
信号传输模块，用于主控制器模块主控主机和声音采集模块、姿态采集模块、表面肌肉采集模块之前的信号传输。
数据存储管理模块，用于建立数据库，存储电子信号信息，同时存储个人信息。
信号分析和处理模块，用于分析电子信号并将相对应的信息输送到声音反馈模块。
数据显示模块和声音反馈模块，用于连接外部的音箱设备和触摸显示屏。
主控主机，采用的是工业电脑，处理信号并进行处理，最后得出结果显示在触摸显示屏上。
作为一种优化的技术方案，所述传感器组包括采用人体信息的血压传感器、呼吸频率传感器和步数传感器。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)、本发明能够提供方便的康复治疗。医务人员可以根据患者的需要选择治疗流程后，同时患者可自行完成整个治疗，无需医务人员在旁指导。
2)、本发明能够提供全面的康复治疗。根据国际功能、残疾和健康分类，将残疾患者的康复训练分为残损、活动受限、参与局限三个层面，辩证地对每名患者实行残疾三级预防措施，使患者得到全面康复。
3)、本发明能够提供全面的康复治疗。疾病、功能障碍、运动链三个索引系统，方便康复医师、康复疗治师、护士、家属等专业和非专业人士能够快速、准确地找到适合患者进行康复治疗的训练项目。
4)、本发明能够提供准确的康复治疗。通过关节监控对运动中的关节进行准确抓取、锁定和反馈，对康复训练的一些难点，如分离偏瘫患者的共同运动模式、改善共济失调患者的协调障碍、提高运动技巧和灵活性等发挥重要作用。
5)、本发明能够提供专业的康复治疗。对治疗项目的设计揉和了神经发育学、运动学、生物力学等学科知识，治疗流程的选择根据开、闭运动链在人体运动过程中的规律，这样可以保证治疗项目和流程的科学性和训练有效性。
6)、本发明能够提供有趣的康复治疗。训练基于游戏，游戏的设计充分考虑目标群体以及使用场景，极大地激发患者兴趣，刺激大脑，将被动训练变为主动训练，增强训练效果。
具体实施方式
实施例
智能化运动分析和训练系统，包括康复工作站和治疗控制系统。
所述康复工作站包括机架，机架上设置有上肢训练器材和下肢训练器材；机架上设置有传感器组、摄像机、触摸显示器和操作台；操作台内设置有主控主机。上述设备均为现有的设备组成的，其结构和工作原理不再赘述。所述传感器组包括采用人体信息的血压传感器、呼吸频率传感器和步数传感器。
所述治疗控制系统包括安装在机架上且连接主控主机的声音采集模块、姿态采集模块、表面肌肉采集模块、电源模块、信号传输模块、数据存储管理模块、信号分析和处理模块、数据显示模块、声音反馈模块。
声音采集模块，用于采集声门源信号并将其转为电子信号。姿态采集模块，用于采集所述训练目标的姿态倾角并将其转为电子信号。表面肌肉采集模块，用于根据所述表面肌肉电信号获取肌肉电信号活跃度信息以及功率谱中值频率信息并将其转为电子信号。电源模块，连接外部电源且给系统的各个模块供电。信号传输模块，用于主控制器模块主控主机和声音采集模块、姿态采集模块、表面肌肉采集模块之前的信号传输。数据存储管理模块，用于建立数据库，存储电子信号信息，同时存储个人信息。信号分析和处理模块，用于分析电子信号并将相对应的信息输送到声音反馈模块。数据显示模块和声音反馈模块，用于连接外部的音箱设备和触摸显示屏。
主控主机，采用的是工业电脑，处理信号并进行处理，最后得出结果显示在触摸显示屏上。在本专利中主控主机内包含有人机交互技术程序、神经网络技术程序，提供人机交互技术，同时，人工神经网络是由大量人工神经元广泛互连形成的网络，可用来模拟脑神经系统的结构和功能，具有大规模并行模拟处理、非线性适应性信息处理能力。
本发明的技术特点是：
1)、平衡功能评估和训练技术。
该技术可以对决定人体平衡能力的多种器官的功能进行全面、精确的定量激励，避免了人为的随意性与不确定性，不仅可以用于评估患者的平衡功能，同时因在测试过程中能够对患者足底施加不同转动方向的定量激励，由此反复激活患者的前庭和中枢神经进行平衡调节，如此反复训练，有效增强了患者的人体平衡功能。该技术在用于训练、恢复人体平衡功能时，可随时进行平衡功能测试，使患者可随时看到其平衡功能训练、恢复的效果，因而也大大提升了患者的康复积极性。
2)、肌力训练与测评技术。
该技术将多种训练和测试模式通过模块化设计高度集成在一台康复工作站上，使运动障碍患者实现自由选择适合自身运动能力的单模式或多模式相结合、重点训练和整体训练相结合的康复训练；同时在患者进行运动康复训练过程中对其自身的运动功能数据进行实时采集，及时反馈和评估，真正实现数字化康复。
3)、康复训练机器人辅助步行训练技术。
基于人工智能原理，模型化定义人机意图理解与交互，实现步态规划、稳定性控制、运动识别以及个性化制定运动控制策略等，制订以恢复下肢运动功能为主要目标的康复措施，包含了多种姿态控制和运动训练方式，真实模拟人体的各项运动动作；渐进式的娱乐互动康复训练：构建生动的情景交互式康复训练游戏界面，设计多种目标导向式训练游戏，把各种趣味游戏融合到肢体训练中，提高了患者进行康复训练的兴趣与主观能动性，并可以提示患者自己进行姿势及动作的修正。
4)、语音信号处理技术。
该技术通过软硬件结合的方式，采用专用麦克风采集声门源信号并将其转为电子信号，再利用反滤波算法分析、处理语音信号，实现对患者呼吸、发声、共鸣、构音及语音等汉语言语表现进行实时、客观、定量化的测量，并结合多媒体视听反馈，通过语音参数的实时监测与变化驱动训练游戏，实现计算机辅助言语康复训练。
5)、神经网络康复技术。
人工神经网络是由大量人工神经元广泛互连形成的网络，可用来模拟脑神经系统的结构和功能，具有大规模并行模拟处理、非线性适应性信息处理能力。神经网络技术植根于神经系统、数学、统计学、物理学、工程学、计算机科学等学科。目前，神经网络技术已被应用于康复领域，如基于神经网络的专家诊断系统。该系统一般由病历管理、诊断系统、康复训练等模块组成，可智能诊断患者的障碍特点、分离出障碍类型，并输出康复训练建议和策略。
6)、人机交互技术。
人机交互主要研究系统与用户之间的交互关系，主要靠可输入、输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘、显示器、鼠标、各种模式识别设备。目前，应用于康复领域的人机交互主要有基于体感的人机交互技术、基于眼动的人机交互技术、基于传感的人机交互技术等。例如，主动运动综合康复训练系统中的体感人机交互，是通过手势或者身体动作来代替传统的操作方式与数字设备和环境互动；眼动注意力训练系统中眼动人机交互，是通过视线追踪、眼动信号等代替传统的操作方式与数字设备互动。
7)、图像检测与处理技术。
图像检测与处理，即图像采集设备获得图像信息后，通过计算机对其进行处理的过程。其中，图像处理过程涉及图像采集、特征抽取和图像识别等方面的技术。目前，图像检测与处理技术在康复领域也逐渐得到应用，包括声门动态检查、喉内窥镜检查、虚拟情景互动康复等方面。例如，主动运动综合康复训练系统中的3d地球，将人物实时抠像与3d虚拟情景相结合，让用户置身于游戏中感受与画面元素互动体验，轻松自由地与虚拟环境进行互动。
8)、人机自然交互与阻抗控制技术。
根据运用患者自身的肌电信号和视觉信息来识别康复对象的运动意图，使康复机器人按人的意图运动，实现人-机自然共融，可显著提升康复疗效。感知人-机交互力、协同运动速度、人机系统惯性等动态参数，建立康复机器人主/被动阻抗控制方法，透过人眼洞察康复对象的运动意图，突破人-机自然交互与阻抗控制技术。
9)、人体下肢运动状态检测与运动意图识别技术。
在复杂的人体下肢运动场景中，敏锐地检测到下肢运动状态的变化，识别人体下肢站立、摆腿等复杂运动意图，据此实现下肢康复机器人的随动控制，使下肢康复机器人控制系统能快速、准确地反应，是实现下肢康复机器人与穿戴者和谐共处，确保机器人提供的运动舒适、柔顺、安全需要解决的关键技术。
10)、基于声音反馈的步态训练与评估技术。
基于声音反馈的步态训练与评估系统，其特征在于：包括电源模块、主控制器模块、步态参数采集模块、信号传输模块、信号接收终端、数据存储与管理模块、信号分析与处理模块、数据显示模块和声音反馈模块，其中，所述电源模块与主控制器模块和步态参数采集模块连接，主控制器模块与步态参数采集模块连接，主控制器模块通过信号传输模块与信号接收终端连接，数据存储与管理模块和信号分析与处理模块以及数据显示模块分别与信号接收终端连接，信号分析与处理模块和步态参数采集模块分别与声音反馈模块连接。
11)、基于动态时间规整算法的惯性传感器初始位置识别技术。
基于动态时间规整算法的惯性传感器初始位置识别方法，包括信号采集：将惯性传感器固定在具体应用要求的初始位置，然后采集一段时间内惯性传感器的原始信号；信号预处理：去噪和剔除异常点，以滤除原始信号采集过程中的系统。噪声和剔除在通信与传输过程中所产生的异常值；基于动态时间规整算法对预处理后的信号进行计算相似度；输出惯性传感器初始位置的识别结果；利用动态时间规整算法对惯性传感器处于初始位置时的信号与正确初始位置信号进行相似性度量化，从而对惯性传感器初始位置的正确与否进行识别和判断；该方法可以适用于不等长的时间序列，且可以适用于在时间轴上存在偏移的情况，同时不需要前期采集大量样本。
本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。