一种基于步态检测的健康训练方法与流程

本发明属于康复健康训练，尤其涉及一种基于步态检测的健康训练方法。

背景技术：

1、康复健康训练是指损伤后进行有利于恢复或改善功能的身体活动。除严重的损伤需要休息治疗外，一般的损伤不必完全停止身体练习。适当的、科学的身体练习对于损伤的迅速愈合和促进功能的恢复有着积极的作用。

2、在一些下肢受伤的使用者进行锻炼恢复时，其用到的康复训练装置多为类似于跑步机等训练装置；但是现有的该种类康复训练装置无法对使用者进行识别和相对应的调节，从而导致一些病态步伐（病态步伐是步态的一种病态变现形式，常表现为身体前倾、步伐间距短等问题）的使用者在使用时存在使用不便的问题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的问题，提出如下技术方案：

2、一种基于步态检测的健康训练方法及训练装置，包括以下步骤：

3、s100、数据采集：通过图像获取装置获取使用者在训练过程中各点位的动态图像数据，依据动态图像数据求取形态参数和关节变换矩阵以获得三维模型，依据三维模型获得多组完整的步态周期；

4、s200、数据处理：建立数据模型库，将动态图像数据输入数据模型库中进行数据处理，并输出控制信号；

5、s300、体态纠正：所述控制信号控制训练装置纠正使用者的体态。

6、使用者在训练装置中进行康复训练，在训练时通过图像获取装置获取使用者在训练过程中各点位的动态图像数据，并通过数据处理对使用者做出数据分析，判断使用者是否需要一定的训练辅助，当判断使用者不需要训练辅助时，此时该训练装置为常规类似于跑步机等康复训练装置，保证使用者的训练效果；当判断使用者需要一定的训练辅助时，此时该训练装置可以通过输出的控制信号进行相应运行改变，从而对使用者的体态进行纠正，使得使用者可以以一个健康的体态进行康复训练，保证了其训练效果，方便一些病态步伐的使用者进行使用。

7、作为上述技术方案的优选，所述一组完整的步态周期应从人一侧脚部抬起到下一次同侧脚部抬起的过程；s100中还包括：

8、s101：根据形态参数和关节变换矩阵，将姿态下的每个体素变换到各个局部三维网格下；

9、s102：对坐标变换后的体素，在相应的局部三维网格的tsdf体中，通过差值求取体素对应的tsdf值；

10、s103：将各个局部三维网格下插值求得的tsdf值进行平均，得到融合后的tsdf值；

11、s104：从最终的tsdf体中提取出网格，得到最终的三维模型。

12、作为上述技术方案的优选，所述数据模型库包括模型库a1；

13、模型库a1基于多组不同身高下健康人群构建的标准序列参数q1和w1：

14、q1为身高与步宽的标准序列参数，，其中h为身高参数，h=h1，h2，h3....hn；d为一完整步宽距离，即走路过程中双脚落地时前脚脚尖和后脚脚跟的水平距离，d=d1，d2，d3....dn；

15、w1为前倾的标准序列参数，，其中e为头顶点位在三维网格中x轴位置参数，e=e1，e2，e3....en；f为腰胯中心点位在三维网格中x轴位置参数，f=f1，f2，f3....fn；h为头顶点位在三维网格中y轴位置参数，h=h1，h2，h3....hn；g为腰胯中心点位在三维网格中y轴位置参数，g=g1，g2，g3....gn。

16、本模型库a1中的身高与步宽的标准序列参数q1和前倾的标准序列参数w1为多组实验的平均值；该多组实验可通过本训练方法中的训练装置基于步骤s100和s200进行统计测算实验；该平均值的计算中，该实验数据应为多组，且多组的实验数据中应舍弃测算实验中的意外情况所测算的数据以及测算实验中最高值数据和最低值数据，然后用剩下的数据求平均值。

17、作为上述技术方案的优选，所述数据模型库还包括模型库a2；

18、模型库a2包括基于多组不同身高下步宽小的健康人群构建的偏差序列参数q2，模型库a2还包括基于多组不同身高下正常佝偻的健康人群构建的偏差序列参数w2；

19、q2为身高与步宽的偏差序列参数，；

20、w2为前倾的偏差序列参数，。

21、本模型库a2中的身高与步宽的偏差序列参数q2和前倾的偏差序列参数w2也为多组实验的平均值；该多组实验可通过本训练方法中的训练装置基于步骤s100和s200进行统计测算实验；该平均值的计算中，该实验数据应为多组，且多组的实验数据中应舍弃测算实验中的意外情况所测算的数据以及测算实验中最高值数据和最低值数据，然后用剩下的数据求平均值；

22、使用者在训练装置中进行康复训练时，通过步骤s100和s200可获取使用者当前状态下的身高与步宽序列参数q以及前倾的序列参数w；

23、针对于上述身高与步宽的序列参数q，判断序列参数q是否落入q1和q2的数据数值范围，当q落入q1~q2的数据数值范围，则判断该使用者无需相应的训练辅助，此时该训练装置为常规类似于跑步机等康复训练装置，保证使用者的训练效果；当q数据数值大于q2，则判断该使用者需要相应的训练辅助，此时该训练装置可以通过输出的控制信号进行相应运行改变，从而对使用者的体态进行纠正，使得使用者可以以一个健康的体态进行康复训练，保证了其训练效果；

24、针对于上述前倾的序列参数w，判断序列参数w是否落入w1和w2的数据数值范围，当w落入w1~w2的数据数值范围，则判断该使用者无需相应的训练辅助，此时该训练装置为常规类似于跑步机等康复训练装置，保证使用者的训练效果；当w数据数值大于w2，则判断该使用者需要相应的训练辅助，此时该训练装置可以通过输出的控制信号进行相应运行改变，从而对使用者的体态进行纠正，使得使用者可以以一个健康的体态进行康复训练，保证了其训练效果。

25、作为上述技术方案的优选，所述训练装置包括：

26、图像获取装置，所述图像获取装置包括固定在地面上的u型安装板和竖板，u型安装板的内侧壁、顶部内壁以及竖板的内侧壁均安装有摄像头，多个摄像头用于拍摄获取使用者各个点位的动态图像数据；

27、训练机构，所述训练机构包括训练跑步机主体和第一驱动电机，且u型安装板横跨在训练跑步机主体的两侧；

28、激光发射器，激光发射器安装在u型安装板的内侧壁上用于对使用者腿部位置指示引导；

29、辅助装置，所述辅助装置用于使用者的上臂搀扶辅助，配合激光发射器纠正使用者的体态。

30、通过设置多个摄像头，可以对使用者的侧视面、俯视面、正视面等多角度进行拍摄，从而得到使用者在训练过程中各点位的动态图像数据，通过步骤s200、s300可对使用者当前的训练步态进行分析，并判断是否需要相应的训练辅助，若判断无需训练辅助，则辅助装置将不运行，反之则运行辅助装置，从而对使用者的体态进行纠正。

31、作为上述技术方案的优选，所述辅助装置包括：

32、框架板，框架板固定安装在地面上且分居设置在训练跑步机主体的两侧；

33、搭板，搭板的正面固定连接有握把，用于使用者的上臂搀扶辅助；

34、翻转架组件，所述翻转架组件用于翻转搭板；

35、驱动组件，驱动组件安装设置在框架板上，且根据控制信号控制翻转架组件对搭板进行翻转。

36、辅助装置中，框架板为整体安装框架，便于翻转架组件和驱动组件的安装，驱动组件根据控制信号控制翻转架组件对搭板进行翻转，将搭板和握把从框架板的顶部上方翻转至使用者面前位置，方便使用者的抬手握取；对于前倾的序列参数w数据数值大于w2的使用者，握取握把可有效减少前进过程中的腿部负担；对于身高与步宽的序列参数q大于q2的使用者，握取握把，并通过观察自身腿部前进交叉位置和激光发射器相重合，即可完成对自身前倾体态的纠正，使得使用者可以以一个健康的体态进行康复训练，训练效果更佳。

37、作为上述技术方案的优选，所述驱动组件包括固定连接在框架板外侧壁上的第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴固定连接有转动杆，转动杆的外围固定套设有多个固定套；

38、所述翻转架组件包括固定连接在固定套外壁上的连接杆，多个所述连接杆远离固定套的一端共同固定连接有连接板条，连接板条远离转动杆的一侧安装有气缸，所述气缸的伸缩轴固定连接有与搭板背侧相固定的连接块。

39、在翻转架组件中，通过设置气缸，可以调节搭板和握把在翻转后的位置高度，从而适用用不同身高的使用者。通过摄像头拍摄的各点位的动态图像数据，可以获得使用者的身高参数l；

40、l=l1+l2，其中l1为头顶点位到腰胯中心点位的长度参数，即躯干长度参数；l2为腰胯中心点位到脚底的长度参数，即下肢长度参数；

41、气缸调节搭板和握把在翻转后的位置高度h=kl，其中k为比例系数，k=1.2。

42、本发明的有益效果为：

43、使用者在训练装置中进行康复训练，在训练时通过图像获取装置获取使用者在训练过程中各点位的动态图像数据，并通过数据处理对使用者做出数据分析，判断使用者是否需要一定的训练辅助，当判断使用者不需要训练辅助时，此时该训练装置为常规类似于跑步机等康复训练装置，保证使用者的训练效果；当判断使用者需要一定的训练辅助时，此时该训练装置可以通过输出的控制信号进行相应运行改变，从而对使用者的体态进行纠正，使得使用者可以以一个健康的体态进行康复训练，保证了其训练效果，方便一些病态步伐的使用者进行使用。