[发明专利]颈椎康复保健辅助训练系统

权利要求书

1.一种颈椎康复保健计算机辅助训练系统，其特征在于，包括头带和计算机，其中：

所述头带上设有三轴加速度传感器、微控制器、信号传输模块和电源，所述电源为所述三轴加速度传感器、所述微控制器及所述信号传输模块供电；所述三轴加速度传感器的x轴正向对应头部正前方偏右45°、y轴正向对应头部的正前方偏左45°、z轴正向为头部正上方，所述三轴加速度传感器采集x轴、y轴及z轴的加速度信号，所述微控制器接收所采集的加速度信号并将其通过所述信号传输模块发送至所述计算机；

所述计算机上安装一应用程序，所述计算机接收到所述信号传输模块发送来的加速度信号，并传递给所述应用程序，所述应用程序对接收的加速度信号进行处理，其中包括：

该应用程序是一颈椎康复和颈椎保健训练软件，该颈椎康复和颈椎保健训练软件构建虚拟物体并预设鼠标动作对应所述虚拟物体在二维空间的运动动作，其中该二维空间是所述计算机的显示屏幕形成的二维空间，所述颈椎康复和颈椎保健训练软件调用鼠标控制函数，将接收的所述三轴加速度传感器的x轴、y轴和z轴的加速度信号转化为鼠标动作，所述颈椎康复和颈椎保健训练软件根据所述加速度信号转化的鼠标动作驱动所述虚拟物体做相应的动作；同时，所述颈椎康复和颈椎保健训练软件将所述加速度信号与预设的x轴、y轴及z轴加速度阈值作对比，若结果为不同，则给出声音、画面和/或文字提示；或者

该应用程序是一颈椎康复和颈椎保健训练软件，所述训练软件将接收的加速度信号转化为鼠标动作及键盘动作，该训练软件构建虚拟物体并预设鼠标动作及键盘动作对应所述虚拟物体在三维空间的运动动作，所述颈椎康复和颈椎保健训练软件调用鼠标控制函数及键盘控制函数，将接收的所述三轴加速度传感器的x轴、y轴和z轴的加速度信号转化为鼠标及键盘动作，所述颈椎康复和颈椎保健训练软件根据所述加速度信号转化的鼠标及键盘动作并驱动所述虚拟物体做相应的动作；同时所述颈椎康复和颈椎保健训练软件将所述加速度信号与预设x轴、y轴及z轴加速度阈值进行对比，若结果为不同，则给出声音、画面和/或文字提示。

2.根据权利要求1所述的颈椎康复保健计算机辅助训练系统，其特征在于，所述应用程序将所述三轴加速度传感器的x轴、y轴和z轴的加速度信号转化为鼠标动作的实现方法是：

以初始时所述三轴加速度传感器所在位置为坐标原点；

所述应用程序每隔预定的时间段读取一次所述三轴加速度传感器的x轴、y轴和z轴的加速度信号，该预定的时间段为0.001s～0.2s；

设所述三轴加速度传感器的x、y、z三个坐标轴方向的加速度值分别为a_x，a_y，a_z，在xy平面内，由x轴加速度矢量和y轴加速度矢量合成后的xy平面内的加速度矢量大小为该矢量与x轴正向的夹角为arctan(a_y/a_x)；

设所述三轴加速度传感器的x轴、y轴、z轴方向在tn时刻的加速度值分别为a_xn、a_yn、a_zn，xy平面内的合成加速度矢量大小为a_xyn；

设所述三轴加速度传感器的x轴、y轴、z轴方向在t_m时刻的加速度值分别为a_xm、a_ym、a_zm，在xy平面内的合成加速度矢量大小为a_xym；

其中，t_m滞后于t_n，且t_m＝t_n+T，T为所述三轴加速度传感器输出信号的周期，T由所述三轴加速度传感器设定，T的取值范围0.001～0.2s；

设计算机操作系统控制鼠标的函数中鼠标移动的加速度为A_m；

所述计算机处理所述三轴加速度传感器的x轴和y轴方向的加速度信号，并做如下判断：

当a_xm>0且a_ym<0且a_zm＝-g时，如果0.05g<|a_xym-a_xyn|<0.5g，则将此时头部动作转化为鼠标的右移动作；同时设定鼠标的加速度为

A_m＝K·|a_xym-a_xyn|；

当a_xm<0且a_ym>0且a_zm＝-g时，如果0.05g<|a_xym-a_xyn|<0.5g，则将此时头部动作转化为鼠标的左移动作；同时设定鼠标的加速度为

A_m＝K·|a_xym-a_xyn|；

当a_xm>0且a_ym>0且a_zm≠-g时，如果0.05g<|a_zm-a_zn|<0.5g，则将此时头部动作转化为鼠标的下移动作；同时设定鼠标的加速度为

A_m＝K·(|a_zm-a_zn|)；

当a_xm<0且a_ym<0且a_zm≠-g时，如果0.05g<|a_zm-a_zn|<0.5g，则将此时头部动作转化为鼠标的上移动作；同时设定鼠标的加速度为

A_m＝K·(|a_zm-a_zn|)；

每隔一个周期T，所述计算机将相隔一个周期T的两个时刻的加速度值进行一次上述判断，并根据结果执行鼠标的相应动作；

同时，所述计算机处理所述三轴加速度传感器的z轴加速度信号，并做如下判断：

当a_xm>0且a_ym>0且a_zm≠-g时，如果|a_zm-a_zn|>0.6g，判断为头部向前有单次快速点头动作，则将此动作转化为鼠标的左键单击动作；

当a_xm>0且a_ym<0且a_zm≠-g时，如果|a_xym-a_xyn|>0.6g，判断为头部向右侧有单次快速摆头动作，则将此头部动作转化为鼠标的右键单击动作；

其中，g为重力加速度，g＝9.8m/s²；

其中，K为比例系数，且K的取值范围为1～6。