[发明专利]一种个性化的人体平衡训练系统

权利要求书

1.一种个性化的人体平衡训练系统，由运动平台模块(1)、信号采集模块(2)、信号预处理模块(3)、分析模块(4)、和基于数据驱动的个性化任务生成模块(5)组成，其特征在于：

·运动平台模块(1)是一种可以按照预设的轨迹运动的机械装置，个体可以站立或坐在该装置上，运动平台模块预存9种倾斜模式、3种运动速度、以及3种振幅强度，共计81种不同组合运动模式；

·运动平台模块以及人体四肢和核心区域安置有加速度传感器，信号采集模块(2)负责实时记录人体随运动平台模块运动而保持平衡的过程中，运动平台、人体左、右手腕，人体左、右脚踝、颈部以及腰腹部7个区域的相应7路加速度信号，形成7路时间序列

S0_i(n)(i＝1,2,3,4,5,6,7)；

·信号预处理模块(3)负责将每分钟的7路加速度信号分别进行相空间重构并完成去噪处理，得到去噪后的7路时间序列S_i(n)(i＝1,2,3,4,5,6,7)；

·数据分析模块(4)负责分别获得人体在运动平台9种倾斜模式下的平衡适应能力指数，bp(n)(p＝1,2,3,4,5,6,7,8,9)以及人体的整体平衡适应能力指数B；该指数是由人体与运动平台模块的耦合矩阵C p的迹得到的，其中耦合矩阵C p(n)＝{Cij p(n)}是由一路时间序列Si p(n)(i＝1,2,3,4,5,6,7)对其他时序序列Sj p(n)(j＝1,2,3,4,5,6,7)之间的相似系数Cij p(n)组成的，其中n表示训练次数，p表示运动平台不同的倾斜模式，i和j表示两路信号；

·基于数据驱动的个性化任务生成模块(5)负责将个体在运动平台9种倾斜模式下基于平衡适应能力指数自动给出个性化的训练处方，其中，建立个体在运动平台的平衡适应能力指数历史数据库；数据库采集了3到85岁年龄段人群在运动平台预设的组合运动模式下运动平台、人体左、右手腕，人体左、右脚踝、颈部以及腰腹部7个区域的相应7路加速度数据，并存有不同个体在9种不同的倾斜角度下平衡适应能力指数；根据人群整体平衡适应能力指数B，将平台不同的倾斜角度平衡适应能力指数平均匀分为9等级，作为初始个性化训练任务的参考；等级从1级到9级对应运动平台9种不同的运动幅度和速度组合模式任务：1级为慢速小幅度模式任务，2级为中速小幅度模式任务，3级为快速小幅度模式任务，4级为慢速中幅度模式任务，5级为中速中幅度模式任务，6级为快速中幅度模式任务，7级为慢速大幅度模式任务，8级为中速大幅度模式任务，9级为快速大幅度模式任务；幅度大小由振幅角度确定的，其大小表示运动平台最大偏离位置与初始静止位置时的角度；小幅度模式的振幅角度为5°-10°，中幅度模式的振幅角度范围为10°-20°，大幅度模式的振幅角度范围为20°-30°；慢速模式速度的范围是每秒完成1-5个周期运动，中速模式速度的范围是每秒完成5-10周期运动，快速模式任务速度的范围是每秒完成10-15周期运动；每次训练后，将个体在运动平台9种倾斜模式下的平衡适应能力指数b_p(n)(p＝1,2,3,4,5,6,7,8,9)存入并更新数据库；个性化的训练方案是根据个体历史记录中确定的，对9个方向倾斜的训练任务的比例w_p(n+1)(p＝1,2,3,4,5,6,7,8,9)的选择是根据该个体上一次平衡适应能力指数b_p(n)(p＝1,2,3,4,5,6,7,8,9)生成的，每个方向倾斜的训练任务在下次训练中出现的比例为：

其中每个倾斜方向的在初次训练中出现的比例为1/9；

当某个特定方向的比例w_p0.1时，该倾斜方向的运动速度在原来的基础上增加一个等级；当某个特定方向的比例w_p0.05时，该倾斜方向的运动幅度在原来的基础上增加一个等级；通过与数据库中已有记录人群中的平衡适应能力指数进行比对，确定与个体匹配的不同倾斜方向的初始运动幅度和初始运动速度。