[发明专利]一种基于关节角度的节律运动协同分析方法

说明书

本发明公开一种基于关节角度的节律协同分析方法，利用人体节律运动中关节角度的协同特性，结合矩阵论中的奇异值对人体节律运动协同特征与个性化差异进行分析，包括以下步骤：1)获取人体运动关节角度数据，并计算角速度、角加速度等关节参数；2)依据人体节律运动阶段性与周期性特性对人体运动过程进行阶段划分，并根据运动阶段划分关节参数变化数据；3)通过插值或抽取关键帧等方式统一关节参数变化数据矩阵尺度；4)利用矩阵论方法对归一化处理后的关节参数的协同与个性化特征进行提取与分析。本发明将人体局部肢体运动、运动阶段数据等效于人体节律运动数据的子矩阵，结合矩阵论中的原理与方法，实现对人体节律运动协同特性的有效评价。

技术领域

本发明涉及人体运动分析领域，尤其是一种基于关节角度的节律运动协同分析方法。

背景技术

目前人体运动的分析方式包括解剖学、运动学、动力学等多个方向。相较于解剖学、动力学分析，从运动学层面对人体运动的关节角度进行分析具有数据采集简便，适用范围广等特点。但是，由于人体运动本身复杂度高、协同性强，对其内在协同关系、个性化差异等特征的提取分析一直是一个难点问题。

人体运动的协同特征分析，除了要准确剖析人体的协同、个性特征，还必须考虑局部肢体协同与整体协同之间的关系、运动过程中不同阶段的协同关系变化与迁移等问题。在人体运动分析中常用基于简化动作的特征分析方法，只考虑局部肢体的简单动作并对其中的协同特性进行提取分析，例如抬手、画圆、从坐姿到站姿等动作。针对简单动作进行局部协同关系提取分析的研究方法忽略了人体运动的整体协同性与运动过程中不同阶段的协同关系变化，使得此类研究方法存在适用范围小，特征分析方法单一等问题。因此，针对人体运动协同关系的研究迫切需要一种具有较强实用性的人体运动协同特征提取分析方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种基于关节角度的节律运动协同分析方法，利用人体节律运动的阶段性以及周期性特征对人体节律运动过程进行划分，通过统一尺度并进行归一化的方法将人体关节角数据与矩阵论相结合，解决人体节律运动协同特性分析难度大、特征难提取等问题，实现对人体节律运动局部、整体协同特征的有效提取与分析。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于关节角度的节律运动协同分析方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立人体骨架模型，获取节律运动中人体关节角度变化数据，根据关节角度变化数据得到关节角速度变化数据和关节角加速度变化数据；

步骤S2：依据人体节律运动的阶段性和周期性特征对人体运动过程进行阶段划分，得到人体节律运动周期过程描述，并根据运动阶段，划分关节参数变化数据，关节参数包括关节角度、关节角速度和关节角加速度；

步骤S3：通过插值或抽取关键帧等方式统一关节参数变化数据矩阵尺度，并进行归一化处理；

步骤S4：利用矩阵论方法对归一化处理后的关节参数的协同与个性化特征进行提取与分析，实现对人体节律运动协同特性的评价。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S101：建立人体骨架简化模型；其中人体骨架简化模型包括左上肢、右上肢、左下肢、右下肢以及主干共5条运动链，5条运动链涵盖了肩、肘、腕、髋、膝、踝、头、颈、脊柱等主要关节，每个关节具有1-3个转动自由度，用于记录、描述人体运动过程中的关节角度变化数据；

步骤S102：为补偿不同数据获取手段带来的自由度定义差异，将每个关节角度在不同自由度下分量的总模长定义为该关节角在运动过程中的相对角度，描述为：