[发明专利]一种基于可穿戴设备的辅助动作学习系统及方法

说明书

本发明涉及动作捕捉与肌肉训练领域，公开了一种基于可穿戴设备的辅助动作学习系统及方法。包括：初始化模块、动作捕捉模块、指令生成模块和输出模块，其中动作捕捉模块将动作信号转换成电信号，指令生成模块将电信号编译成外骨骼动作执行指令，输出模块读入指令执行相应动作。至此动作学习穿戴者基于促进肌肉记忆形成原理，对不熟练的动作信号进行反复训练，可以更直观的感受动作的发力与流畅的衔接。最终以极高的效率完成动作的学习。

技术领域

本发明涉及人机工程学和外骨骼技术，特别涉及一种基于可穿戴设备的辅助动作学习系统及方法。

背景技术

外骨骼是一个非常热门的领域，特别是辅助人体完成进行运动康复更是一个引起广大学者研究兴趣的方向。目前研究主要是为了应用于医疗康复，辅助工人劳动等场景；但对于外骨骼反馈人体，辅助人体进行动作学习这一领域的研究存在空白。实际上外骨骼反馈于人体进行动作教学可以很大程度上提高人体学习动作的效率。以学习舞蹈为例，学习者通过视觉判断动作该如何执行，需要在大脑重构动作并执行。很多细节无法第一时间执行到位，通过本发明的反馈，可以第一时间感受正确动作并精确执行。

目前外骨骼的功能主要由计算机编程完成，对外骨骼执行一个精确的动作需要编程复杂繁冗的动作指令。本发明可直接识别动作教学者的动作指令并编译成外骨骼的动作指令，进而当学习者穿戴该设备时可实时接受外骨骼反馈，加深对动作细节的理解。反复刺激肌肉可形成肌肉记忆，大大降低学习者的学习成本。

总体而言现有现有研究方式的研究成本较高，对实际应用环境要求较高：进行运动时必须佩戴多个可穿戴设备，需要建立运动模型，对大量数据进行分析；且由于这一领域的空白，还需进行大量基础研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提出了一种行之有效、科学合理的一种基于可穿戴设备的辅助动作学习系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于可穿戴设备的辅助动作学习系统，包括：初始化模块、动作捕捉模块、指令生成模块和输出模块，其中动作捕捉模块将动作信号转换成电信号，指令生成模块将电信号编译成外骨骼动作执行指令，输出模块读入指令执行相应动作。

所述技术方案包括以下步骤：

1)穿戴者进行装置初始化；

2)动作捕捉模块收集输出者的动作信号并转换为电信号；

3)指令生成模块将电信号编译生成动作指令程序；

4)装置穿戴者将动作指令程序输入输出模块进行动作学习；

5)基于强化学习促进肌肉记忆形成对穿戴者进行训练。

在步骤1)中，穿戴者进行拉伸等准备活动，设备自动校准穿戴者各关节活动情况，判断穿戴者关节灵活程度，设置外骨骼活动范围阈值以保护穿戴者(防止外骨骼反馈作用力过大造成穿戴者受伤的情况)；

在步骤2)中，动作捕捉模块为电磁感受器：在人的关节活动处与多个部位安装一个或多个感受器。感受器与感受器之间以耐拉纤维制成的线连接。基于电磁感应原理。当人做动作时带动身上的感受器，感受器中的牵引线关联运动，线联动电磁感受器中的磁体在导体中运动产生电信号。至此完成将动作信号转换为电信号；

在步骤3)中，指令生成模块将电信号进行清洗去噪处理，提前数据中的特征参数，进行编译生成动作指令程序；

在步骤4)中，装置穿戴者将动作指令程序输入输出模块进行动作学习。与动作捕捉模块相比，增加了电磁感受器的机械能动性。将动作指令程序输入后，可以带动穿戴者的全身四肢，手脚等复刻模仿动作信号被采集者的动作。至此将标准动作执行反馈于穿戴者。