基于Kinect和表面肌电传感器的数字化运动功能评估系统设计

2022-12-05何东浩王振宇白亚雯

科技创新与应用 2022年34期

何东浩，王振宇，汪曦，甘于，白亚雯

（无锡太湖学院，江苏无锡 214064）

近年来，随着机器学习及图像处理技术的发展，在医学康复领域的应用越来越广泛，并得到临床医生的认可。为了弥补传统量表式评估方法的缺点，便捷评估使用者健康状况，结合嵌入式、传感器、串口通信、蓝牙模块及动作识别技术等，本文提出一种基于Kinect传感器和表面肌电传感器的上肢运动功能数字化评估系统设计方法，以此满足更便捷地评估自身健康状况、更直观地体会测试结果指数及更有效地消除健康隐患。

1 软件设计

1.1 Kinect姿态识别子程序设计

开启Kinect姿态识别应用，进入到Kinect姿态识别主程序，获取人体深度图数据和骨骼数据，再进入不同的姿态识别程序，当执行完后进入下一种姿态识别程序，直到最后一个动作识别结束。

接下来将介绍不同动作的动作识别程序及原理，姿态识别程序会在运行时每十一帧采集1次人体姿态信息，在每十一帧的第十一帧，程序开始姿态识别，以下为采集程序代码及注释。

1.2 Emg传感器肌电值采样程序设计

Emg单导肌肉电传感器部分，只需把传感器输入的端口配置好ADC初始化，再读取实时信息输出到OLED模块中，以下是Emg肌电ADC值采集程序。

1.3 Stm32遥控器及串口程序设计

遥控器部分较为简单，本设计设置了16个按钮，当检测到某个按钮被按下，执行相关的按钮处理程序。

此时姿态程序识别会读取该D：/ccc.txt文本文档，并根据里面的参数执行不同的姿态识别程序。

2 设计结果与调试

2.1 屈曲共同运动姿态识别

每个姿态动作都有起始动作和结束动作，程序会在每十一帧的第一帧记录起始动作姿态，在第十一帧识别第十一帧及第一帧是否满足动作要求，人体的特定关节是否符合特定特征，以此来准确判断人体姿态动作是否完成。第一个动作，起始动作是左手放在右膝盖上，而结束动作是左手放在左耳旁。

2.2 伸展共同运动姿态识别子程序设计

伸展共同动作和屈曲共同运动类似，左手放在右膝盖上方，再举至头左一段距离，由此采用类似第一个动作的处理。

2.3 Stm32遥控器及OLED调试

Stm32遥控器上电后，可以看见OLED也亮起来，此时可以通过按键输入希望发送的信息，当遥控器检测到按了D键后，把信息发送到电脑串口，其中4×4的按键各对应着数。

可以看到一开始OLED只有“-”符号，此时当输入几个数字后，数字可以成功显示到OLED上，并在程序里记录到待发送的数组里面。

2.4 蓝牙模块及串口应用调试

蓝牙模块选用的是2块HC05蓝牙模块，其中电脑串口的蓝牙模块采用蓝牙模块+TTL转USB方式连接电脑，其中蓝牙模块和TTL的Vcc和GND对应连接，而其rx和tx口交叉连接。2个模块起初是没有相互配置的，首先分别将2个模块上的小按钮按住，再连接至电脑然后放开按钮，此时2个蓝牙模块都进入了AT模式，发送AT指令设置好主从模式及绑定地址，下一次上电后2个模块自动连接起来，可以通过串口程序像普通串口一样收发数据。

此时发送Stm32遥控器中的数据，可以看见蓝牙串口接收到数据并显示于输出串口，保存于ccc.txt中，供Kinect姿态识别程序调用。