【摘 要】
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新冠疫情影响下,人们的出行和接触受到限制,传统面对面的肢体训练方式受到制约,居家训练方案的研究迫在眉睫。目前居家训练中指导人员难以及时获得准确的训练数据,无法为患者提供有效的训练指导,如何解决居家训练数据的远程采集与传输成为居家训练推广的关键。针对上述问题,论文提出了一种基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的远程上肢运动训练辅助系统,该系
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新冠疫情影响下,人们的出行和接触受到限制,传统面对面的肢体训练方式受到制约,居家训练方案的研究迫在眉睫。目前居家训练中指导人员难以及时获得准确的训练数据,无法为患者提供有效的训练指导,如何解决居家训练数据的远程采集与传输成为居家训练推广的关键。针对上述问题,论文提出了一种基于现场可编程逻辑门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的远程上肢运动训练辅助系统,该系统能够对上肢训练数据进行远程采集与云端存储;利用上肢机械结构为患者远程展示上肢标准训练动作;对上肢训练动作进行相似度分析,并将分析结果展示于前端页面。为实现以上功能,论文主要工作如下:（1）设计了上肢训练数据采集和标准动作展示的硬件控制系统。结合机械结构,实现了对上肢各关节动作角度的检测。利用FPGA完成了上肢动作序列的高速采集,解决了上肢各关节动作序列检测难的问题。使用经典PID控制算法实现对机械结构的控制,实现标准动作展示的功能。（2）利用Java语言开发了基于Spring Boot框架的系统服务器,实现了上肢训练动作数据的远程采集和可视化展示功能。同时利用My SQL数据库完成了对训练数据的分类存储。利用超文本标记语言（High Text Markup Language,HTML）和层叠样式表（Cascading Style Sheets,CSS）设计了云服务器的操作界面、训练数据和上肢训练数据统计展示页面。（3）利用动态时间规整（Dynamic Time Warping,DTW）算法完成了训练动作的相似度分析。将上肢训练动作序列与标准动作序列进行DTW算法计算,完成两者的相似度分析,该结果可以辅助指导人员进行训练动作的相似度分析。测试结果表明该系统能够实现稳定的远程上肢训练数据采集和标准动作展示功能,并且能够完成上肢训练动作与标准动作的相似度分析。该系统可以辅助进行居家上肢训练,有潜力成为一个有效、低成本的居家训练辅助系统。
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