人體運動姿態校正系統的制作方法

專利名稱:人體運動姿態校正系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型為受訓者提供了一種人體運動姿態校正系統。能夠及時感知受訓者運動姿態誤差，并且將這些誤差信息直接反饋給受訓者，使受訓者能夠自覺糾正不正確的運動姿態。系統包括:信號控制單元（1）、定位傳感單元（2）、運動傳感單元（3）、信號收發單元（4）、信號傳輸單元（5）、信號貯存單元（6）、信號提取單元（7）、信號處理單元（8）和信號輸出單元（9）。通過該系統進行訓練，能夠提高訓練的質量，使得受訓者的行為姿態更加符合規范要求；同時由于該系統一旦被設置了標準訓練內容，就能夠進行自我的標準化訓練，節約大量教練人員，而且行為動作更標準。
【專利說明】
人體運動姿態校正系統
技術領域
[0001] 本實用新型屬于一種訓練系統，特別適用于對接受訓練人員（也稱受訓者）的運動 姿態進行督促式自我校正的系統。
【背景技術】
[0002] 目前，當人們在進行運動訓練時，主要是依靠經驗豐富的教練人員，通過人工觀察 受訓者的訓練過程，找出受訓者存在的運動姿態偏差，對受訓者進行反復的提醒和糾正，使 得受訓者通過不斷地改變運動姿態，更接近正確的運動姿態，再通過多次重復對這一運動 姿態的練習，形成一種良好的行為習慣，這種訓練活動體現在個人成長的全過程。例如:從 幼兒時候的蹣跚學步，到奔跑、跳躍，學習各種行為姿態、體育運動等等。如果一個幼兒從小 學習各種姿態時能夠得到專人的規范和糾正，他的運動姿態一定能夠比較正確，這將影響 到他今后走上社會學習、工作的一生。但是，一個人的成長過程中，絕大多數的時候只是模 仿身邊的一些榜樣，然而除了專門的教育訓練人員外，在普通家庭中大多數榜樣的行為習 慣是不標準的，而受訓者卻通過多次模仿榜樣，逐漸形成了不規范的行為習慣，這個不規范 的榜樣的行為習慣所影響下的受訓者，形成的不規范姿態將必然會影響到受訓者的一生。 同時一個教練員不可能對每一個受訓者進行隨時隨地的指導和幫助，所以使得訓練過程變 得較長，效率不高。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的是為受訓者提供一種系統。該系統能夠及時感知受訓者運動姿 態，并且能夠學習貯存各種運動姿態的標準行為，還能夠通過將受訓者運動姿態與各種運 動姿態的標準規范進行比較，獲得受訓者存在問題的信息，并且將這些信息直接反饋給訓 練中的受訓者，使受訓者能夠自覺糾正不正確的運動姿態。
[0004] 本實用新型的技術方案是：
[0005] 系統包括:信號采集終端和控制主機兩單元。具體包含以下單元：
[0006] 信號控制單元、定位傳感單元、運動傳感單元、信號收發單元、信號傳輸單元、信號 貯存單元、信號提取單元、信號處理單元和信號輸出單元。
[0007] 1、信號控制單元:將操作人員的有關指令通過輸入設備的電信號進入信號處理單 元，由信號處理單元按照操作員的要求發出操作指令，對系統的其他單元進行操作;還可以 將外部需要的信號從信號貯存單元中提取出來，進行相應的操作；
[0008] 2、定位傳感單元：固定在生物體各主要運動點的位置，以定位傳感生物體在運動 中身體和軀干相關各點的空間位置變化，將空間位置的數字信號轉換為電信號。通過電源 開關啟動定位傳感單元工作，當開關打開接通電源后，定位傳感單元開始啟動，初始取值為 〇,〇,〇;定位傳感單元的感知空間(Χ，γ，ζ)=0;隨著受訓者開始運動，佩戴在受訓者的身體、 軀干的定位傳感單元間隔0.01秒一 10秒進行數據采樣；
[0009] 3、運動傳感單元:與定位傳感單元一樣固定在生物體各主要測量運動點的位置， 以感知生物體在運動中身體和軀干相關各點的運動矢量變化，將變化的數字信號轉換為電 信號。通過電源開關啟動運動傳感單元工作，當開關打開接通電源后，運動傳感單元開始啟 動，初始取值為〇，〇，〇;運動傳感單元的感知初始值(a，b，c) =0;隨著受訓者開始運動，佩戴 在受訓者的身體、軀干的運動傳感單元間隔0.01秒一 10秒進行數據采樣，感知該點的運動 矢量、角加速度、動力加速度，將該點的運動數據轉換為電信號；
[0010] 4、信號收發單元:將從定位傳感單元和運動傳感單元送來的電信號通過信號收發 單元發送或接收；
[0011] 5、信號傳輸單元:將信號收發單元需要發送的電信號傳輸給信號接收單元接收； 將信號采集終端和控制主機單元通過各有一個信號收發單元相連接，一種是有線傳輸方 式，一種是無線傳輸方式。
[0012] 6、信號貯存單元:控制主機單元設有信號貯存單元，可以根據操作指令對信號進 行貯存，也可以根據操作指令對外部需要的信號進行提取；
[0013] 7、信號提取單元:在信號處理單元和信號貯存單元之間，有一個信號提取單元。將 指定的電信號貯存進入信號貯存單元，也可以將外部需要的信號從信號貯存單元中提取出 來；
[0014] 8、信號處理單元:根據信號控制單元輸入的操作指令操作;一是將定位傳感單元 和運動傳感單元感知的定位和運動信號進行截取，通過按照規則進行編碼的方式存入信號 貯存單元，不斷擴大標準信號的貯存量;二是將定位傳感單元和運動傳感單元感知的定位 和運動信號進行截取，并從信號貯存單元中按照操作指令的要求提取相關信號進行比對， 判斷兩信號之間的差距，并判斷是否超出標準規范的范圍，如果沒有超出規范，則不需要進 行信號輸出，如果存在誤差并且超出規范的范圍時，則通過信號輸出單元將誤差信號輸出；
[0015] 9、信號輸出單元:將信號處理單元輸出的誤差信號輸出給外接負載，對誤差信號 進行音響提示或數據提示或圖形提示。
[0016] 各單元的聯系如下：
[0017] 定位傳感單元、運動傳感單元和信號收發單元設計在一塊電路板上，組成信號采 集終端。定位傳感單元通過設定初始位置后，根據操作指令的要求進行間隔0.01秒一 10秒 采集定位傳感信號，并通過信號收發單元發送;運動傳感單元設定初始狀態后，也間隔〇. 〇 1 秒一 10秒采集運動信號，通過信號收發單元將從定位傳感單元和運動傳感單元送來的電信 號發送到信號傳輸單元；由信號傳輸單元將電信號傳輸到信號接收單元接收;信號接收單 元接收到電信號后送到信號處理單元等待處理；
[0018] 如果該電信號是作為標準規范，需要進入信號貯存單元貯存時，根據操作人員指 令將信號發送單元送來的電信號，轉送到信號貯存單元進行貯存;如果該電信號是受訓者 訓練時的信號，則由信號處理單元發出指令到信號貯存單元中提取相應信號與剛接收到的 電信號進行比對;信號處理單元根據信號控制單元的要求，可以將傳感器采集的信號進行 截取，并與信號貯存單元中的相關信號進行比對，判斷兩信號之間的差距，并判斷是否超出 標準規范的范圍，如果沒有超出規范，則不需要進行信號輸出，如果存在誤差并且超出規范 的范圍時，則需要通過信號輸出單元將誤差信號輸出；通過信號輸出單元將信號處理單元 輸出的誤差信號輸出給外接負載，對誤差信號進行音響提示或數據提示或圖形提示。
[0019] 通過該系統進行訓練，能夠提高訓練的質量，使得受訓者的行為姿態更加符合標 準規范要求;同時由于該系統一旦被設置了標準訓練內容，就能夠進行自我的標準化訓練， 節約大量教練人員，而且行為動作得到盡可能的標準。
【附圖說明】

[0020]圖1人員運動時信號采集終端固定示意圖；
[0021 ]圖2系統各單元聯系框圖；
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和系統數據和設置數據表中的數據，進一步說明本實用新型的具體 實施方式。
[0023]表1系統數據和設置數據表
[0024]
[0025] 實施例一：當一個人需要學習太極拳時。由操作人員操作開啟控制主機，操作信號 控制單元1:通過輸入設備輸入提取太極拳訓練的軟件，設置訓練的方式。先播放太極拳的 錄像;然后制定訓練計劃;設置訓練動作;設置訓練等級和訓練難度；
[0026] 通過指令調取信號貯存單元6的相應編碼的太極拳錄像進行播放觀看;經過多次 觀看以后，停止觀看錄像。信號控制單元1會自動根據操作人員設置的科目調取信號貯存單 元6中訓練計劃要求的科目訓練動作;控制信號提取單元7將訓練動作的電信號提取出來進 入信號處理單元8,由信號處理單元8按照操作員的要求發出操作指令；
[0027] 操作人員在為受訓者佩戴好信號采集終端時，將信號采集終端的定位傳感單元2 固定在生物體各主要測量定位點的位置，以定位傳感生物體在運動中身體和軀干相關各點 的空間位置變化，將空間位置的數字信號轉換為電信號;通過電源開關啟動定位傳感單元2 工作，當開關打開并接通電源后，定位傳感單元2開始啟動，初始取值為0，0,0;定位傳感單 元2的感知空間(X，Y，Z) =0;隨著受訓者開始運動，佩戴在受訓者的身體、軀干的定位傳感 單元2間隔0.5秒進行位置數據采樣;將該點的位置數據轉換為電信號；
[0028] 通過電源開關啟動運動傳感單元3工作，當開關打開接通電源后，運動傳感單元3 開始啟動，初始取值為〇,〇,〇;運動傳感單元3的感知初始值(a，b，c)=0,0 = 0;隨著受訓者 開始運動，佩戴在受訓者的身體、軀干的運動傳感單元間隔0.5秒進行數據采樣，感知該點 的運動矢量、旋轉角速度和運動加速度，將該點的運動數據轉換為電信號；信號收發單元4 及時將定位傳感單元2和運動傳感單元3送來的電信號，通過信號傳輸單元5將需要發送的 電信號傳輸給控制主機單元的信號收發單元4接收;通過信號處理單元8將信號收發單元4 接收的電信號與控制信號提取單元7從信號貯存單元6中提取的訓練動作的電信號進行比 對，判斷兩信號之間的差距，并判斷是否超出標準規范的范圍，如果沒有超出標準規范，則 不需要進行信號輸出；如果存在誤差并且超出標準規范的范圍時，則通過信號輸出單元9將 誤差信號輸出給外接負載，對誤差信號進行音響提示或數據提示或圖形提示，提醒受訓者 進行改進。
[0029] 實施例二：當一個人需要學習良好坐姿時。由操作人員操作開啟控制主機，操作信 號控制單元1:通過輸入設備輸入提取坐姿訓練的軟件，設置訓練的方式。先播放正確坐姿 的錄像;然后制定訓練計劃。
[0030] 通過指令調取信號貯存單元6的相應編碼的坐姿錄像進行播放觀看;經過多次觀 看后，停止觀看錄像。信號控制單元1會自動根據操作人員設置的科目調取信號貯存單元6 中訓練計劃要求的科目訓練動作;控制信號提取單元7將訓練動作的電信號提取出來進入 信號處理單元8,由信號處理單元8按照操作員的要求發出操作指令；
[0031] 操作人員在為受訓者佩戴好信號采集終端，將信號采集終端的定位傳感單元2固 定在生物體各主要測量定位點的位置，以定位傳感生物體在運動中身體和軀干相關各點的 空間位置變化，將空間位置的數字信號轉換為電信號;通過電源開關啟動定位傳感單元2工 作，當開關打開并接通電源后，定位傳感單元2開始啟動，初始取值為0，0,0;定位傳感單元2 的感知空間(Χ，Υ，Ζ)=0;隨著受訓者開始運動，佩戴在受訓者的身體、軀干的定位傳感單元 間隔10秒進行位置數據采樣;將該點的位置數據轉換為電信號;通過電源開關啟動運動傳 感單元3工作，當開關打開接通電源后，運動傳感單元3開始啟動，初始取值為0，0，0;運動傳 感單元3的感知初始值(a，b，c) = 0, θ = 〇;隨著受訓者開始運動，佩戴在受訓者的身體、軀干 的運動傳感單元間隔10秒進行數據采樣，感知該點的運動矢量、旋轉角速度和運動加速度， 將該點的運動數據轉換為電信號;信號采集終端的信號收發單元4及時將定位傳感單元2和 運動傳感單元3送來的電信號，通過信號傳輸單元5發送傳輸給控制主機單元的信號收發單 元4接收;通過信號處理單元8將信號收發單元4接收的電信號與控制信號提取單元7從信號 貯存單元6中提取的訓練動作的電信號進行比對，判斷兩信號之間的差距，并判斷是否超出 標準規范的范圍，如果沒有超出規范，則不需要進行信號輸出；如果存在誤差并且超出標準 規范的范圍時，則通過信號輸出單元9將誤差信號輸出給外接負載，對誤差信號進行音響提 示或數據提示或圖形提示，提醒受訓者進行改進。
[0032]實施例三：當一個人需要學習良好跑步姿態時。由操作人員操作開啟控制主機，操 作信號控制單元1:通過輸入設備輸入提取跑步訓練的軟件，設置訓練的方式。先播放正確 跑步的錄像;然后制定訓練計劃。
[0033] 通過指令調取信號貯存單元6的相應編碼的跑步錄像進行播放觀看;經過多次觀 看以后，停止觀看錄像。信號控制單元1會自動根據操作人員設置的科目調取信號貯存單元 6中訓練計劃要求的科目訓練動作;控制信號提取單元7從信號貯存單元6將訓練動作的電 信號提取出來進入信號處理單元8,由信號處理單元8按照操作員的要求發出操作指令；
[0034] 操作人員在為受訓者佩戴好信號采集終端，將信號采集終端的定位傳感單元2固 定在生物體各主要測量定位點的位置，以定位傳感生物體在運動中身體和軀干相關各點的 空間位置變化，將空間位置的數字信號轉換為電信號;運動傳感單元3同樣固定在生物體各 主要測量點的位置，以感知生物體在坐姿運動中身體和軀干相關各點的變化，將變化的數 字信號轉換為電信號。通過電源開關啟動定位傳感單元2工作，當開關打開并接通電源后， 定位傳感單元2開始啟動，初始取值為0，0，0;定位傳感單元2的感知空間(Χ，Υ，Ζ)=0;隨著 受訓者開始運動，佩戴在受訓者的身體、軀干的定位傳感單元間隔0.05秒進行位置數據采 樣;將該點的位置數據轉換為電信號。通過電源開關啟動運動傳感單元3工作，當開關打開 接通電源后，運動傳感單元3開始啟動，初始取值為0，0，0;運動傳感單元3的感知初始值(a， b，c) = 0, θ = 〇 ;隨著受訓者開始運動，佩戴在受訓者的身體、軀干的運動傳感單元3間隔 0.05秒進行數據采樣，感知該點的運動矢量、旋轉角速度和運動加速度，將該點的運動數據 轉換為電信號;信號收發單元4及時將定位傳感單元2和運動傳感單元3送來的電信號，通過 信號傳輸單元5將需要發送的電信號傳輸給控制主機單元的信號收發單元4接收;通過信號 處理單元8將信號收發單元4接收的電信號與控制信號提取單元7從信號貯存單元6中提取 的訓練動作的電信號進行比對，判斷兩信號之間的差距，并判斷是否超出標準規范的范圍， 如果沒有超出規范，則不需要進行信號輸出；如果存在誤差并且超出規范的范圍時，則通過 信號輸出單元9將誤差信號輸出給外接負載，對誤差信號進行音響提示或數據提示或圖形 提示，提醒受訓者進行改進。
【主權項】
1. 人體運動姿態校正系統，其特征是包含信號采集終端和控制主機單元;具體包含以 下單元： 信號控制單元（1)、定位傳感單元(2)、信號收發單元(4)、信號貯存單元(6)、信號處理 單元(8)和信號輸出單元(9); 信號采集終端包含定位傳感單元(2)和信號收發單元(4);控制主機單元包含信號收發 單元(4)、信號貯存單元(6)、信號處理單元(8)和信號輸出單元(9); 信號采集終端的定位傳感單元(2)通過信號收發單元(4)將信號發送給控制主機單元 的信號處理單元(8)等待處理;信號處理單元(8)與信號貯存單元(6)比對，超出規范則通過 信號輸出單元(9)將信號處理單元輸出的誤差信號輸出給外接負載。2. 根據權利要求1所述的人體運動姿態校正系統，其特征是還有運動傳感單元(3);運 動傳感單元(3)將感知的電信號，通過信號收發單元(4)發送給控制主機單元的信號收發單 元(4)接收。3. 根據權利要求1所述的人體運動姿態校正系統，其特征是有一個信號傳輸單元(5)， 將信號采集終端和控制主機單元通過各有一個信號收發單元(4)相連接;一種是有線傳輸 方式，一種是無線傳輸方式。4. 根據權利要求1所述的人體運動姿態校正系統，其特征是在信號處理單元(8)和信號 貯存單元(6)之間，有一個信號提取單元(7)。
【文檔編號】A63B24/00GK205699195SQ201620251565
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】戴文韜, 石芯
【申請人】戴文韜