專利名稱：體感平衡板系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種體感平衡板系統。
背景技術：
與采用按鍵或手搖控制桿進行操作的傳統游戲不同，體感游戲是一種利用肢體的動作變化進行操作的新型電子游戲，它能夠讓游戲者用身體去感受游戲的過程，產生身臨其境的感受。任天堂(Nintendo)公司開發的家用游戲機Wii是目前比較流行的體感游戲，其 Wii主機有一個外設，稱為Wii Fit，通常由平衡板和相應的游戲軟件搭配出售，可以進行滑雪、瑜伽等多種游戲和健身活動。游戲時，人站在平衡板上，平衡板通過四個支撐腳內的壓力傳感器檢測人體在游戲過程中由于姿勢的變化對平衡板產生的不同壓力，得到人體重量、平衡狀態和重心位置等各類數據，然后，通過無線方式與Wii主機進行通信，控制游戲人物的動作，通過與Wii主機連接的顯示屏幕，例如電視機，顯示游戲的情景。上述Wii Fit平衡板系統由于只在4個支撐腳上設置了普通的壓力傳感器，因此， 壓力檢測范圍有限，只能確定人體的重心位置，而無法精確識別出人體的姿態以及相對于平衡板的位置，如果人兩腳跨立的間距很大或者兩腳并攏，該平衡板系統就無法準確識別出人體真正的姿態。例如，瑜伽游戲中，當Wii主機要求練習者以單腿站立的姿勢站在平衡板一側時，練習者卻偷懶，以雙腿并攏的姿勢站立在平衡板的一側，該平衡板系統就無法識別出練習者這一錯誤的姿態，如此就無法達到健身的目的。此外，該平衡板只能放在平面上相對靜止地玩游戲，不能跟隨人體的動作發生相應的形變，因此，其“體感”更多的是人通過視覺感受，即通過顯示屏幕看到自己對平衡板操控的效果，來體會的。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種體感平衡板系統，它可以精確識別人體在平衡板上的位置和姿態，并能跟隨人體的動作發生相應的形變。為解決上述技術問題，本發明的體感平衡板系統，包括—塊平衡板，該平衡板的上表面排列有壓阻傳感器，用于檢測平衡板受到的壓力， 平衡板內部集成有信號采集模塊、算法模塊及控制模塊，信號采集模塊用于采集壓阻傳感器產生的信號，并傳遞給算法模塊，算法模塊用于識別人體在平衡板上的站位及動作姿態， 并將動作識別數據傳遞給控制模塊，控制模塊用于控制平衡板底部四個支撐腳的升降調節裝置；四個支撐腳，位于平衡板底部，分別包含一個升降調節裝置，用于改變平衡板與放置該平衡板的平面之間的距離。所述信號采集模塊將壓阻傳感器劃分為4X4，即16個壓阻傳感器為一個單元，按照單元采集信號，以提高識別的速度和準確性。所述算法模塊內預先設置有一動作庫，用于識別人體的動作。
所述算法模塊通過對壓阻傳感器檢測到的壓力范圍進行分析，計算出平衡板上受力區域的形狀、大小和位置，并據此確定人體在平衡板上的站立位置及腳部的姿態。同時， 算法模塊還可以通過計算每個受力區域的幾何中心所受到的合力，進一步計算出人體在平衡板上的重心位置。這些姿態識別數據與動作庫中的數據比對，就可以識別出人體可能的動作姿態。所述升降調節裝置為電磁鐵、杠桿或者齒輪。所述平衡板內置有藍牙通訊模塊，用于平衡板系統與主機之間進行無線通訊。該平衡板可以同時內置揚聲器和麥克風，用于網絡游戲時，游戲者之間進行實時通話；還可以內置音效模塊，使游戲的部分聲音效果通過平衡板產生出來，以使游戲更加逼真。與現有的平衡板系統相比，本發明的體感平衡板系統具有下列有益效果1、通過在平衡板上表面排布壓阻式壓力傳感器陣列，擴大了壓力檢測的范圍，提高了檢測的精細度，平衡板上表面任何一個區域受到的壓力都能夠被檢測出來，從而使得本發明的體感平衡板系統不僅能計算出人體的重心位置，而且能精確識別出人腳踩在平衡板上的位置及踩下區域的形狀和大小，避免了在某些游戲情境下對人體姿態的錯誤判斷。2、通過在四個支撐腳內增加升降調節裝置結構，使平衡板系統能跟隨人體動作發生相應的形變，產生動感，并同時對人體產生不同的反作用力，使游戲者真正體會到“體感” 的效果，從而提升了用戶的體驗。3、通過內置的藍牙通訊模塊、音效模塊、揚聲器和麥克風，使游戲的部分音效能夠通過平衡板來產生，從而豐富了游戲的音效，增強了游戲的真實性；此外，網絡游戲時，游戲者能夠進行實時對話交流，也能增強游戲的趣味性。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明
圖1是本發明的體感平衡板系統未發生形變時的外觀示意圖2是本發明的平衡板上表面壓阻傳感器陣列的示意圖3是本發明實施例的升降調節裝置結構示意圖4是本發明的信號處理流程示意圖5是本發明的平衡板在人體自然站立時的受力區域映射示意圖
圖6是本發明的平衡板在人體前傾站立時的受力區域映射示意圖
圖7是本發明的體感平衡板系統發生形變后的外觀示意圖。
圖中附圖標記說明如下
1 平衡板11 平衡板上表面
111 壓阻傳感器2 支撐腳
20 升降調節裝置21 帶空心止座的端面
22 線圈23 鐵芯
D1、D2、D3、D4 受力區域
具體實施例方式
為對本發明的技術內容、特點與功效有更具體的了解，現結合圖示的實施方式，詳述如下請參閱圖1至圖3，本發明的體感平衡板系統，主要包括平衡板1和四個支撐腳2。平衡板1的上表面11排列有壓阻傳感器111陣列。壓阻傳感器是利用單晶硅材料的壓阻效應和集成電路技術制成的傳感器，當其受到壓力時，粘貼在傳感器表面的硅膜片產生肉眼根本察覺不到的極微小應變，硅膜片原子結構內部的電子能級狀態發生變化， 導致電阻率變化，從而使電阻出現極大的變化，通過測量電路把電阻變化轉換為正比于力變化的電壓信號輸出，通過測量電信號，就可以測得壓阻傳感器受到的壓力。平衡板1的內部集成有信號采集模塊、算法模塊和控制模塊。算法模塊中包含有一個動作庫，該動作庫是根據壓阻傳感器在平衡板上表面排列的狀況以及各種人體動作下壓阻傳感器產生的壓力值而預先設置的。支撐腳2，位于平衡板1的底部，各支撐腳2內分別有一升降調節裝置20，該升降調節裝置20可以是電磁鐵、杠桿或者齒輪。當采用杠桿或者齒輪等機械傳動裝置作為升降調節裝置時，需要同時配置一電動機。在本發明的較佳實施例中，如圖3所示，采用直流電磁鐵作為升降調節裝置20。請參閱圖4，使用本發明的體感平衡板系統進行游戲或者健身時，游戲者根據主機通過顯示屏幕顯示出來的游戲情景及操作提示，在平衡板1上進行相應的動作，游戲者的腳踩到平衡板1的哪個區域，分布在平衡板1上表面11相關區域的壓阻傳感器111就會受到壓力，產生感應信號，游戲者改變動作和姿態，壓阻傳感器111的感應信號也發生相應的變化。壓阻傳感器111的感應信號由信號采集模塊進行采集和初步處理。在本發明的較佳實施例中，信號采集模塊將壓阻傳感器陣列劃分成4X4，即16個壓阻傳感器為一個單元，按照單元進行信號采集和處理，如此可以提高識別的速度和準確性，識別出更加細微的動作。信號采集模塊采集到的信號經I/O 口傳遞給算法模塊，算法模塊對信號進行濾波，例如采用插值濾波的方法，去除噪聲，使信號更加連貫平滑，然后計算出各個壓阻傳感器111所受壓力的數值，再根據這些壓力數值的大小及其在平衡板1上的分布情況，計算出平衡板1上被人體施壓的區域，以及受力區域的形狀和大小，從而識別出人體在平衡板 1上站立的位置和腳部踩下區域的形狀大小，同時，算法模塊計算每個受力區域的幾何中心受到的合力，并以此為基礎，計算出人體的重心位置。以游戲者在平衡板上自然站立的姿態為例，在這種姿態下，人體的重力會集中在兩只腳的腳掌(腳趾劃歸到腳掌部分)和腳跟，算法模塊根據平衡板上各部位所受壓力的數值，計算出人體腳部受力區域在平衡板上的映射圖，如圖5所示，該映射圖上的Dl、D2、D3和D4四個區域即平衡板的受力區域， 其中，Dl和D3對應于兩腳掌，D2和D4對應于兩腳跟，據此可以確定游戲者在平衡板上的站立位置以及腳部踩下區域的形狀大小；同時，算法模塊計算出Dl、D2、D3和D4各區域的幾何中心受到的合力，分別為Σ F1、E F2、E F3、E F4，以確定4個力點，人體重力G = Σ Fl+ Σ F2+ Σ F3+ Σ F4，由此即可確定人體的重心位置。當人體運動時，腳部受力區域在平衡板上的映射會發生相應變化，如圖6所示，人體前傾并雙腳站立姿態下的映射圖，與圖 5人體自然站立時的不同；同時，Σ FUE F2.E F3.E F4四個力點的位置和大小也會發生相應的變化，即人體重心位置亦會改變。將這些數據送入動作庫，與動作庫中的數據進行比對，即可識別出人體的動作以及動作的幅度和方向等，判斷操作者的動作是否正確，是否合乎游戲的要求。接著，算法模塊把動作識別的數據傳輸給控制模塊，控制模塊據此改變電磁鐵線圈2中電流的大小，推動或拉緊控制升降調節裝置20的鐵芯23，使平衡板1與放置該平衡板1的平面(例如地面)之間的距離發生相應的改變，如圖7所示，從而使平衡板1產生前、 后、左、右全方位的動感。此處，若采用杠桿或者齒輪等機械傳動裝置作為升降調節裝置， 則由控制模塊將指令傳給電動機，電動機帶動機械傳動裝置使平衡板發生相應的傾斜等變化，但是，采用杠桿或者齒輪等機械傳動裝置作為升降調節裝置的缺點是比較容易損壞，而且不如使用電磁鐵的升降調節裝置推拉力度大，反應快。平衡板系統在自身發生形變的同時，對其上的操作者也會有反作用力產生，游戲不同，或者操作者的動作不同，操作者受到的反作用力也不同，從而使操作者能夠體會到真正的“體感”，增加游戲的樂趣。為了增強平衡板系統的功能，平衡板1可以內置藍牙通訊模塊、音效模塊、麥克風和揚聲器。藍牙通訊模塊用于實現平衡板和主機之間的無線通訊。通過藍牙通訊模塊，主機可以將游戲中的部分聲音需求傳給平衡板1的音效模塊，由音效模塊再傳給揚聲器發出聲音，比如進行跑步、滑雪等游戲時，平衡板就會有聲音發出。而目前市售的平衡板是不具有音效的，其音效大部分是通過顯示裝置，如電腦、電視發出，小部分是通過手柄發出的。顯然，聲音從平衡板發出，比從顯示器發出，給游戲者的感覺更加真實，更能提升游戲的樂趣。 另外，當游戲者進行網絡游戲時，通過藍牙通訊模塊、麥克風和揚聲器，還可以和不在一處的網絡游戲伙伴實時對話，如此，游戲者即使一個人在家，也能夠感受到和朋友一起娛樂的樂趣。綜上所述，本發明的體感平衡板系統，不僅能夠準確識別人體在平衡板上的站位和姿態，而且能夠讓游戲者體驗到更真實的“體感”效果，相比目前已有的平衡板，具有顯著的進步。
權利要求
1.一種體感平衡板系統，其特征在于，包括一塊平衡板，該平衡板的上表面排列有壓阻傳感器，用于檢測平衡板受到的壓力，平衡板內部集成有信號采集模塊、算法模塊及控制模塊，信號采集模塊用于采集壓阻傳感器產生的信號，并傳遞給算法模塊，算法模塊用于識別人體在平衡板上的站位及動作姿態，并將動作識別數據傳遞給控制模塊，控制模塊用于控制平衡板底部四個支撐腳的升降調節裝置；四個支撐腳，位于平衡板底部，分別包含一個升降調節裝置，用于改變平衡板與放置該平衡板的平面之間的距離。
2.如權利要求1所述的體感平衡板系統，其特征在于所述信號采集模塊將壓阻傳感器劃分為4X4，即16個壓阻傳感器為一個單元，按照單元采集信號。
3.如權利要求1所述的體感平衡板系統，其特征在于所述算法模塊內預先設置有一動作庫，用于識別人體的動作。
4.如權利要求1所述的體感平衡板系統，其特征在于所述算法模塊通過對檢測到的壓力范圍進行分析，計算出平衡板上受力區域的形狀、大小和位置，據此確定人體在平衡板上的站位及腳部姿態。
5.如權利要求4所述的體感平衡板系統，其特征在于所述算法模塊通過計算每個受力區域的幾何中心所受到的合力，進一步計算出人體在平衡板上的重心位置。
6.如權利要求1所述的體感平衡板系統，其特征在于所述升降調節裝置為電磁鐵。
7.如權利要求1所述的體感平衡板系統，其特征在于所述升降調節裝置為杠桿或者齒輪。
8.如權利要求1所述的體感平衡板系統，其特征在于所述平衡板內置有藍牙通訊模塊，用于平衡板系統與主機之間進行無線通訊。
9.如權利要求8所述的體感平衡板系統，其特征在于所述平衡板內置有揚聲器和麥克風，用于網絡游戲時，游戲者之間進行實時通話。
10.如權利要求8所述的體感平衡板系統，其特征在于所述平衡板內置有音效模塊， 用于使平衡板產生聲音效果。
全文摘要
本發明公開了一種體感平衡板系統，包括平衡板和四個支撐腳，各支撐腳分別包含一升降調節裝置；平衡板上表面排列有壓阻傳感器，用于檢測平衡板受到的壓力，平衡板內部集成有信號采集模塊、算法模塊及控制模塊，信號采集模塊用于采集壓阻傳感器的信號，算法模塊用于識別人體的站位和姿態，控制模塊用于控制升降調節裝置產生相應形變。該平衡板系統能精確識別人體在平衡板上的位置和姿態，并能跟隨人體的動作發生相應的形變。人體操作平衡板時，壓阻傳感器感應到人體對平衡板的壓力，算法模塊計算出壓力的數值及受壓區域的位置和形狀，從而確定人體的姿態和相對位置，同時，升降調節裝置受控產生相應的形變，帶動平衡板產生動感效果。
文檔編號A63F13/02GK102294120SQ20101020875
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者魏巍 申請人:鼎億公司, 鼎億數碼科技(上海)有限公司