本發(fā)明涉及運動過程記錄設備，更具體地說，涉及一種肢體運動姿態(tài)的判斷方法及裝置。

背景技術：

隨著生活水平的不斷提高，人們的保健意識也不斷地加強，越來越多的人們加入全民健身的行列。通過肢體的運動實現(xiàn)身體鍛煉的健身也得到了越來越多的人的喜愛。健身是一種專業(yè)性較強的體育運動，肢體的動作做得不對或運動量太大或太小都會對其效果帶來較大的影響，甚至可能帶來相反的效果。例如，可出現(xiàn)肌肉拉傷或關節(jié)受傷等等消極的后果?，F(xiàn)有技術中改善這種情況的方法是聘請專業(yè)的健身教練在現(xiàn)場進行指導，但是這樣受制于場地和成本的限制，并不能滿足人們需要隨時隨地進行健身的要求。因此，一種使用方便、能夠隨時隨地判斷肢體運動的姿態(tài)并提供標準的運動姿態(tài)的方法就變得很有必要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述成本較高、限于場地的缺陷，提供一種成本較低、能夠不受時間地點的限制的一種肢體運動姿態(tài)的判斷方法及裝置。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種肢體運動姿態(tài)的判斷方法，包括如下步驟：

穿戴在運動肢體上的多個傳感器輸出其產(chǎn)生的感應信號，形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送；

將接收到的多種傳感器數(shù)據(jù)與事先存儲在本地的、表征各種動作類型的運動類型模板進行匹配，根據(jù)相似度的大小確定當前動作的運動類型；

由存儲在本地的該運動類型的運動參數(shù)模塊中取得該運動類型中各感應信號的標準參數(shù)，與接收到的多個感應信號單獨對比，根據(jù)一個或多個感應信號與其對應的標準參數(shù)的偏離程度，判斷所述運動肢體的運動姿態(tài)是否正常，并給出對應的提示信息；

其中，所述感應信號包括方向加速度感應信號、方向角加速度感應信號和壓力感應信號。

更進一步地，所述感應信號包括以傳感器的坐標系為參考系的三維直角坐標的x軸、y軸和z軸方向的加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的角加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的磁場強度以及穿戴在運動肢體上不同位置的壓力傳感器輸出的壓力信號；所述傳感器包括三軸加速度計、三軸磁強計、三軸陀螺儀和/或壓力傳感器。

更進一步地，多個所述產(chǎn)生的感應信號形成數(shù)據(jù)包括將所述感應信號形成數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)包中每種感應信號具有固定的位置。

更進一步地，確定運動類型時，將每個傳感器的不同維度的數(shù)據(jù)，分別和事先存儲的、多個運動類型模板中對應傳感器的維度的數(shù)據(jù)進行相似度匹配，并分別記錄每個運動類型模板中每個傳感器的維度的數(shù)據(jù)相似狀態(tài)，相似度最高的一個運動類型模板所代表的運動類型為當前肢體的運動類型。

更進一步地，在判斷肢體運動姿態(tài)是否正常時，逐個將選定的運動類型中的設定傳感器取得的感應信號與該運動類型的運動參數(shù)模板中的對應的感應信號的標準參數(shù)值進行對比，判斷是否偏離所述標準參數(shù)；如偏離程度超過設定閾值，則判斷肢體運動姿態(tài)不正常，給出提示，并顯示標準動作的動畫或畫面。

更進一步地，所述運動類型模板是肢體進行一種運動類型的標準動作時得到的各種傳感器的維度數(shù)據(jù)的集合；所述運動參數(shù)模板是肢體進行一種運動類型的標準動作時設定的傳感器輸出的維度的數(shù)據(jù)的標準值。

更進一步地，還包括如下步驟：

當肢體進行正常的、一種運動類型的動作時，記錄正常動作的次數(shù)并顯示；

設置設定時間內(nèi)完成的一種運動類型的數(shù)量，在完成設定的該運動類型的動作數(shù)量后，對設定的運動類型做出標記。

本發(fā)明還涉及一種實現(xiàn)上述方法的裝置，包括：

傳感器單元：用于使穿戴在運動肢體上的多個傳感器輸出其產(chǎn)生的感應信號，形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送；

運動類型判斷單元：用于將接收到的多種傳感器數(shù)據(jù)與事先存儲在本地的、表征各種動作類型的運動類型模板進行匹配，根據(jù)相似度的大小確定當前動作的運動類型；

肢體姿態(tài)判斷單元：用于由存儲在本地的該運動類型的運動參數(shù)模塊中取得該運動類型中各感應信號的標準參數(shù)，與接收到的多個感應信號單獨對比，根據(jù)一個或多個感應信號與其對應的標準參數(shù)的偏離程度，判斷所述運動肢體的運動姿態(tài)是否正常，并給出對應的提示信息；

其中，所述感應信號包括方向加速度感應信號、方向角加速度感應信號和壓力感應信號。

更進一步地，所述感應信號包括以傳感器的坐標系為參考系的三維直角坐標的x軸、y軸和z軸方向的加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的角加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的磁場強度以及穿戴在運動肢體上不同位置的壓力傳感器輸出的壓力信號；所述傳感器包括三軸加速度計、三軸磁強計、三軸陀螺儀和/或壓力傳感器。

更進一步地，還包括：

記錄單元：用于當肢體進行正常的、一種運動類型的動作時，記錄正常動作的次數(shù)并顯示；

設置標記單元：用于設置設定時間內(nèi)完成的一種運動類型的數(shù)量，在完成設定的該運動類型的動作數(shù)量后，對設定的運動類型做出標記。

實施本發(fā)明的一種肢體運動姿態(tài)的判斷方法及裝置，具有以下有益效果：由于將傳感器設置在可穿戴設備上，在肢體運動時將該可穿戴設備穿戴在肢體上，這樣，當肢體運動時，傳感器輸出感應信號，形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送；通過將得到的數(shù)據(jù)包中的多個感應信號和實現(xiàn)存儲的運動類型模板及運動參數(shù)模板中的參數(shù)比較，不僅能夠通過與運動類型模板的比較確定運動類型，且可以通過與運動參數(shù)模板中的參數(shù)對比判斷肢體的動作是否標準，從而提出改進的提示或給出標準的動作畫面。因此其不受時間和地點的限制、成本較低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種肢體運動姿態(tài)的判斷方法及裝置實施例中的方法流程圖；

圖2是所述實施例中一種情況下感應信號數(shù)據(jù)包結構示意圖；

圖3是所述實施例中一種情況下該判斷方法用于app時的使用流程圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明。

如圖1所示，在本發(fā)明的一種肢體運動姿態(tài)的判斷方法及裝置實施例中，該方法包括如下步驟：

步驟s11傳感器產(chǎn)生感應信號，形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送到控制單元：在本步驟中，穿戴在運動肢體上的多個傳感器輸出其產(chǎn)生的感應信號，形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送。基本上來講，人們在健身時必然會涉及肢體的運動，而在本實施例中，傳感器被設置在運動時可以附著在肢體上的護具或設備上，例如，運動時穿戴的手套、護腕或護膝，運動時肢體的這些護具或設備所處的位置會隨運動類型的不同的而受到不同的壓力或張力，因此，設置在這些位置上的傳感器輸出的感應信號可以較為準確地表示出當前肢體的運動姿態(tài)。在本實施例中，所述感應信號包括方向加速度感應信號、方向角加速度感應信號、磁場強度信號和壓力感應信號。

在本實施例中，雖然對于上述幾種感應信號而言，每種信號可以只有一個方向，這樣雖然也可以進行肢體的運動狀態(tài)的判斷，但是可能僅僅限于有限的幾個動作，比如，推舉、曲臂等。為了盡量擴大本實施例中的方法的使用范圍，較佳的情況是細化每種感應信號的表示內(nèi)容，也就是將每種感應信號劃分為不同的分量。為達到這個效果，感應信號包括以傳感器的坐標系為參考系的三維直角坐標的x軸、y軸和z軸方向的加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的角加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的磁場強度以及穿戴在運動肢體上不同位置的壓力傳感器輸出的壓力信號；而取得這些感應信號的傳感器可以是三軸加速度計、三軸磁強計、三軸陀螺儀和壓力傳感器中的一種或幾種的組合。這些傳感器可以設置在相同或不同的位置。也就是說，對于加速度、角加速度、磁場強度和壓力這四種感應信號而言，每種感應信號均分為以傳感器的坐標系為參考系的三維直角坐標的x軸、y軸和z軸三個分量，這樣，最后得到至少12個感應信號，即每種感應信號都被細分為三個方向。

在本實施例中，上述感應信號是設置在穿戴在肢體上的護具或衣物上產(chǎn)生的，由于空間和使用上的限制，需要傳輸?shù)侥軌蛱幚磉@些信號的控制單元，通常，該控制單元設置在一個移動終端上，也就是感應信號需要由上述護具或衣物上傳輸?shù)缴鲜鲆苿咏K端上。為了便于傳輸，在本實施例中，將多個傳感器分別輸出的多個感應信號形成數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包中每種感應信號具有固定的位置。請參見圖2，圖2中示出了本實施例中一種情況下該數(shù)據(jù)包的大致結構。在圖2中，x、y、z分別表示一種感應信號在直角坐標上沿x、y、z軸的三個分量。由圖2中可以明顯看出，其每種感應信號在數(shù)據(jù)包中的位置是固定的，每個分量在該種感應信號中的位置也是固定的。這樣設置的好處在于，控制單元可以輕易地找到任何一個感應信號，在對所有感應信號進行處理時也較為簡單。

對于數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)包的傳輸途徑，可以是現(xiàn)有的有線或無線傳輸中的一種，例如，藍牙或wifi。

步驟s12將得到的感應信號整體與事先存儲的運動模板比較，確定肢體的運動類型：在本步驟中，確定運動類型時，將每個傳感器的不同維度的數(shù)據(jù)，分別和事先存儲的、多個運動類型模板中對應傳感器的維度的數(shù)據(jù)進行相似度匹配，并分別記錄每個運動類型模板中每個傳感器的維度的數(shù)據(jù)相似狀態(tài)，相似度最高的一個運動類型模板所代表的運動類型為當前肢體的運動類型。

在本實施例中，運動類型模板是肢體進行一種運動類型的標準動作時得到的所有傳感器的不同維度數(shù)據(jù)的集合，換句話說，在一個運動類型模板中，包括了所有傳感器的所有維度的數(shù)據(jù)，但是，在該運動類型中，可能某些傳感器或某些傳感器的某個維度上實際上并沒有感應信號輸出，所以其輸出為零。在本步驟中的相似度判斷中，實際上就是判斷得到的感應信號是不是和該運動類型模板中一樣，例如，假設某個類型的運動中，總共有兩個傳感器，a傳感器的x方向的分量為零，b傳感器的y方向分量為零，則接收到的感應信號的中的a傳感器的x方向的分量為零，b傳感器的y方向分量為零則判斷為相似；其中任何一個不為零，則判斷為不相似。在傳感器較多以及每個傳感器的維度較多時，也是這樣判斷的?？傮w上來講，二者相似的項目越多，相似度也就越高。

由于運動類型基本上能夠覆蓋常用的健身動作，因此在本實施例中，上述運動類型模塊包括多個，對于一個感應信號的數(shù)據(jù)包，需要將其中的感應信號數(shù)據(jù)逐個與多個運動類型模板比較，以便于找到其中匹配度最高的。在本實施例中，如果遍歷存儲的運動類型模板后，仍然不能找到匹配的類型，也就是找不到相似的運動類型模塊。一般來講，可能有幾種情況，不能判斷進行的動作或動作嚴重變形或傳感器故障等等，不管是那種情況，都需要跳轉到步驟s15，給出動作偏差提示。在這種情況下，當然不會執(zhí)行步驟s13和步驟s15。

步驟s13逐個選擇數(shù)據(jù)包中的感應信號與運動參數(shù)模板中的相同的感應信號比較：在本步驟中，取得該運動類型對應的運動參數(shù)模塊中的各感應信號的標準參數(shù)值，與接收到的多個感應信號單獨對比，根據(jù)一個或多個感應信號與其對應的標準參數(shù)的偏離程度，以判斷所述運動肢體的運動姿態(tài)是否正常；在本實施例中，每個運動類型都對應有一個運動參數(shù)模塊，該運動參數(shù)模塊是肢體進行該運動的標準動作時，各傳感器產(chǎn)生的感應信號值；與運動類型模塊不同的是，對于一個運動類型的運動參數(shù)模塊，其僅僅包括該運動能夠產(chǎn)生的傳感器的維度信號，例如，可能總共有三個傳感器，但是在做某個運動類型時，只有2個傳感器有感應信號輸出，且其中一個傳感器只有兩個維度的數(shù)據(jù)，此時，該運動參數(shù)模塊中就僅僅包括一個傳感器的三個維度數(shù)據(jù)參數(shù)和另一個傳感器的兩個維度數(shù)據(jù)參數(shù)，并不包括不輸出的傳感器或傳感器的維度數(shù)據(jù)參數(shù)。換句話說，運動類型參數(shù)模塊僅僅包括該運動能夠產(chǎn)生的多種感應信號參數(shù)的集合。例如，使用專業(yè)的運動員做某個動作，然后記錄其動作產(chǎn)生的感應信號，將這些感應信號按照設定的順序集中在一起，就能夠得到上述運動類型模板。這些模板是事先得到并存儲在控制單元中的。在本實施例中，在判斷肢體運動姿態(tài)是否正常時，逐個將當前取得的感應信號與匹配的運動類型的參數(shù)中的相同類型的感應信號的標準參數(shù)值進行對比，判斷是否偏離所述標準參數(shù)；如偏離程度超過設定閾值，則記錄下來，并進行下一個感應信號的判斷，直到判斷完本次動作產(chǎn)生的或本次數(shù)據(jù)包發(fā)送的所有感應信號。由于一個動作存在多個感應信號，所以，當發(fā)現(xiàn)一個感應信號出現(xiàn)異常時，可以認為肢體動作或肢體姿態(tài)不正常，也可以在設定數(shù)量個感應信號出現(xiàn)異常時才判斷認為肢體動作或肢體姿態(tài)不正常。這個需要視使用者的要求而定。此外，每個感應信號在進行判斷時使用的閾值也是事先設定的，每個感應信號進行判斷時使用的閾值可以是相同的，也可以是不同的，還可設置為該感應信號某個參數(shù)的百分比。

步驟s14判斷多個感應信號與動作模板中的同種參數(shù)的差值超過設定閾值否，如是，執(zhí)行步驟s15；否則，執(zhí)行步驟s16；在本步驟中，感應信號的差值超過設定的閾值，其數(shù)量可以是事先設定的。

步驟s15給出動作偏差的提示：在本在步驟中，由于認為肢體動作出現(xiàn)異常，所以給出動作異常的提示，并顯示標準動作的動畫或畫面。

步驟s16給出動作正常的提示：在本在步驟中，由于認為肢體動作正常，所以對該動作計數(shù)，給出正常提示。值得一提的是，在執(zhí)行本步驟或步驟s15后，均返回步驟s11，開始對下一個動作或同一個動作的下半部分進行姿態(tài)判斷。

在本實施例中，上述步驟實現(xiàn)了對于一個肢體動作（或健身動作）的判斷，也就是在對于實用者的每個健身動作，都會進行判斷并給出正確動作的提示。當然，在完成一組（多個重復的動作）健身動作之后，也可以根據(jù)對該組動作中的每個動作的判斷，得到這一組動作的完成的質(zhì)量的判斷。

在本實施例中，上述方法還可以包括如下步驟：

設置設定時間內(nèi)完成的一種運動類型的數(shù)量，在完成設定的該運動類型的動作數(shù)量后，對設定的運動類型做出標記以及當肢體進行正常的、一種運動類型的動作時，記錄正常動作的次數(shù)并顯示。

在上述方法的基礎上，還可以進行熱量計算、健身計劃推薦等等，便于使用者更方便地使用這種方法。

在本實施例中，實現(xiàn)上述方法的主要部分（除傳感器及其數(shù)據(jù)傳輸部分）之外，一個較好的例子是將其集成到一個運用程序（app）中。這樣，使用在可以在任何移動終端上使用該app，從而實現(xiàn)隨時隨地確認自己健身動作是否正確并得到指導的目的。請參見圖3，圖3示出了使用本實施例中方法的app的一種操作流程。該流程大致如下：

開始按鍵，用戶點擊這個按鍵之后，就會開啟手機的藍牙；然后手機就會開始搜索周圍的藍牙，用戶自己選擇健身手套（其上設置有至少一個傳感器）的藍牙進行連接；連接成功后，手機就會不斷地接收從上述健身手套傳過來的感應信號數(shù)據(jù)（即健身數(shù)據(jù)），這些感應信號表示了用戶健身時肢體的動作，app就會不斷地分析用戶的健身數(shù)據(jù)，一種情況下去，上述健身手套發(fā)送的是mpu的九軸數(shù)據(jù)和壓力傳感器的數(shù)據(jù)到手機（app安裝在該手機上）。將空間以一個空間直角坐標系劃分，九軸數(shù)據(jù)分別指x、y、z三個方向上的加速度，x、y、z三個方向上角加速度，x、y、z三個方向上磁場大小，還有3個壓力傳感器的數(shù)據(jù)，總共12維的數(shù)據(jù)。

用戶點擊開始按鈕后，程序內(nèi)部已經(jīng)有健身動作的模板，模板指的是專業(yè)人士健身時的12維度的數(shù)據(jù)（被認為是肢體動作標準時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)）。用戶運動過程中就會不斷地將用戶的運動數(shù)據(jù)與模板進行匹配，看它們的相似度，用戶的運動數(shù)據(jù)與哪一模板的數(shù)據(jù)相似度最高，則可判定為用戶做的就是那一種動作。

根據(jù)用戶運動數(shù)據(jù)已經(jīng)判斷出是哪一種動作類型，接下來將用戶數(shù)據(jù)與那一種特定的動作類型進行多次匹配，計算它們之間的相似度，從而給出評價，指示動作是否標準。

根據(jù)運動數(shù)據(jù)與模板的相似度，以及動作的快慢，給出動作得分，若動作評價及動作得分都比較低，則會播報語音進行提醒。

用戶做動作之前可以選擇相應的想要做的健身動作類型、組數(shù)、次數(shù)等等。如果用戶進行了上述選擇，則可以顯示做了多少組，以及每一組的次數(shù)，并且語語音播報出來。

也可以顯示標準動作的演示動畫，可以讓不知道標準動作的用戶有一個標準動作的參照。

用戶也可以輸入自己的身份信息，app會根據(jù)每個用戶不同的情況，并且結合歷史健身記錄，給用戶一個最科學最適合用戶個人的健身計劃以及飲食建議。還可以根據(jù)每個用戶不同的情況，結合歷史健身記錄，給用戶一個最科學最適合用戶個人的健身計劃；根據(jù)每個用戶不同的情況，結合歷史健身記錄，給用戶一個最科學最適合用戶個人飲食建議。此外，還可以查看之前的健身記錄。

在本實施例中，還涉及一種實現(xiàn)上述方法的裝置，該裝置包括傳感器單元、運動類型判斷單元和肢體姿態(tài)判斷單元；其中，傳感器單元用于使穿戴在運動肢體上的多個傳感器輸出其產(chǎn)生的感應信號，形成數(shù)據(jù)包并發(fā)送；運動類型判斷單元用于將接收到的多種傳感器數(shù)據(jù)與事先存儲在本地的、表征各種動作類型的運動類型模板進行匹配，根據(jù)相似度的大小確定當前動作的運動類型；肢體姿態(tài)判斷單元用于由存儲在本地的該運動類型的運動參數(shù)模塊中取得該運動類型中各感應信號的標準參數(shù)，與接收到的多個感應信號單獨對比，根據(jù)一個或多個感應信號與其對應的標準參數(shù)的偏離程度，判斷所述運動肢體的運動姿態(tài)是否正常，并給出對應的提示信息；所述感應信號包括方向加速度感應信號、方向角加速度感應信號和壓力感應信號。更進一步地，所述感應信號包括以傳感器的坐標系為參考系的三維直角坐標的x軸、y軸和z軸方向的加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的角加速度信號、x軸、y軸和z軸方向的磁場強度以及穿戴在運動肢體上不同位置的壓力傳感器輸出的壓力信號；所述傳感器包括三軸加速度計、三軸磁強計、三軸陀螺儀和/或壓力傳感器。

此外，該裝置還包括記錄單元，用于當肢體進行正常的、一種運動類型的動作時，記錄正常動作的次數(shù)并顯示；以及設置標記單元，用于設置設定時間內(nèi)完成的一種運動類型的數(shù)量，在完成設定的該運動類型的動作數(shù)量后，對設定的運動類型做出標記。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。