[發明專利]運動訓練智能輔助穩定器

在審

• 申請號: 202010610243.2
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111803906A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 陳姻儒;于宗丙;梁宇皓
• 申請（專利權）人: 廣州喜梁門科技有限公司
• 主分類號: A63B71/06
• 分類號: A63B71/06
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 李慧

本發明公開了一種運動訓練智能輔助穩定器，包含MPU9250九軸芯片和通過IIC接線方式相連接的主控芯片stm32f091ccu6；該輔助穩定器解算的方式為通過四元數方式解算。通過運動載體的初始姿態的初始四元數和任意時刻的四元數導數進行解算，通過任意時刻MPU9250九軸芯片測得的三軸角速度計算獲取，根據所獲得的任意時刻的四元數的值，計算獲得歐拉角。本產品在結構上體積小，重量輕，可幾乎無礙地佩戴至人體上，例如可佩帶在帽子的頂部或底部；在水平傾角檢測方面，本技術可以很好地進行測量，能有效地檢測人體的水平面上的運動姿態變化，能檢測其運動速度的大小，跳躍的高度，還能有效還原其運動的軌跡等功能。

技術領域

本發明涉及運動能力訓練裝置系統技術領域,具體涉及一種電子輔助訓練裝置。

背景技術

在運動能力訓練中，經常需要運動訓練人員在動作中保持某種水平傾角，以便最佳的發揮人體的動力或平衡潛能，傳統的方法是依靠教練的雙眼觀察，后者錄像通過回放來判斷動作的傾角，誤差較大，且不能實時糾正動作。而借助傳統的設備如直尺水平儀等，其使用不方便，不能自動判斷傾角。隨著運動和位置芯片的進步和成本的大幅降低，為新一代的運動訓練輔助裝置的開發提供了很好的核心技術平臺。這類芯片可以集成三軸加速度傳感器、三軸陀螺儀和三軸磁力計。

三軸加速度傳感器的結構可以簡化為一個方形盒子里放置著一個球體的裝置，當裝置靜置時，由于重力的影響，球體對盒子的底部會產生一定的壓力，而當裝置做出運動時，球體會給與運動方向相對的一面施以壓力，而這個壓力值在精密的集成電子芯片中會以電壓的形式呈現出來。這樣，通過測量各個軸的電壓值并加以計算分析便能得到運動時刻的加速度；陀螺儀利用科里奧利力，通過連續震動的振子在旋轉系統中的運動偏移進而改變電路狀態，引起相關電路參數的變化，從而可以反映出左右傾斜、前后傾斜和左右搖擺等運動情況；磁力計可以測量到地球磁場，利用加速度傳感器和陀螺儀基本可以描述設備的完整運動狀態。但是隨著長時間運動，會產生累計偏差，這個累計偏差需要一個絕對指向才能進行修正補償，這時候磁力計就起到很大作用了，由于地球磁場南北極方向是絕對的，可以有效地解決累計偏差，從而修正人體的運動方向、姿態角度、運動力度和速度等。這類芯片在移動通訊設備中已經得到了大量的應用，但作為判斷水平傾角和運動軌跡等的運動輔助裝置，需要更加小型輕量化，便于固定在身體上并不會阻礙運動，不會造成負擔。并且這類設備需要更高的重復使用可靠性和反應速度。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供了一種可以高效地檢測人體運動姿態的變化和運動軌跡并提供相關輔助信息的運動訓練智能輔助穩定器。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種運動訓練智能輔助穩定器，該輔助穩定器包含MPU9250九軸芯片和通過IIC接線方式與所述九軸芯片MPU9250相連接的主控芯片stm32f091ccu6；該輔助穩定器解算歐拉角，即航向角俯仰角θ和翻滾角的方式為通過四元數方式解算，具體為：

通過運動載體的初始姿態的初始四元數和任意時刻的四元數導數進行解算，計算公式為：

所述通過任意時刻MPU9250九軸芯片測得的三軸角速度計算獲取，計算公式為：

根據所獲得的任意時刻的四元數的值，進而計算獲得航向角俯仰角θ和翻滾角具體計算公式為：

θ＝arcsh(-2(q₀q₂+q₁q₃))

進一步地，該輔助穩定器使用卡爾曼濾波的方法來校正角速度中存在的零偏、噪聲和漂移誤差。