[發(fā)明專利]一種智能手環(huán)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的模式識(shí)別方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010730321.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111700624A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高理升;李關(guān)東;王藝樺;馬祖長(zhǎng);許楊;王濤;王輝;李云龍;胡天驕;孫怡寧;楊先軍;陳焱焱;周旭;孫少明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/11
• 分類(lèi)號(hào): A61B5/11;A63B71/06;G01C21/16;A44C5/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 張乾楨

本發(fā)明涉及一種智能手環(huán)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的模式識(shí)別方法及系統(tǒng)，用于檢測(cè)仰臥起坐、俯臥撐和引體向上等運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，該方法利用手環(huán)加速度傳感器測(cè)量的三軸加速度信息計(jì)算姿態(tài)角，并根據(jù)其周期性變化特征進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)。該系統(tǒng)包括：傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集三軸加速度傳感器的數(shù)據(jù)；手環(huán)系統(tǒng)控制模塊，用于對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)姿態(tài)解算；以及進(jìn)行通信數(shù)據(jù)解析；無(wú)線通信模塊；用戶終端處理模塊，用于進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)顯示。本發(fā)明可減少在上述運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中人工引導(dǎo)和測(cè)量的成本，同時(shí)方便可靠，進(jìn)一步擴(kuò)展智能手環(huán)的功能，提高智能手環(huán)的實(shí)用性。該檢測(cè)系統(tǒng)僅需要手環(huán)具備加速度傳感器，無(wú)需使用陀螺儀，能夠兼容市面上絕大多數(shù)設(shè)備，具有更高的普及價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能檢測(cè)和模式識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)檢測(cè)體質(zhì)檢測(cè)中俯臥撐、仰臥起坐、引體向上指標(biāo)的模式識(shí)別方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

體質(zhì)檢測(cè)是對(duì)身體形態(tài)、機(jī)能、素質(zhì)的檢測(cè)，可以幫助國(guó)民了解身體健康狀況。受檢者根據(jù)體質(zhì)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整運(yùn)動(dòng)和飲食習(xí)慣可改善健康情況。身體素質(zhì)指標(biāo)包括俯臥撐、仰臥起坐、引體向上。仰臥起坐指標(biāo)為1min內(nèi)完成次數(shù)，俯臥撐和引體向上為連續(xù)完成標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的次數(shù)。現(xiàn)在體測(cè)中身體素質(zhì)項(xiàng)目的計(jì)數(shù)方式多為人工筆錄，這種方式受主觀因素影響，可能無(wú)法做出客觀、公平、準(zhǔn)確的評(píng)定。

智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)是一種穿戴式設(shè)備，通常包括表帶和表身，表身中設(shè)置有可感應(yīng)加速度的傳感器，用戶佩戴的手環(huán)可記錄步數(shù)、跑步等運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。三軸傳感器可檢測(cè)表身在三維空間中X軸、Y軸、Z軸的位置，處理位置變化數(shù)據(jù)可得表身活動(dòng)情況。智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)檢測(cè)到的人體運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可同步顯示在手機(jī)APP上。用戶可借助智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)了解自身運(yùn)動(dòng)情況。

現(xiàn)有智能手環(huán)通過(guò)傳感器獲取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)系列算法分析數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測(cè)步行、跑步、游泳、騎行等運(yùn)動(dòng)，尚無(wú)檢測(cè)俯臥撐、仰臥起坐和引體向上運(yùn)動(dòng)輔助進(jìn)行體質(zhì)檢測(cè)的功能。現(xiàn)有基于機(jī)械跟蹤法、光學(xué)跟蹤法的大型輔助體測(cè)儀器，需要用戶在特定地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。尚無(wú)基于傳感器跟蹤法使用戶不受設(shè)備限制的輔助體測(cè)智能手環(huán)，輔助體測(cè)智能手環(huán)可實(shí)現(xiàn)能運(yùn)動(dòng)的地方就能測(cè)試。同時(shí)早期的手環(huán)因?yàn)楣暮统杀镜染壒什⑽丛谑汁h(huán)內(nèi)部放置陀螺儀，而現(xiàn)有軟件的姿態(tài)解算需要陀螺儀的參與，因此這些算法具有一定的局限性，無(wú)法完全適配市面上全部的手環(huán)產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種智能手環(huán)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的模式識(shí)別方法及系統(tǒng)，用以方便快捷地實(shí)現(xiàn)俯臥撐、仰臥起坐和引體向上的運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種智能手環(huán)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的模式識(shí)別方法，包括如下步驟：

步驟1、用戶App登錄；

步驟2、在App中選擇運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，所述運(yùn)動(dòng)類(lèi)型包括俯臥撐、仰臥起坐和引體向上；

步驟3、根據(jù)運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，選擇配戴手環(huán)的身體部位和手環(huán)位姿；

步驟4、在準(zhǔn)備完畢后點(diǎn)擊開(kāi)始選項(xiàng)正式開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，采集加速度傳感器輸出的數(shù)據(jù)；

步驟5、根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)類(lèi)型利用手環(huán)加速度傳感器測(cè)量的三軸加速度信息計(jì)算不同種類(lèi)的姿態(tài)角和周期；

步驟6、根據(jù)姿態(tài)角的周期性變化特征判斷運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)是否為有效數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)有效的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行計(jì)數(shù)。

進(jìn)一步的，所述步驟2中，當(dāng)用戶選擇俯臥撐項(xiàng)目時(shí)，具體包括：

用戶使用運(yùn)動(dòng)臂包工具將智能手環(huán)固定于手肘上方的上臂外側(cè)；在APP的提示下，用戶應(yīng)將手環(huán)朝指定方向固定，使內(nèi)部加速度傳感器的Y軸正方向與沿上臂自然垂直向下方向重合；在準(zhǔn)備完畢后點(diǎn)擊開(kāi)始選項(xiàng)正式開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，人體上臂會(huì)在加速度傳感器的YOZ平面上以肩周為支點(diǎn)繞X軸作旋轉(zhuǎn)，手環(huán)載體坐標(biāo)系上對(duì)應(yīng)的俯仰角呈周期性變化；手環(huán)采集數(shù)據(jù)，獲取姿態(tài)角中的俯仰角數(shù)據(jù)；對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，并通過(guò)固定閾值來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)。