專利名稱：體感平衡板系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種體感平衡板系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
與采用按鍵或手搖控制桿進(jìn)行操作的傳統(tǒng)游戲不同，體感游戲是一種利用肢體的動(dòng)作變化進(jìn)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(chǎn)生身臨其境的感受。任天堂(Nintendo)公司開發(fā)的家用游戲機(jī)Wii是目前比較流行的體感游戲，其 Wii主機(jī)有一個(gè)外設(shè)，稱為Wii Fit，通常由平衡板和相應(yīng)的游戲軟件搭配出售，可以進(jìn)行滑雪、瑜伽等多種游戲和健身活動(dòng)。游戲時(shí)，人站在平衡板上，平衡板通過四個(gè)支撐腳內(nèi)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(chǎn)生的不同壓力，得到人體重量、平衡狀態(tài)和重心位置等各類數(shù)據(jù)，然后，通過無線方式與Wii主機(jī)進(jìn)行通信，控制游戲人物的動(dòng)作，通過與Wii主機(jī)連接的顯示屏幕，例如電視機(jī)，顯示游戲的情景。上述Wii Fit平衡板系統(tǒng)由于只在4個(gè)支撐腳上設(shè)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(tài)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(tǒng)就無法準(zhǔn)確識別出人體真正的姿態(tài)。例如，瑜伽游戲中，當(dāng)Wii主機(jī)要求練習(xí)者以單腿站立的姿勢站在平衡板一側(cè)時(shí)，練習(xí)者卻偷懶，以雙腿并攏的姿勢站立在平衡板的一側(cè)，該平衡板系統(tǒng)就無法識別出練習(xí)者這一錯(cuò)誤的姿態(tài)，如此就無法達(dá)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(dòng)作發(fā)生相應(yīng)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(huì)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種體感平衡板系統(tǒng)，它可以精確識別人體在平衡板上的位置和姿態(tài)，并能跟隨人體的動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)，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(nèi)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(chǎn)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(dòng)作姿態(tài)， 并將動(dòng)作識別數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊，控制模塊用于控制平衡板底部四個(gè)支撐腳的升降調(diào)節(jié)裝置；四個(gè)支撐腳，位于平衡板底部，分別包含一個(gè)升降調(diào)節(jié)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(gè)壓阻傳感器為一個(gè)單元，按照單元采集信號，以提高識別的速度和準(zhǔn)確性。所述算法模塊內(nèi)預(yù)先設(shè)置有一動(dòng)作庫，用于識別人體的動(dòng)作。
所述算法模塊通過對壓阻傳感器檢測到的壓力范圍進(jìn)行分析，計(jì)算出平衡板上受力區(qū)域的形狀、大小和位置，并據(jù)此確定人體在平衡板上的站立位置及腳部的姿態(tài)。同時(shí)， 算法模塊還可以通過計(jì)算每個(gè)受力區(qū)域的幾何中心所受到的合力，進(jìn)一步計(jì)算出人體在平衡板上的重心位置。這些姿態(tài)識別數(shù)據(jù)與動(dòng)作庫中的數(shù)據(jù)比對，就可以識別出人體可能的動(dòng)作姿態(tài)。所述升降調(diào)節(jié)裝置為電磁鐵、杠桿或者齒輪。所述平衡板內(nèi)置有藍(lán)牙通訊模塊，用于平衡板系統(tǒng)與主機(jī)之間進(jìn)行無線通訊。該平衡板可以同時(shí)內(nèi)置揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)，用于網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)，游戲者之間進(jìn)行實(shí)時(shí)通話；還可以內(nèi)置音效模塊，使游戲的部分聲音效果通過平衡板產(chǎn)生出來，以使游戲更加逼真。與現(xiàn)有的平衡板系統(tǒng)相比，本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)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(kuò)大了壓力檢測的范圍，提高了檢測的精細(xì)度，平衡板上表面任何一個(gè)區(qū)域受到的壓力都能夠被檢測出來，從而使得本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)不僅能計(jì)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(qū)域的形狀和大小，避免了在某些游戲情境下對人體姿態(tài)的錯(cuò)誤判斷。2、通過在四個(gè)支撐腳內(nèi)增加升降調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)，使平衡板系統(tǒng)能跟隨人體動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變，產(chǎn)生動(dòng)感，并同時(shí)對人體產(chǎn)生不同的反作用力，使游戲者真正體會(huì)到“體感” 的效果，從而提升了用戶的體驗(yàn)。3、通過內(nèi)置的藍(lán)牙通訊模塊、音效模塊、揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)，使游戲的部分音效能夠通過平衡板來產(chǎn)生，從而豐富了游戲的音效，增強(qiáng)了游戲的真實(shí)性；此外，網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)，游戲者能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)對話交流，也能增強(qiáng)游戲的趣味性。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明
圖1是本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)未發(fā)生形變時(shí)的外觀示意圖2是本發(fā)明的平衡板上表面壓阻傳感器陣列的示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例的升降調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明的信號處理流程示意圖5是本發(fā)明的平衡板在人體自然站立時(shí)的受力區(qū)域映射示意圖
圖6是本發(fā)明的平衡板在人體前傾站立時(shí)的受力區(qū)域映射示意圖
圖7是本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)發(fā)生形變后的外觀示意圖。
圖中附圖標(biāo)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(diào)節(jié)裝置21 帶空心止座的端面
22 線圈23 鐵芯
D1、D2、D3、D4 受力區(qū)域
具體實(shí)施例方式
為對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效有更具體的了解，現(xiàn)結(jié)合圖示的實(shí)施方式，詳述如下請參閱圖1至圖3，本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)，主要包括平衡板1和四個(gè)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(yīng)和集成電路技術(shù)制成的傳感器，當(dāng)其受到壓力時(shí)，粘貼在傳感器表面的硅膜片產(chǎn)生肉眼根本察覺不到的極微小應(yīng)變，硅膜片原子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的電子能級狀態(tài)發(fā)生變化， 導(dǎo)致電阻率變化，從而使電阻出現(xiàn)極大的變化，通過測量電路把電阻變化轉(zhuǎn)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(nèi)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(gè)動(dòng)作庫，該動(dòng)作庫是根據(jù)壓阻傳感器在平衡板上表面排列的狀況以及各種人體動(dòng)作下壓阻傳感器產(chǎn)生的壓力值而預(yù)先設(shè)置的。支撐腳2，位于平衡板1的底部，各支撐腳2內(nèi)分別有一升降調(diào)節(jié)裝置20，該升降調(diào)節(jié)裝置20可以是電磁鐵、杠桿或者齒輪。當(dāng)采用杠桿或者齒輪等機(jī)械傳動(dòng)裝置作為升降調(diào)節(jié)裝置時(shí)，需要同時(shí)配置一電動(dòng)機(jī)。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，如圖3所示，采用直流電磁鐵作為升降調(diào)節(jié)裝置20。請參閱圖4，使用本發(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)進(jìn)行游戲或者健身時(shí)，游戲者根據(jù)主機(jī)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(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，游戲者的腳踩到平衡板1的哪個(gè)區(qū)域，分布在平衡板1上表面11相關(guān)區(qū)域的壓阻傳感器111就會(huì)受到壓力，產(chǎn)生感應(yīng)信號，游戲者改變動(dòng)作和姿態(tài)，壓阻傳感器111的感應(yīng)信號也發(fā)生相應(yīng)的變化。壓阻傳感器111的感應(yīng)信號由信號采集模塊進(jìn)行采集和初步處理。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，信號采集模塊將壓阻傳感器陣列劃分成4X4，即16個(gè)壓阻傳感器為一個(gè)單元，按照單元進(jìn)行信號采集和處理，如此可以提高識別的速度和準(zhǔn)確性，識別出更加細(xì)微的動(dòng)作。信號采集模塊采集到的信號經(jīng)I/O 口傳遞給算法模塊，算法模塊對信號進(jìn)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(jì)算出各個(gè)壓阻傳感器111所受壓力的數(shù)值，再根據(jù)這些壓力數(shù)值的大小及其在平衡板1上的分布情況，計(jì)算出平衡板1上被人體施壓的區(qū)域，以及受力區(qū)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(qū)域的形狀大小，同時(shí)，算法模塊計(jì)算每個(gè)受力區(qū)域的幾何中心受到的合力，并以此為基礎(chǔ)，計(jì)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(tài)為例，在這種姿態(tài)下，人體的重力會(huì)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(jù)平衡板上各部位所受壓力的數(shù)值，計(jì)算出人體腳部受力區(qū)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(gè)區(qū)域即平衡板的受力區(qū)域， 其中，Dl和D3對應(yīng)于兩腳掌，D2和D4對應(yīng)于兩腳跟，據(jù)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(qū)域的形狀大??；同時(shí)，算法模塊計(jì)算出Dl、D2、D3和D4各區(qū)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(gè)力點(diǎn)，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(dāng)人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，腳部受力區(qū)域在平衡板上的映射會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，如圖6所示，人體前傾并雙腳站立姿態(tài)下的映射圖，與圖 5人體自然站立時(shí)的不同；同時(shí)，Σ FUE F2.E F3.E F4四個(gè)力點(diǎn)的位置和大小也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即人體重心位置亦會(huì)改變。將這些數(shù)據(jù)送入動(dòng)作庫，與動(dòng)作庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，即可識別出人體的動(dòng)作以及動(dòng)作的幅度和方向等，判斷操作者的動(dòng)作是否正確，是否合乎游戲的要求。接著，算法模塊把動(dòng)作識別的數(shù)據(jù)傳輸給控制模塊，控制模塊據(jù)此改變電磁鐵線圈2中電流的大小，推動(dòng)或拉緊控制升降調(diào)節(jié)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(fā)生相應(yīng)的改變，如圖7所示，從而使平衡板1產(chǎn)生前、 后、左、右全方位的動(dòng)感。此處，若采用杠桿或者齒輪等機(jī)械傳動(dòng)裝置作為升降調(diào)節(jié)裝置， 則由控制模塊將指令傳給電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置使平衡板發(fā)生相應(yīng)的傾斜等變化，但是，采用杠桿或者齒輪等機(jī)械傳動(dòng)裝置作為升降調(diào)節(jié)裝置的缺點(diǎn)是比較容易損壞，而且不如使用電磁鐵的升降調(diào)節(jié)裝置推拉力度大，反應(yīng)快。平衡板系統(tǒng)在自身發(fā)生形變的同時(shí)，對其上的操作者也會(huì)有反作用力產(chǎn)生，游戲不同，或者操作者的動(dòng)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(huì)到真正的“體感”，增加游戲的樂趣。為了增強(qiáng)平衡板系統(tǒng)的功能，平衡板1可以內(nèi)置藍(lán)牙通訊模塊、音效模塊、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器。藍(lán)牙通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)平衡板和主機(jī)之間的無線通訊。通過藍(lán)牙通訊模塊，主機(jī)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(yáng)聲器發(fā)出聲音，比如進(jìn)行跑步、滑雪等游戲時(shí)，平衡板就會(huì)有聲音發(fā)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(fā)出，小部分是通過手柄發(fā)出的。顯然，聲音從平衡板發(fā)出，比從顯示器發(fā)出，給游戲者的感覺更加真實(shí)，更能提升游戲的樂趣。 另外，當(dāng)游戲者進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)，通過藍(lán)牙通訊模塊、麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，還可以和不在一處的網(wǎng)絡(luò)游戲伙伴實(shí)時(shí)對話，如此，游戲者即使一個(gè)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(fā)明的體感平衡板系統(tǒng)，不僅能夠準(zhǔn)確識別人體在平衡板上的站位和姿態(tài)，而且能夠讓游戲者體驗(yàn)到更真實(shí)的“體感”效果，相比目前已有的平衡板，具有顯著的進(jìn)步。
權(quán)利要求
1.一種體感平衡板系統(tǒng)，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(nèi)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(chǎn)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(dòng)作姿態(tài)，并將動(dòng)作識別數(shù)據(jù)傳遞給控制模塊，控制模塊用于控制平衡板底部四個(gè)支撐腳的升降調(diào)節(jié)裝置；四個(gè)支撐腳，位于平衡板底部，分別包含一個(gè)升降調(diào)節(jié)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(quán)利要求1所述的體感平衡板系統(tǒng)，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(gè)壓阻傳感器為一個(gè)單元，按照單元采集信號。
3.如權(quán)利要求1所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述算法模塊內(nèi)預(yù)先設(shè)置有一動(dòng)作庫，用于識別人體的動(dòng)作。
4.如權(quán)利要求1所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述算法模塊通過對檢測到的壓力范圍進(jìn)行分析，計(jì)算出平衡板上受力區(qū)域的形狀、大小和位置，據(jù)此確定人體在平衡板上的站位及腳部姿態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述算法模塊通過計(jì)算每個(gè)受力區(qū)域的幾何中心所受到的合力，進(jìn)一步計(jì)算出人體在平衡板上的重心位置。
6.如權(quán)利要求1所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述升降調(diào)節(jié)裝置為電磁鐵。
7.如權(quán)利要求1所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述升降調(diào)節(jié)裝置為杠桿或者齒輪。
8.如權(quán)利要求1所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述平衡板內(nèi)置有藍(lán)牙通訊模塊，用于平衡板系統(tǒng)與主機(jī)之間進(jìn)行無線通訊。
9.如權(quán)利要求8所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述平衡板內(nèi)置有揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)，用于網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)，游戲者之間進(jìn)行實(shí)時(shí)通話。
10.如權(quán)利要求8所述的體感平衡板系統(tǒng)，其特征在于所述平衡板內(nèi)置有音效模塊， 用于使平衡板產(chǎn)生聲音效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種體感平衡板系統(tǒng)，包括平衡板和四個(gè)支撐腳，各支撐腳分別包含一升降調(diào)節(jié)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(nèi)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(tài)，控制模塊用于控制升降調(diào)節(jié)裝置產(chǎn)生相應(yīng)形變。該平衡板系統(tǒng)能精確識別人體在平衡板上的位置和姿態(tài)，并能跟隨人體的動(dòng)作發(fā)生相應(yīng)的形變。人體操作平衡板時(shí)，壓阻傳感器感應(yīng)到人體對平衡板的壓力，算法模塊計(jì)算出壓力的數(shù)值及受壓區(qū)域的位置和形狀，從而確定人體的姿態(tài)和相對位置，同時(shí)，升降調(diào)節(jié)裝置受控產(chǎn)生相應(yīng)的形變，帶動(dòng)平衡板產(chǎn)生動(dòng)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(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者魏巍 申請人:鼎億公司, 鼎億數(shù)碼科技(上海)有限公司