一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置及健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法。其檢測(cè)電路包括微控制器模塊，以及與所述微控制器模塊電連接的慣性傳感器模塊、電池電源管理模塊，和射頻通訊模塊，微控制器模塊利用健身啞鈴運(yùn)動(dòng)與位置檢測(cè)算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果和傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至手機(jī)或平板電腦，對(duì)用戶提供直觀的健身動(dòng)作評(píng)估和提示。本發(fā)明能夠精確檢測(cè)出健身啞鈴與用戶的位置關(guān)系，解決了健身啞鈴健身的卡路里消耗評(píng)估、啞鈴健身動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)性評(píng)估的問(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)提供一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法，利用慣性傳感器測(cè)量得到的信息進(jìn)行互補(bǔ)濾波解算出啞鈴當(dāng)前的角度、速度信息，利用特定啞鈴健身動(dòng)作的規(guī)范、人體關(guān)節(jié)的幾何運(yùn)動(dòng)約束，解算出啞鈴的位置。
【專利說(shuō)明】—種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置及健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置及健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]個(gè)人在啞鈴鍛煉過(guò)程中，由于缺乏指導(dǎo)和監(jiān)督，往往會(huì)有鍛煉姿勢(shì)不正確、鍛煉過(guò)程缺乏科學(xué)規(guī)劃、鍛煉的計(jì)劃無(wú)法有效執(zhí)行、鍛煉的結(jié)果無(wú)法評(píng)估等問(wèn)題。由于個(gè)人鍛煉的這些問(wèn)題，使個(gè)人啞鈴鍛煉效果難以得到保障。
[0004]要想提高啞鈴鍛煉效果，一般需要通過(guò)學(xué)習(xí)大量的訓(xùn)練知識(shí)、參加啞鈴鍛煉的課程、聘請(qǐng)專業(yè)的私人教練等方法。這些方法對(duì)于普通鍛煉者來(lái)說(shuō)，或者需要耗費(fèi)太多的精力、或者需要耗費(fèi)大量的金錢，而且獲取過(guò)程存在較多限制。目前在這個(gè)領(lǐng)域，尚沒(méi)有通過(guò)特定的技術(shù)手段，來(lái)指導(dǎo)和監(jiān)督普通啞鈴鍛煉者提升鍛煉效果的硬件裝置及方法。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠有效測(cè)量啞鈴使用者的使用姿態(tài)、角度的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
所述裝置包括檢測(cè)電路，所述檢測(cè)電路包括微控制器模塊3及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、電池電源管理模塊5和射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、射頻通訊模塊4提供工作電源。
[0007]通過(guò)以上技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)慣性傳感器模塊內(nèi)的三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器互補(bǔ)濾波，測(cè)定出當(dāng)前啞鈴的二維傾角，且該傾角的測(cè)定值在啞鈴加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，仍然具有很高的準(zhǔn)確性。
[0008]為了進(jìn)一步的技術(shù)效果，本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案:
所述檢測(cè)電路還包括磁場(chǎng)傳感器模塊20，所述磁場(chǎng)傳感器模塊20包括檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度的三軸磁阻傳感器。
[0009]通過(guò)以上技術(shù)方案，本發(fā)明通過(guò)裝置內(nèi)的三軸磁阻傳感器，利用當(dāng)?shù)氐牡厍虼艌?chǎng)，測(cè)定出啞鈴當(dāng)前的方位角，該方位角不受運(yùn)動(dòng)加速度影響，解決了測(cè)量啞鈴當(dāng)前姿態(tài)、角度的問(wèn)題。
[0010]本發(fā)明所解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠有效測(cè)量啞鈴使用者的使用姿態(tài)、角度的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
所述方法包括如下步驟:
首先，將所述健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置與待測(cè)的健身啞鈴固連；
其次，通過(guò)以下步驟進(jìn)行測(cè)量: 1)測(cè)量并解算啞鈴角度，即，測(cè)量傳感器坐標(biāo)與大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換角度關(guān)系，得到啞鈴的傾角和方位角；
2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，判定啞鈴是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
3)啞鈴初始角度校準(zhǔn)，解決啞鈴放置與用戶握持啞鈴的角度隨意性造成的角度測(cè)量錯(cuò)
誤；
4)啞鈴運(yùn)動(dòng)計(jì)算，計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
[0011]通過(guò)以上技術(shù)方案，該方法將前述的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的裝置安裝在健身啞鈴上，在裝置跟隨啞鈴運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)健身啞鈴動(dòng)作流程和人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的約束，可以依據(jù)本裝置測(cè)算出的角度計(jì)算出健身啞鈴與用戶的位置關(guān)系，解決了健身啞鈴運(yùn)動(dòng)及位置檢測(cè)的問(wèn)題。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置的方框原理圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置的控制流程圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置的方框原理圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置的使用原理圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例4的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置的使用原理圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例5的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法的使用示意圖；
圖7為本發(fā)明的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法的步驟2)流程圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例6的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法的步驟3)的子步驟e、步驟f及步驟4)流程圖。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明為一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，所述裝置包括檢測(cè)電路，所述檢測(cè)電路包括微控制器模塊3及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、電池電源管理模塊5和射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、射頻通訊模塊4提供工作電源。
[0016]本發(fā)明所提供裝置的微控制器模塊可以帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，也可以通過(guò)藍(lán)牙連接智能手機(jī)或平板電腦進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理。
[0017]所述檢測(cè)電路還包括磁場(chǎng)傳感器模塊20，所述磁場(chǎng)傳感器模塊包括檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度的三軸磁阻傳感器。
[0018]所述射頻通訊模塊4為藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊，所述微控制器模塊3和射頻通訊模塊4采用型號(hào)為cc2541或nRF51822的片上系統(tǒng)處理芯片。
[0019]所述慣性傳感器模塊2采用型號(hào)為MPU-6050的六軸MEMS傳感器芯片，也可采用ADXL345三軸加速度傳感器芯片和L3G4200、ITG-3200等三軸角速度傳感器芯片配合實(shí)現(xiàn)。
[0020]所述磁場(chǎng)傳感器模塊20采用型號(hào)為HMC5883L的三軸磁阻傳感器芯片。[0021]本發(fā)明所述健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置包括長(zhǎng)方體的殼體1，所述慣性傳感器模塊2的X軸、Y軸、Z軸三軸與殼體I的長(zhǎng)寬深方向?qū)R，所述磁場(chǎng)傳感器模塊20包括用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度的三軸磁阻傳感器，同時(shí)所述磁場(chǎng)傳感器模塊20的X軸、Y軸、Z軸三軸與殼體I的長(zhǎng)寬深方向?qū)R。
[0022]本發(fā)明還包括人機(jī)交互模塊6，所述電池電源管理模塊用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、磁場(chǎng)傳感器模塊20、人機(jī)交互模塊6、射頻通訊模塊4提供工作電源，當(dāng)使用可充電電池時(shí)，電池電源管理模塊5還可利用外部電源為電池充電。
[0023]所述人機(jī)交互模塊6進(jìn)一步包括OLED顯示單元、按鍵單元和LED顯示單元,所述按鍵單元包括用于選擇OLED顯示單元的顯示內(nèi)容的第一按鍵和用于復(fù)位裝置的第二按鍵。
[0024]實(shí)施例1
本發(fā)明為一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的裝置7，包括外殼I，外殼I內(nèi)固定有檢測(cè)電路，使用時(shí)，通過(guò)磁鐵或魔術(shù)扎帶將本裝置7和健身啞鈴固連。
[0025]本發(fā)明所述固連，指將本檢測(cè)裝置與健身啞鈴固定相連，可以采用綁帶磁鐵的方式將本檢測(cè)裝置固定在健身啞鈴的表面，也可以直接將其設(shè)置于健身啞鈴內(nèi)。
[0026]參照?qǐng)D1。在本實(shí)施例中，所述檢測(cè)電路包括微控制器模塊3及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、電池電源管理模塊5和射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器(微機(jī)械慣性傳感器芯片)，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊2、射頻通訊模塊4提供工作電源。
[0027]實(shí)施例2
參考圖3，本發(fā)明在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上為了檢測(cè)啞鈴的方位角，在電路上進(jìn)一步設(shè)置一個(gè)磁場(chǎng)傳感器模塊20，本實(shí)施例中包括殼體1，所述殼體I內(nèi)設(shè)有檢測(cè)電路,所述檢測(cè)電路包括微控制器模塊3以及與所述微控制器模塊3電連接的慣性傳感器模塊2、磁場(chǎng)傳感器模塊20、電池電源管理模塊5、人機(jī)交互模塊6和藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4，所述慣性傳感器模塊2包括分別用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，同時(shí)所述慣性傳感器模塊2的X軸、Y軸、Z軸三軸與裝置殼體I的長(zhǎng)寬深方向?qū)R，所述磁場(chǎng)傳感器模塊20包括用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度的三軸磁阻傳感器，同時(shí)所述磁場(chǎng)傳感器模塊20的X軸、Y軸、Z軸三軸與裝置殼體I的長(zhǎng)寬深方向?qū)R，所述電池電源管理模塊5用于為微控制器模塊3、慣性傳感器模塊
2、磁場(chǎng)傳感器模塊20、人機(jī)交互模塊6、藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4提供工作電源，當(dāng)使用可充電電池時(shí)，電池電源管理模塊5還可利用外部電源為電池充電。
[0028]磁場(chǎng)傳感器模塊20所測(cè)量得到的X軸、Y軸、Z軸方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度，能夠反映健身啞鈴所處環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度，以及由于啞鈴姿態(tài)變化造成的各個(gè)敏感軸上的磁場(chǎng)分量變化。值得注意的是，多數(shù)健身啞鈴由鐵、鋼等磁性材料制成，某些測(cè)量軸上的磁場(chǎng)強(qiáng)度可能會(huì)超過(guò)磁場(chǎng)傳感器的測(cè)量量程，造成測(cè)量錯(cuò)誤，在具體的應(yīng)用中:選用量程較大的磁阻傳感器，如優(yōu)選的HMC5883L，可以有效避免測(cè)量值超過(guò)量程造成的檢測(cè)錯(cuò)誤?？紤]到靜態(tài)功耗，磁場(chǎng)傳感器模塊20的測(cè)量輸出經(jīng)過(guò)IIC總線傳輸至微控制器模塊3。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)該可知，各模塊在實(shí)施例1中具有的技術(shù)特征及工作過(guò)程同樣適用于本實(shí)施例，因此此處不做贅述。
[0029]其中，為了檢測(cè)啞鈴的姿態(tài)角，需要將裝置通過(guò)殼體與健身啞鈴固連，此時(shí)，慣性傳感器模塊2所測(cè)量得到的X軸、Y軸、Z軸方向的三軸加速度，X軸、Y軸、Z軸方向的三軸角速度，能夠反應(yīng)健身啞鈴的對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)。值得注意的是，在一些特別的啞鈴健身動(dòng)作中，某些測(cè)量軸上的加速度可能會(huì)超過(guò)加速度傳感器的測(cè)量量程，造成測(cè)量錯(cuò)誤，在具體的應(yīng)用中:選用帶有多量程選擇的加速度傳感器，如優(yōu)選的MPU-6050，可以有效避免測(cè)量值超過(guò)量程造成的檢測(cè)錯(cuò)誤。考慮到靜態(tài)功耗，慣性傳感器模塊2的測(cè)量輸出經(jīng)過(guò)IIC總線傳輸至微控制器t吳塊3。
[0030]電池電源管理模塊5完成電池放電時(shí)的穩(wěn)壓和電池充電控制，電池的放電電壓與電池電量有關(guān)，并不穩(wěn)定，電池放電電壓高于系統(tǒng)內(nèi)部工作電壓，電池電源管理模塊將電池放電電壓降壓穩(wěn)壓至系統(tǒng)內(nèi)部工作電壓2.0-3.0V的某一特定電壓值上。考慮到本發(fā)明的低功耗要求，選用開關(guān)式降壓穩(wěn)壓器，在具體應(yīng)用實(shí)例中，該降壓穩(wěn)壓器可采用開關(guān)式降壓穩(wěn)壓芯片LM3670或TPS62730實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用可充電電池時(shí)，電池充電控制需要對(duì)外部充電器的5V輸出電壓進(jìn)行降壓和限流，在電池電壓過(guò)低時(shí)，采用恒流充電，在電池即將充滿時(shí)，采用恒壓充電，并提供電池充電狀態(tài)的信號(hào)輸出，在具體應(yīng)用實(shí)例中，電池充電可采用單節(jié)電池充電芯片SE9017、SE9016或LTC4054實(shí)現(xiàn)，充電狀態(tài)可由紅、綠雙色LED顯示。
[0031]所述人機(jī)交互模塊6進(jìn)一步包括顯示單元和按鍵單元，所述按鍵單元包括用于控制顯示單元的第一按鍵和用于復(fù)位裝置的第二按鍵。
[0032]人機(jī)交互模塊6主要實(shí)現(xiàn)顯示裝置工作模式、顯示鍛煉數(shù)據(jù)、復(fù)位裝置的功能。本發(fā)明裝置的主要工作 模式為:1、睡眠模式，2、藍(lán)牙可發(fā)現(xiàn)模式，3、藍(lán)牙連接模式，4、鍛煉模式；本發(fā)明裝置的主要鍛煉數(shù)據(jù)為:1、啞鈴健身動(dòng)作完成次數(shù)，2、啞鈴健身消耗卡路里數(shù)，
3、啞鈴健身動(dòng)作評(píng)分；其中裝置工作模式需要實(shí)時(shí)顯示，而鍛煉數(shù)據(jù)僅在用戶鍛煉過(guò)程中和鍛煉完成時(shí)需要顯示，鍛煉過(guò)程中和鍛煉結(jié)束后，鍛煉數(shù)據(jù)由OLED屏幕顯示，顯示內(nèi)容為1、啞鈴健身動(dòng)作完成次數(shù)，2、啞鈴健身消耗卡路里數(shù)，3、啞鈴健身動(dòng)作評(píng)分。
[0033]微控制器模塊3主要完成以下處理工作:1、接收慣性傳感器模塊2的輸出信號(hào)，2、接收磁場(chǎng)傳感器模塊20的輸出信號(hào),3、檢測(cè)按鍵狀態(tài),4、檢測(cè)電池電壓和充放電狀態(tài)，
5、控制LED和OLED顯示，6、控制藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4工作，設(shè)定藍(lán)牙發(fā)射參數(shù)、發(fā)射內(nèi)容，接收藍(lán)牙數(shù)據(jù)。7、根據(jù)本發(fā)明提出的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)與位置的檢測(cè)方法，解算出啞鈴的姿態(tài)角和啞鈴與用戶的位置關(guān)系。具體應(yīng)用實(shí)例中，微控制器模塊3可由cc2541實(shí)現(xiàn)或nRF51822片上系統(tǒng)芯片實(shí)現(xiàn)，該類芯片為射頻片上系統(tǒng)芯片，其內(nèi)部具有單片機(jī)內(nèi)核和
2.4GHz射頻收發(fā)器，并可運(yùn)行藍(lán)牙4.0低功耗協(xié)議棧。
[0034]參照?qǐng)D2.本發(fā)明主要具有以下工作模態(tài)，均由微控制器模塊進(jìn)行控制和調(diào)度:1、上電初始化模態(tài)，2、睡眠模態(tài)，3、藍(lán)牙可發(fā)現(xiàn)模態(tài)，4、藍(lán)牙連接模態(tài)，5、鍛煉模態(tài)，6、鍛煉完成模態(tài)。
[0035]參考圖2，本實(shí)施例使用時(shí)，當(dāng)裝置7上電/復(fù)位后，裝置7進(jìn)入上述模態(tài)的上電初始化模態(tài)，主要初始化傳感器、藍(lán)牙協(xié)議棧等，初始化結(jié)束后，裝置進(jìn)入上述模態(tài)的睡眠模態(tài)，在睡眠模態(tài)中，系統(tǒng)每隔若干秒時(shí)間，檢測(cè)一次加速度，若加速度的變化超過(guò)了設(shè)定的閾值，則認(rèn)為裝置發(fā)生了運(yùn)動(dòng)，那么裝置退出睡眠模態(tài)進(jìn)入藍(lán)牙可發(fā)現(xiàn)模態(tài)，裝置處于藍(lán)牙可發(fā)現(xiàn)模態(tài)時(shí)，微控制器模塊3控制藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4發(fā)射廣播幀，當(dāng)智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備通過(guò)藍(lán)牙連接本裝置7后，裝置進(jìn)入藍(lán)牙連接狀態(tài)，如果智能手機(jī)、平板電腦等智能終端通過(guò)藍(lán)牙操作本裝置7開始鍛煉后，本裝置進(jìn)入鍛煉模態(tài)，在鍛煉模態(tài)時(shí)，微控制器模塊3配置慣性傳感器模塊2和磁場(chǎng)傳感器模塊20，使其進(jìn)入20Hz高速采集模式，增加采樣頻率會(huì)增加功耗，但是也能提高健身啞鈴姿態(tài)角和位置檢測(cè)的精度和帶寬，在鍛煉模態(tài)下，微控制器模塊3根據(jù)慣性傳感器模塊2和磁場(chǎng)傳感器模塊20的測(cè)量值，實(shí)時(shí)計(jì)算出健身啞鈴姿態(tài)角和位置，并實(shí)時(shí)通過(guò)藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4將測(cè)量結(jié)果和解算結(jié)果發(fā)送至智能手機(jī)或平板電腦，智能手機(jī)或平板電腦等智能終端根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算出鍛煉次數(shù)、消耗卡路里數(shù)、運(yùn)動(dòng)評(píng)分，再通過(guò)藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4返回給微控制器模塊3，微控制器模塊3根據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)，及檢測(cè)到的第一按鍵狀態(tài)，控制OLED循環(huán)顯示上述鍛煉數(shù)據(jù)，藍(lán)牙連接斷開后，裝置進(jìn)入睡眠模態(tài)。
[0036]藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4負(fù)責(zé)藍(lán)牙連接、藍(lán)牙輸出傳輸功能。具體應(yīng)用實(shí)例中，藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊4可由cc2541或nRF51822片上系統(tǒng)芯片實(shí)現(xiàn)，該類芯片為射頻片上系統(tǒng)芯片，其內(nèi)部具有單片機(jī)內(nèi)核和2.4GHz射頻收發(fā)器，并可運(yùn)行藍(lán)牙4.0低功耗協(xié)議棧。
[0037]實(shí)施例1與實(shí)施例2說(shuō)明的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，其在使用過(guò)程中，可以作為獨(dú)立設(shè)置的電路板組裝在其他系統(tǒng)中，也可單獨(dú)使用。因此，實(shí)施例3將其單獨(dú)使用組裝應(yīng)用做一說(shuō)明，本領(lǐng)域人員應(yīng)該可以理解的是，此實(shí)施例并不構(gòu)成其應(yīng)用方式的限定。
[0038]實(shí)施例3
本實(shí)施例包括外殼1，如實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述的檢測(cè)裝置7固定在外殼I內(nèi)部，在外殼I的一端面通過(guò)魔術(shù)扎帶與啞鈴手柄8相對(duì)固定。如圖4所示，本實(shí)施例與健身啞鈴固連后，裝置內(nèi)部的慣性傳感器2和磁場(chǎng)傳感器模塊20能夠跟隨健身啞鈴運(yùn)動(dòng)，測(cè)量啞鈴運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度、角速度、磁場(chǎng)變化，并經(jīng)由本發(fā)明提出的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)及位置檢測(cè)方法，解算出啞鈴的姿態(tài)角和啞鈴與用戶位置關(guān)系。
[0039]實(shí)施例4
如實(shí)施例1或?qū)嵤├?所述的一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置7，僅包含電路，安裝于健身啞鈴9內(nèi)部。參考圖5所示，本實(shí)施例為其一具體應(yīng)用實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例安裝于健身啞鈴內(nèi)部，其慣性傳感器模塊和磁場(chǎng)傳感器模塊能夠跟隨健身啞鈴運(yùn)動(dòng)，測(cè)量啞鈴運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的加速度、角速度、磁場(chǎng)變化，并經(jīng)由本發(fā)明提出的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)及位置檢測(cè)方法，解算出啞鈴的姿態(tài)角和啞鈴與用戶位置關(guān)系。
[0040]本發(fā)明還提供如下健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法。所述方法包括如下步驟:
首先，將所述健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置與待測(cè)的健身啞鈴固連；
其次，通過(guò)以下步驟進(jìn)行測(cè)量:
1)測(cè)量并解算啞鈴角度，即，測(cè)量傳感器坐標(biāo)與大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換角度關(guān)系，得到啞鈴的傾角和方位角；
2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，判定啞鈴是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
3)啞鈴初始角度校準(zhǔn)，解決啞鈴放置與用戶握持啞鈴的角度隨意性造成的角度測(cè)量錯(cuò)
誤；
4)啞鈴運(yùn)動(dòng)計(jì)算，計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
[0041]所述步驟I)包括兩個(gè)步驟:a、傳感器數(shù)據(jù)采集，即:微控制器模塊3對(duì)慣性傳感器模塊2和/或磁場(chǎng)傳感器模塊20發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)讀取命令，當(dāng)慣性傳感器模塊2和/或磁場(chǎng)傳感器模塊20接收到此數(shù)據(jù)讀取命令時(shí)，會(huì)返回相應(yīng)通道的傳感器測(cè)量結(jié)果；b、啞鈴角度解算，即:基于步驟a傳感器數(shù)據(jù)采集得到的與健身啞鈴固連的X軸、Y軸、Z軸三軸加速度傳感器與三軸角速度傳感器所測(cè)量得到的加速度、角速度數(shù)據(jù)，利用地球重力場(chǎng)作為垂直參考，計(jì)算得到啞鈴相對(duì)于水平面的傾角，和/或，基于步驟a傳感器數(shù)據(jù)采集得到的與啞鈴固連的X軸、Y軸、Z軸三軸磁阻傳感器所測(cè)量的到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用地球磁場(chǎng)作為北向參考，計(jì)算的到啞鈴在水平面內(nèi)的指向，即方向角。
[0042]為了保證步驟b的解算精度，步驟a傳感器數(shù)據(jù)采集需要達(dá)到一定的采樣頻率，考慮到用戶使用啞鈴的運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)和奈奎斯特采樣定律，步驟a的三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器數(shù)據(jù)采集的頻率為5Hz以上。
[0043]所述步驟2)包括兩個(gè)步驟:c、存儲(chǔ)歷史傳感器采集數(shù)據(jù)，即，存儲(chǔ)N次加速度傳感器和角速度傳感器的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)；d、運(yùn)動(dòng)類型判斷，即，利用步驟c存儲(chǔ)的加速度傳感器和角速度傳感器的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出最近N次加速度、角速度測(cè)量數(shù)據(jù)的期望和方差。 [0044]所述步驟c中N為3~15的整數(shù)。
[0045]所述步驟d中，當(dāng)加速度、角速度方差大于6 I時(shí)，認(rèn)為啞鈴是運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)加速度、角速度方差小于于6 I且大于6 2，且角速度期望小于El時(shí)，認(rèn)為啞鈴是被用戶手持，但靜止的，當(dāng)加速度、角速度方差小于6 2，且角速度期望小于E2時(shí)，認(rèn)為啞鈴是放置于固定物體上靜止的，其中，6 1、6 2、E1、E2結(jié)合選用的加速度、角速度傳感器測(cè)量、輸出噪聲性能，以及啞鈴質(zhì)量，綜合確定。
[0046]具體來(lái)說(shuō)，步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是為了判定啞鈴是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，啞鈴運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為3類:1、啞鈴運(yùn)動(dòng)，2、啞鈴被用戶拿起，用戶手持使啞鈴靜止，3、啞鈴放置于固定物體上靜止。為了區(qū)分上述3類運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，本發(fā)明利用步驟I)測(cè)量并解算啞鈴角度的子步驟a傳感器采集所得的3軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，參考圖7，順序進(jìn)行如下2個(gè)子步驟來(lái)判斷啞鈴靜止類型:C、存儲(chǔ)歷史傳感器采集數(shù)據(jù)，d、運(yùn)動(dòng)類型判斷。步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的子步驟c中，微控制器模塊，或通過(guò)藍(lán)牙4.0連接本裝置的智能手機(jī)與平板電腦，存儲(chǔ)N次加速度傳感器和角速度傳感器的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，為了兼顧步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的子步驟2運(yùn)動(dòng)類型判斷的準(zhǔn)確性，和步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，故N應(yīng)取:3-15的整數(shù)，步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的子步驟d利用子步驟c存儲(chǔ)的傳感器歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算出最近N次加速度、角速度測(cè)量數(shù)據(jù)的期望和方差，參考圖7，當(dāng)加速度、角速度方差大于6 I時(shí)，認(rèn)為啞鈴是運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)加速度、角速度方差小于于6 I且大于6 2，且角速度期望小于El時(shí)，認(rèn)為啞鈴是被用戶手持，但靜止的，當(dāng)加速度、角速度方差小于6 2，且角速度期望小于E2時(shí)，認(rèn)為啞鈴是放置于固定物體上靜止的，其中，6 1、6 2、E1、E2需要結(jié)合選用的加速度、角速度傳感器測(cè)量、輸出噪聲性能，以及啞鈴質(zhì)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)綜合確定。
[0047]所述步驟3)包括兩個(gè)步驟:e、動(dòng)作采樣，即記錄用戶進(jìn)行K次啞鈴鍛煉過(guò)程中由步驟I)解算啞鈴角度所得到的啞鈴傾角和/或方位角；f、計(jì)算初始角校準(zhǔn)值，即，在步驟e存儲(chǔ)的K次啞鈴鍛煉動(dòng)作過(guò)程啞鈴傾角和/或方位角中，判別出每次動(dòng)作的最大角度值和最小角度值，并求出K次動(dòng)作的最大角度平均值和最小角度平均值，計(jì)算出用戶動(dòng)作的中間位置角度平均值，并和對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的中間位置角度相減，得到初始角度校準(zhǔn)值，并在將來(lái)的動(dòng)作檢測(cè)中，使用該初始角度校準(zhǔn)值來(lái)修正步驟I)解算啞鈴角度所得到的啞鈴的傾角和/或方位角。[0048]若步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)輸出啞鈴放置于固定物體上靜止，則在下一次鍛煉時(shí)重新進(jìn)行步驟3)啞鈴初始角度校準(zhǔn)。
[0049]步驟I解算啞鈴角度所得到的傾角和方位角，實(shí)際上是測(cè)量傳感器坐標(biāo)與大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換角度關(guān)系，而對(duì)于同一個(gè)啞鈴健身動(dòng)作，步驟I解算的到的角度，會(huì)因?yàn)橛脩粑粘謫♀彽慕嵌炔煌?，而發(fā)生非常顯著的差異，步驟3啞鈴初始角度校準(zhǔn)是為了解決啞鈴放置與用戶握持啞鈴的角度隨意性造成的角度測(cè)量錯(cuò)誤，圖8中包含兩個(gè)子步驟:e、動(dòng)作采樣，f、計(jì)算初始角校準(zhǔn)值，在步驟3)啞鈴初始角度校準(zhǔn)的子步驟e動(dòng)作采樣中，要求用戶盡可能標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行連續(xù)K次實(shí)施啞鈴鍛煉動(dòng)作，帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的模塊，例如，微控制器模塊，或通過(guò)藍(lán)牙4.0連接相應(yīng)的智能手機(jī)與平板電腦，將會(huì)記錄用戶進(jìn)行K次啞鈴鍛煉過(guò)程中由步驟I)解算啞鈴角度所得到的啞鈴傾角和/或方位角，步驟3)啞鈴初始校準(zhǔn)的子步驟f計(jì)算初始角校準(zhǔn)值過(guò)程，從步驟e存儲(chǔ)的K次啞鈴鍛煉動(dòng)作過(guò)程啞鈴傾角和/或方位角中，判別出每次動(dòng)作的最大角度值和最小角度值，并求出K次動(dòng)作的最大角度平均值和最小角度平均值，計(jì)算出用戶動(dòng)作的中間位置角度平均值，并和對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的中間位置角度相減，得到初始角度校準(zhǔn)值，并在將來(lái)的動(dòng)作檢測(cè)中，使用該初始角度校準(zhǔn)值來(lái)修正步驟I)解算啞鈴角度所得到的啞鈴的傾角和/或方位角，若步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)輸出啞鈴放置于固定物體上靜止，那么可以認(rèn)為下一次鍛煉時(shí)，用戶握持啞鈴的角度會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)，需要重新進(jìn)行步驟3啞鈴初始角度校準(zhǔn)。
[0050]步驟4)為:經(jīng)過(guò)步驟1、步驟2、步驟3的處理，可以得到對(duì)應(yīng)某特定鍛煉動(dòng)作的啞鈴角度。進(jìn)一步，對(duì)上述計(jì)算得到的啞鈴位置變化進(jìn)行計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)，可以得到啞鈴健身動(dòng)作進(jìn)行的周期和時(shí)長(zhǎng)，具體來(lái)說(shuō)，
步驟4)計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)分為:g、計(jì)算啞鈴角度；h、啞鈴鍛煉動(dòng)作計(jì)數(shù)；1、計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)卡路里消耗、評(píng)估啞鈴鍛煉運(yùn)動(dòng)品質(zhì)，四個(gè)子步驟。在步驟4計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)子步驟g計(jì)算啞鈴角度中，利用步驟3得到的啞鈴初值角度修正步驟I得到的啞鈴傾角，可以得到對(duì)應(yīng)某特定鍛煉動(dòng)作的啞鈴角度。在步驟4計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)子步驟h啞鈴鍛煉動(dòng)作計(jì)數(shù)中，選取該鍛煉動(dòng)作過(guò)程中啞鈴必然經(jīng)過(guò)的兩個(gè)角度，例如啞鈴運(yùn)動(dòng)至接近預(yù)期最低點(diǎn)位置的角度，和啞鈴運(yùn)動(dòng)至接近預(yù)期最低點(diǎn)位置的角度，假設(shè)這兩個(gè)角度為“啞鈴高位置判斷角”和“啞鈴低位置判斷角”，當(dāng)且僅當(dāng)啞鈴依次歷經(jīng)“啞鈴低位置判斷角”和“啞鈴高位置判斷角”，可認(rèn)為啞鈴鍛煉完成了一次，將啞鈴鍛煉動(dòng)作完成計(jì)數(shù)加一。在步驟4計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)子步驟i計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)卡路里消耗中，將人的上臂近似為擺桿裝置，可以通過(guò)預(yù)先設(shè)定的上臂長(zhǎng)L1、下臂長(zhǎng)L2和啞鈴角度，計(jì)算出啞鈴當(dāng)前的位置和啞鈴當(dāng)前相對(duì)于用戶肩部的高度；進(jìn)一步，通過(guò)上述步驟計(jì)算得到的啞鈴位置和高度，結(jié)合預(yù)先輸入的啞鈴質(zhì)量，可以得到啞鈴健身所消耗的能量。在步驟4計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)子步驟j評(píng)估啞鈴鍛煉運(yùn)動(dòng)品質(zhì)中，對(duì)啞鈴角度兩次經(jīng)過(guò)“啞鈴高位置判斷角”(或“啞鈴低位置判斷角”)的時(shí)間間隔進(jìn)行計(jì)時(shí)，可以得到啞鈴健身動(dòng)作進(jìn)行的時(shí)間周期，當(dāng)啞鈴健身動(dòng)作周期變化大于設(shè)定閾值時(shí)，可認(rèn)為用戶在鍛煉過(guò)程中發(fā)生“力竭”，鍛煉至力竭程度能夠獲得較好的鍛煉效果；對(duì)啞鈴角度在“啞鈴低位置判斷角”上升至“啞鈴高位置判斷角”，進(jìn)一步下降至“啞鈴低位置判斷角”的過(guò)程進(jìn)行計(jì)時(shí)，可以得到啞鈴健身運(yùn)動(dòng)單詞動(dòng)作持續(xù)的時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)啞鈴健身動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)小于設(shè)定的閾值時(shí)，認(rèn)為用戶進(jìn)行啞鈴健身時(shí)動(dòng)作較為松散，力量缺乏控制，鍛煉效果較差，結(jié)合步驟4計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)子步驟i計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)卡路里消耗中計(jì)算得到的啞鈴相對(duì)于用戶肩部的高度最大值，當(dāng)啞鈴相對(duì)于用戶肩部的高度最大值小于設(shè)定的門限時(shí)，認(rèn)為用戶進(jìn)行啞鈴健身時(shí)動(dòng)作不夠標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)檢測(cè)到用戶進(jìn)行啞鈴鍛煉的動(dòng)作有上述不足時(shí)，可以對(duì)用戶提出相應(yīng)的提示和建議。
[0051]實(shí)施例5
在本實(shí)施例中，本發(fā)明提出的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，是利用本例中前述得到的姿態(tài)角，結(jié)合特定啞鈴健身運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作規(guī)范，和人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)約束，求解健身啞鈴與用戶相對(duì)位置的方法。以仰臥飛鳥動(dòng)作為例，參考圖6，依據(jù)方法步驟I至步驟3，先進(jìn)行啞鈴角度校準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)修正后，當(dāng)安裝有本發(fā)明裝置的啞鈴位于低位置14時(shí)，裝置檢測(cè)出的X敏感軸11上的傾角為α 1=0度，當(dāng)安裝有本發(fā)明裝置的啞鈴位于高位置10時(shí)，裝置檢測(cè)出的X敏感軸11上的傾角為α 2=90度，當(dāng)安裝有本發(fā)明裝置的啞鈴位于中間位置12時(shí)，依據(jù)方法步驟4，可以根據(jù)裝置檢測(cè)出的X敏感軸上的傾角α 3、預(yù)先輸入的用戶臂長(zhǎng)L、和仰臥飛鳥動(dòng)作的臂長(zhǎng)系數(shù)K，計(jì)算出啞鈴所處的位置高度Η13為:H=KLsin ( α 3)。根據(jù)檢測(cè)出安裝有本發(fā)明裝置的啞鈴經(jīng)歷高位置10和低位置14的次數(shù)N、時(shí)間Τ、和預(yù)先存入的啞鈴質(zhì)量m，可以評(píng)估出用戶進(jìn)行仰臥飛鳥運(yùn)動(dòng)消耗的能量W=KLNmg,用戶進(jìn)行仰臥飛鳥運(yùn)動(dòng)的功率，即用戶力量評(píng)估P=W/T。
[0052]實(shí)施例6
在本實(shí)施例中，本發(fā)明提出的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，是利用本例中前述得到的姿態(tài)角，結(jié)合特定啞鈴健身運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作規(guī)范，和人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)約束，求解健身啞鈴與用戶相對(duì)位置的方法。以彎舉動(dòng)作為例，參考圖8，依據(jù)方法步驟I至步驟3，在未進(jìn)行啞鈴角度校準(zhǔn)的情況下，提示用戶盡可能標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)行M次(M>=1)啞鈴彎舉動(dòng)作練習(xí)，并記錄M次啞鈴彎舉動(dòng)作中步驟I所得到的啞鈴的傾角。從上述存儲(chǔ)的M次啞鈴鍛煉動(dòng)作過(guò)程啞鈴傾角中，判別出每次動(dòng)作的最大角度值和最小角度值，并求出M次動(dòng)作的最大角度平均值和最小角度平均值，參考圖8，最大角度平均值為6度，最小角度平均值為-115度。進(jìn)一步，利用最大角度平均值和最小角度平均值，計(jì)算出用戶動(dòng)作的中間位置角度平均值，并和對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)彎舉動(dòng)作的中間位置角度相減，得到初始角度校準(zhǔn)值，并在將來(lái)的動(dòng)作檢測(cè)中，使用該初始角度校準(zhǔn)值來(lái)修正步驟I所得到的啞鈴的傾角，例如，對(duì)應(yīng)圖8所示動(dòng)作,標(biāo)準(zhǔn)角度為范圍:-80度至45度，那么標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的中間位置角度為:(45度-80度)/2= -17.5度，而用戶動(dòng)作的中間位置角度平均值為:(6度-115度)/2 = -54.5度，那么，初始角度校準(zhǔn)值=-17.5度-(-54.5度)=37度。進(jìn)一步，利用上述計(jì)算的到的初始角度校準(zhǔn)值，修正前述得到的姿態(tài)角，得到用戶鍛煉過(guò)程中對(duì)應(yīng)的角度，參考圖8，啞鈴角度校準(zhǔn)后的傾角=啞鈴未校準(zhǔn)傾角+初始角度校準(zhǔn)值，校準(zhǔn)后的用戶彎舉動(dòng)作最大角度平均值和最小角度平均值分別為:-78度和43度。進(jìn)一步在獲得校準(zhǔn)后的啞鈴角度的基礎(chǔ)上，結(jié)合預(yù)先輸入的下臂長(zhǎng)度L2，如圖8所示，可以求出當(dāng)次啞鈴練習(xí)的啞鈴上升高度H=L2*sin(當(dāng)次最大角度值)_L2*sin (當(dāng)次最小角度值)，得到上升高度H，結(jié)合預(yù)先輸入的啞鈴質(zhì)量m，可以計(jì)算出當(dāng)次啞鈴鍛煉消耗的能量W=Hmg。進(jìn)一步，對(duì)于彎舉動(dòng)作，設(shè)定了“啞鈴低位置判斷角”角度為:-70度，“啞鈴高位置判斷角”角度為:20度，那么，只有當(dāng)啞鈴角度校準(zhǔn)后的傾角，在小于-70度之后，經(jīng)過(guò)一定變化過(guò)程，最終大于20度之后，才認(rèn)為用戶進(jìn)行了依次啞鈴彎舉動(dòng)作，將啞鈴鍛煉計(jì)數(shù)加一。當(dāng)啞鈴角度從小于“啞鈴低位置判斷角”角度，增加至大于“啞鈴低位置判斷角”角度時(shí)，啟動(dòng)啞鈴鍛煉動(dòng)作周期計(jì)時(shí)和啞鈴鍛煉動(dòng)作持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)啞鈴角度歷經(jīng)大于“啞鈴高位置判斷角”角度，并經(jīng)過(guò)一個(gè)變化過(guò)程，重新小于“啞鈴低位置判斷角”角度時(shí)，停止啞鈴鍛煉動(dòng)作持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)，將當(dāng)前計(jì)時(shí)值作為當(dāng)前次啞鈴鍛煉持續(xù)時(shí)間；在此基礎(chǔ)上，當(dāng)啞鈴角度從小于“啞鈴低位置判斷角”角度，增加至大于“啞鈴低位置判斷角”角度時(shí)，停止啞鈴鍛煉動(dòng)作周期計(jì)時(shí)，將當(dāng)前計(jì)時(shí)值作為當(dāng)前次啞鈴鍛煉周期，并重新啟動(dòng)啞鈴鍛煉動(dòng)作周期計(jì)時(shí)和啞鈴鍛煉動(dòng)作持續(xù)時(shí)間計(jì)時(shí)；當(dāng)啞鈴健身動(dòng)作周期變化大于設(shè)定閾值時(shí)，可認(rèn)為用戶在鍛煉過(guò)程中發(fā)生“力竭”，鍛煉至力竭程度能夠獲得較好的鍛煉效果，若在設(shè)定鍛煉次數(shù)內(nèi)，沒(méi)有檢測(cè)到用戶發(fā)生“力竭”，則可以提示用戶適當(dāng)增加啞鈴質(zhì)量，提高鍛煉強(qiáng)度；當(dāng)啞鈴健身動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)小于設(shè)定的閾值時(shí)，認(rèn)為用戶進(jìn)行啞鈴健身時(shí)動(dòng)作較為松散，力量缺乏控制，鍛煉效果較差，可以提示用戶改進(jìn)鍛煉動(dòng)作質(zhì)量。
[0053]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的裝置及方法具有以下有益效果:
(I)針對(duì)健身啞鈴，能夠可靠地檢測(cè)出啞鈴的姿態(tài)角。
[0054](2)針對(duì)健身啞鈴，能夠利用上述測(cè)得的啞鈴姿態(tài)角、健身啞鈴動(dòng)作流程和人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)約束，計(jì)算出健身啞鈴和用戶的位置關(guān)系。
[0055]( 3 )針對(duì)健身啞鈴，能夠利用上述測(cè)得的姿態(tài)角，統(tǒng)計(jì)用戶使用啞鈴進(jìn)行特定健身動(dòng)作訓(xùn)練的訓(xùn)練次數(shù)和時(shí)間，能夠利用上述測(cè)得的健身啞鈴和用戶的位置關(guān)系和啞鈴的質(zhì)量，計(jì)算出用戶進(jìn)行啞鈴健身運(yùn)動(dòng)消耗的卡路里數(shù)。
[0056](4)由于本發(fā)明設(shè)有射頻通訊模塊，因此能夠與智能手機(jī)、智能平板電腦互聯(lián)，對(duì)上述測(cè)量數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，為用戶的健身質(zhì)量和效果提供評(píng)估，并進(jìn)一步指導(dǎo)用戶的健身動(dòng)作和健身計(jì)劃。
[0057](5)采用低功耗芯片配置和針對(duì)低功耗的檢測(cè)流程，能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)。
[0058](6)具有簡(jiǎn)單易用的人機(jī)交互接口，用戶能夠直觀的了解裝置的運(yùn)行狀態(tài)。
[0059]綜上所述，本發(fā)明公開了一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置和一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法。其檢測(cè)電路包括微控制器模塊，以及與所述微控制器模塊電連接的慣性傳感器模塊、磁場(chǎng)傳感器模塊、電池電源管理模塊，和藍(lán)牙射頻通訊模塊，慣性傳感器模塊包括分別用以檢測(cè)加速度的三軸加速度傳感器和用以檢測(cè)角速度的三軸角速率傳感器，磁場(chǎng)傳感器模塊包含用以檢測(cè)裝置所處環(huán)境磁場(chǎng)的三軸磁阻傳感器，慣性傳感器模塊和磁場(chǎng)傳感器模塊的檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)串行接口輸入微控制器模塊，微控制器模塊利用健身啞鈴運(yùn)動(dòng)與位置檢測(cè)算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果和傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊發(fā)送至手機(jī)或平板電腦，對(duì)用戶提供直觀的健身動(dòng)作評(píng)估和提示。本發(fā)明安裝于健身啞鈴上之后，能夠精確檢測(cè)出健身啞鈴與用戶的位置關(guān)系，從而解決了健身啞鈴健身的卡路里消耗評(píng)估、啞鈴健身動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)性評(píng)估的問(wèn)題。本發(fā)明同時(shí)提供一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的方法，利用三軸加速度傳感器測(cè)量得到的三軸加速度信息和三軸角速度傳感器測(cè)量的到的角速度信息進(jìn)行互補(bǔ)濾波解算出啞鈴當(dāng)前的角度、速度信息，利用上述獲得的運(yùn)動(dòng)信息、特定啞鈴健身動(dòng)作的規(guī)范、人體關(guān)節(jié)的幾何運(yùn)動(dòng)約束，解算出啞鈴的位置。
[0060]上述【具體實(shí)施方式】用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于所述裝置包括檢測(cè)電路，所述檢測(cè)電路包括微控制器模塊(3 )及與所述微控制器模塊(3 )電連接的慣性傳感器模塊(2 )、電池電源管理模塊(5)和射頻通訊模塊(4)，所述慣性傳感器模塊(2)包括分別用于檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸加速度的三軸加速度傳感器與X軸、Y軸、Z軸三軸角速度的三軸角速度傳感器，所述電池電源管理模塊(5)用于為微控制器模塊(3)、慣性傳感器模塊(2)、射頻通訊模塊(4)提供工作電源。
2.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于所述檢測(cè)電路還包括磁場(chǎng)傳感器模塊(20),所述磁場(chǎng)傳感器模塊(20)包括檢測(cè)X軸、Y軸、Z軸三軸磁場(chǎng)強(qiáng)度的三軸磁阻傳感器。
3.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于所述射頻通訊模塊(4)為藍(lán)牙4.0射頻通訊模塊，所述微控制器模塊(3)和射頻通訊模塊(4)采用型號(hào)為CC2541或nRF51822的片上系統(tǒng)處理芯片。
4.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于所述慣性傳感器模塊(2)采用型號(hào)為MPU-6050的六軸MEMS傳感器芯片。
5.如權(quán)利要求1所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于所述磁場(chǎng)傳感器模塊(20)采用型號(hào)為HMC5883L的三軸磁阻傳感器芯片。
6.一種使用如權(quán)利要求1所述的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置的健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于所述方法包括如下步驟: 首先，將所述健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置與待測(cè)的健身啞鈴固連； 其次，通過(guò)以下步驟進(jìn)行測(cè)量: 測(cè)量并解算啞鈴角度，即，測(cè)量傳感器坐標(biāo)與大地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換角度關(guān)系，得到啞鈴的傾角和方位角； 啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，判定啞鈴是否處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； 啞鈴初始角度校準(zhǔn)，解決啞鈴放置與用戶握持啞鈴的角度隨意性造成的角度測(cè)量錯(cuò)誤； 啞鈴運(yùn)動(dòng)計(jì)算，計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟I)包括兩個(gè)步驟:a、傳感器數(shù)據(jù)采集，即:微控制器模塊(3)對(duì)慣性傳感器模塊(2)和/或磁場(chǎng)傳感器模塊(20)發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)讀取命令，當(dāng)慣性傳感器模塊(2)和/或磁場(chǎng)傳感器模塊(20)接收到此數(shù)據(jù)讀取命令時(shí)，會(huì)返回響應(yīng)通道的傳感器測(cè)量結(jié)果；b、啞鈴角度解算，即:基于步驟a傳感器數(shù)據(jù)采集得到的與健身啞鈴固連的X軸、Y軸、Z軸三軸加速度傳感器與三軸角速度傳感器所測(cè)量得到的加速度、角速度數(shù)據(jù)，利用地球重力場(chǎng)作為垂直參考，計(jì)算得到啞鈴相對(duì)于水平面的傾角，和/或，基于步驟a傳感器數(shù)據(jù)采集得到的與啞鈴固連的X軸、Y軸、Z軸三軸磁阻傳感器所測(cè)量的到的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用地球磁場(chǎng)作為北向參考，計(jì)算的到啞鈴在水平面內(nèi)的指向， 即方向角。
8.如權(quán)利要求7所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于為了保證步驟b的解算精度，步驟a的三軸加速度傳感器和三軸角速度傳感器數(shù)據(jù)采集的頻率為5Hz以上。
9.如權(quán)利要求6所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟2)包括兩個(gè)步驟:c、存儲(chǔ)歷史傳感器采集數(shù)據(jù)，即，微控制器模塊存儲(chǔ)N次加速度傳感器和角速度傳感器的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)；d、運(yùn)動(dòng)類型判斷，即，利用步驟C存儲(chǔ)的加速度傳感器和角速度傳感器的歷史測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算出最近N次加速度、角速度測(cè)量數(shù)據(jù)的期望和方差。
10.如權(quán)利要求9所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟c中N為:3-15的整數(shù)。
11.如權(quán)利要求6所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟3)包括兩個(gè)步驟:e、動(dòng)作采樣，即記錄用戶進(jìn)行K次啞鈴鍛煉過(guò)程中由步驟I)解算啞鈴角度所得到的啞鈴傾角和/或方位角；f、計(jì)算初始角校準(zhǔn)值，即，在步驟e存儲(chǔ)的K次啞鈴鍛煉動(dòng)作過(guò)程啞鈴傾角和/或方位角中，判別出每次動(dòng)作的最大角度值和最小角度值，并求出K次動(dòng)作的最大角度平均值和最小角度平均值，計(jì)算出用戶動(dòng)作的中間位置角度平均值，并和對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作的中間位置角度相減，得到初始角度校準(zhǔn)值，并在將來(lái)的動(dòng)作檢測(cè)中，使用該初始角度校準(zhǔn)值來(lái)修正步驟I)解算啞鈴角度所得到的啞鈴的傾角和/或方位角。
12.如權(quán)利要求12所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于在步驟2)啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)輸出啞鈴放置于固定物體上靜止時(shí)，重新進(jìn)行步驟3)啞鈴初始角度校準(zhǔn)。
13.如權(quán)利要求6所述一種健身啞鈴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于步驟4)包括四個(gè)步驟:g、計(jì)算啞鈴角度；h、啞鈴鍛煉動(dòng)作計(jì)數(shù)；1、計(jì)算啞鈴運(yùn)動(dòng)卡路里消耗；j、評(píng)估啞鈴鍛煉運(yùn)動(dòng)品質(zhì)。
【文檔編號(hào)】A63B71/06GK103933722SQ201410072246
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】陳雋永, 王圣捷, 盧卓來(lái) 申請(qǐng)人:永康市坤卓科技有限公司