本發(fā)明涉及一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，屬于體育健身設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，智能裝備、物聯(lián)網(wǎng)的加速應(yīng)用，智慧體育將使我們獲得更加個(gè)性化、科學(xué)化、智慧化的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)，真正實(shí)現(xiàn)全民健身與全民健康的深度融合。在這個(gè)強(qiáng)烈呼吁體育強(qiáng)國、科技興國的時(shí)代，科技與體育的結(jié)合是必然的結(jié)果，它符合當(dāng)下國際形勢發(fā)展的需要。在科技和體育設(shè)備的結(jié)合中，既充分發(fā)揮了科技給生活帶來的便利，又可以幫助騎行者進(jìn)行騎行方面的專業(yè)指導(dǎo)，安全高效地騎行。

2、在體育盛行的時(shí)代，大多數(shù)人因?yàn)轶w育動(dòng)作的不規(guī)范而受傷或者未能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，例如騎自行車還沒別意識到騎行姿勢對人體的影響，即人體姿勢與腰椎形狀的關(guān)系，動(dòng)作不規(guī)范，騎行會更加費(fèi)力，肩部、股部、脊椎的損傷。但目前系統(tǒng)訓(xùn)練技術(shù)、方法主要還是依靠教練的視覺、經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)，運(yùn)動(dòng)員根據(jù)自身的感受嘗試改進(jìn)。如何指導(dǎo)科學(xué)化訓(xùn)練和減少運(yùn)動(dòng)傷害成為了教練和運(yùn)動(dòng)員面臨的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)安全有效騎行。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，姿勢矯正系統(tǒng)包括設(shè)置在車把上的壓力傳感模塊、握力傳感模塊、顯示屏以及穿戴在騎行者上的光學(xué)捕捉設(shè)備；所述壓力傳感模塊和握力傳感模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測人體握力及剎車按壓的壓力數(shù)據(jù)；所述人機(jī)交互模塊用于將得到的人體鉸鏈通過細(xì)節(jié)3dmesh建立模型，實(shí)時(shí)反饋人體騎行姿勢數(shù)據(jù)在顯示屏上；所述光學(xué)捕捉設(shè)備與數(shù)據(jù)顯示屏連接，其為帶有光學(xué)式捕捉技術(shù)捕捉點(diǎn)的訓(xùn)練衣，其用于在采集到運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)動(dòng)作的數(shù)據(jù)后返回到微型電腦中，通過人體關(guān)節(jié)點(diǎn)的離散程度表示大致姿勢，再將離散點(diǎn)通過人體鉸鏈結(jié)構(gòu)表示，根據(jù)訓(xùn)練得出健康的訓(xùn)練姿勢并實(shí)時(shí)反饋；

3、所述顯示屏包括顯示屏幕、主控模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、藍(lán)牙模塊、發(fā)聲裝置模塊、三維動(dòng)作捕捉模塊以及供電模塊；所述主控模塊用于將各種數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并將運(yùn)動(dòng)員全程運(yùn)動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)儲存到數(shù)據(jù)存儲模塊；所述藍(lán)牙模塊用于將運(yùn)動(dòng)員騎行時(shí)的全程運(yùn)動(dòng)由儲存模塊導(dǎo)入到運(yùn)動(dòng)員的手機(jī)等具有藍(lán)牙功能的設(shè)備當(dāng)中；所述發(fā)聲裝置模塊位于顯示屏兩側(cè)，連接到主控模塊，發(fā)聲裝置模塊是由主控模塊根據(jù)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而出結(jié)論下達(dá)指令到發(fā)聲器裝置發(fā)出相應(yīng)的語音，從而對運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行時(shí)刻的調(diào)整并下達(dá)一定的指令；所述供電模塊用于提供整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)，其位于顯示屏內(nèi)置的電池槽以及其裝有的超級電容來實(shí)現(xiàn)供電。

4、進(jìn)一步的，所述握力傳感模塊為握力傳感器；所述握力傳感器與人機(jī)交互模塊的顯示屏連接，其實(shí)時(shí)監(jiān)測人體握力數(shù)據(jù)，即測量大小臂的彎曲程度、相對于車把的角度、水平夾角大小程度，并對比正確姿勢騎行時(shí)的握力數(shù)據(jù)，輸出到顯示屏上。

5、進(jìn)一步的，所述壓力傳感模塊為壓力傳感器，所述壓力傳感器位于握把前端剎車的根部，以剎車的按壓程度判別運(yùn)動(dòng)員的按壓力度，并將數(shù)據(jù)反饋到主控模塊；壓力傳感器與顯示屏連接，實(shí)時(shí)檢測人手部對剎車裝置的壓力數(shù)據(jù)，并對比正確姿勢騎行時(shí)的壓力數(shù)據(jù)，劃定區(qū)間范圍，輸出到顯示屏上；壓力傳感器的輸出(output)＝工作電壓(v)*靈敏度(mv/v)，設(shè)滿量程為100kg，壓滿100kg，輸出即為10mv，再結(jié)合其非線性誤差＝量程*非線性(％fs)，綜合求出壓力輸出，結(jié)合姿態(tài)對壓力進(jìn)行分析，利用公式：

6、

7、el(t)＝outputl(t)-targ                          (2)

8、er(t)＝outputr(t)-targ                          (3)

9、

10、

11、

12、其中式(1)求出姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，式(2)、(3)得出輸出瞬時(shí)差值，式(4)、(5)將數(shù)值優(yōu)化，結(jié)合式(6)得出與目標(biāo)值的偏差，其絕對值偏差在0-3區(qū)間為正常，超出則在顯示屏中發(fā)出相應(yīng)警告。

13、進(jìn)一步的，所述顯示屏與路由器連接，將3dmesh運(yùn)算的結(jié)果通過藍(lán)牙模塊連接電腦、手機(jī)、云服務(wù)器，將數(shù)據(jù)反饋在顯示屏上。

14、進(jìn)一步的，所述光學(xué)捕捉設(shè)備為裝有光學(xué)式動(dòng)作捕捉技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備的訓(xùn)練衣，將動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)反饋在顯示屏上，該訓(xùn)練衣為緊身訓(xùn)練衣，訓(xùn)練衣上人體關(guān)節(jié)處粘貼多個(gè)光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)作為目標(biāo)探測點(diǎn)；室內(nèi)競賽訓(xùn)練自行車的車座兩側(cè)坐墊前部各貼有光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)(marker)，后部兩側(cè)正后方也分別貼有光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)，用于在騎行前對車座進(jìn)行位置矯正；所述光學(xué)捕捉設(shè)備采用被動(dòng)式光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，其中由光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)通常是一種高亮反射式反光球，粘貼于物體結(jié)構(gòu)主要部位，由動(dòng)作捕捉相機(jī)上發(fā)出的led紅外光經(jīng)反光球反射至動(dòng)捕相機(jī)，進(jìn)行光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)的的檢測和空間定位。

15、進(jìn)一步的，所述三維動(dòng)作捕捉模塊包括多個(gè)三維動(dòng)作捕捉相機(jī)，室內(nèi)設(shè)置有多個(gè)三維動(dòng)作捕捉相機(jī)從不同角度實(shí)時(shí)探測目標(biāo)探測點(diǎn)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至微型電腦中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，定義來指定人體形狀指標(biāo)，結(jié)合立體角dω得出參數(shù)矩陣η，通過人體關(guān)節(jié)點(diǎn)的離散程度表示大致姿勢：

16、

17、式(7)得出姿態(tài)數(shù)組，中

18、再將離散點(diǎn)通過人體鉸鏈結(jié)構(gòu)表示，根據(jù)訓(xùn)練得出健康的訓(xùn)練姿勢并實(shí)時(shí)反饋至顯示屏上，由顯示屏左半部分顯示人體實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)姿勢，并且在顯示屏的右半部分顯示正確的騎行姿勢；通過主控模塊的數(shù)據(jù)庫對比，實(shí)時(shí)反映騎行者姿勢是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，并通過藍(lán)牙模塊提醒騎行者調(diào)整正確的騎行姿勢。

19、進(jìn)一步的，設(shè)備通過電源軟導(dǎo)線相互連接導(dǎo)線均在設(shè)備內(nèi)部與自行車車身中空的內(nèi)芯部分，三維動(dòng)作捕捉相機(jī)由導(dǎo)線應(yīng)道自行車與地面的固定段，聚集成一束連接到顯示屏內(nèi)的主控系統(tǒng)；所述顯示屏顯示的內(nèi)容分為兩塊,即左部分顯示與右部分顯示；所述左部分顯示為運(yùn)動(dòng)員騎行的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的3d視圖，右部分顯示為標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的3d視圖，運(yùn)動(dòng)員可以通過觀察顯示屏的左右部分來矯正自己的騎行姿勢，再根據(jù)發(fā)聲器的提示進(jìn)一步加強(qiáng)訓(xùn)練效果。

20、進(jìn)一步的，所述握力傳感器位于兩側(cè)的下彎式握把握把處，左右握把上分別安裝有均勻分布的六個(gè)，為三行兩縱列，分布在圓柱形握把上端的左右兩側(cè)表面的壓力感受器，握把內(nèi)部裝有握力壓力分析器，與顯示屏中的主控模塊相連。

21、進(jìn)一步的，所述三維動(dòng)作捕捉相機(jī)設(shè)置有4個(gè)，其分別置于室內(nèi)騎行自行車前端、左端、右端、后端的保護(hù)圍欄擋板的支架上，前置三維動(dòng)作捕捉相機(jī)用于捕捉運(yùn)動(dòng)員身體上肢，即大臂、小臂、肩膀、頭部的大致位置，后置三維動(dòng)作捕捉相機(jī)用于捕捉運(yùn)動(dòng)員背部，股部的三維位置狀況，左右放置的三維動(dòng)作捕捉相機(jī)用于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以達(dá)到對人體大范圍的大數(shù)據(jù)捕捉。

22、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于傳感技術(shù)，可以實(shí)時(shí)反應(yīng)騎行者的騎行狀況，以便于對其騎行姿勢進(jìn)行規(guī)范與調(diào)整，也可以減少因?yàn)閯?dòng)作不規(guī)范，而造成的騎行費(fèi)力，肩部、股部、脊椎的損傷情況。

技術(shù)特征：

1.一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，姿勢矯正系統(tǒng)包括設(shè)置在車把上的壓力傳感模塊、握力傳感模塊、顯示屏以及穿戴在騎行者上的光學(xué)捕捉設(shè)備；所述壓力傳感模塊和握力傳感模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測人體握力及剎車按壓的壓力數(shù)據(jù)；所述人機(jī)交互模塊用于將得到的人體鉸鏈通過細(xì)節(jié)3dmesh建立模型，實(shí)時(shí)反饋人體騎行姿勢數(shù)據(jù)在顯示屏上；所述光學(xué)捕捉設(shè)備與數(shù)據(jù)顯示屏連接，其為帶有光學(xué)式捕捉技術(shù)捕捉點(diǎn)的訓(xùn)練衣，其用于在采集到運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)動(dòng)作的數(shù)據(jù)后返回到微型電腦中，通過人體關(guān)節(jié)點(diǎn)的離散程度表示大致姿勢，再將離散點(diǎn)通過人體鉸鏈結(jié)構(gòu)表示，根據(jù)訓(xùn)練得出健康的訓(xùn)練姿勢并實(shí)時(shí)反饋；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述握力傳感模塊為握力傳感器；所述握力傳感器與人機(jī)交互模塊的顯示屏連接，其實(shí)時(shí)監(jiān)測人體握力數(shù)據(jù)，即測量大小臂的彎曲程度、相對于車把的角度、水平夾角大小程度，并對比正確姿勢騎行時(shí)的握力數(shù)據(jù)，輸出到顯示屏上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感模塊為壓力傳感器，所述壓力傳感器位于握把前端剎車的根部，以剎車的按壓程度判別運(yùn)動(dòng)員的按壓力度，并將數(shù)據(jù)反饋到主控模塊；壓力傳感器與顯示屏連接，實(shí)時(shí)檢測人手部對剎車裝置的壓力數(shù)據(jù)，并對比正確姿勢騎行時(shí)的壓力數(shù)據(jù)，劃定區(qū)間范圍，輸出到顯示屏上；壓力傳感器的輸出(output)＝工作電壓(v)*靈敏度(mv/v)，設(shè)滿量程為100kg，壓滿100kg，輸出即為10mv，再結(jié)合其非線性誤差＝量程*非線性(％fs)，綜合求出壓力輸出，結(jié)合姿態(tài)對壓力進(jìn)行分析，利用公式:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示屏與路由器連接，將3dmesh運(yùn)算的結(jié)果通過藍(lán)牙模塊連接電腦、手機(jī)、云服務(wù)器，將數(shù)據(jù)反饋在顯示屏上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)捕捉設(shè)備為裝有光學(xué)式動(dòng)作捕捉技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備的訓(xùn)練衣，將動(dòng)作捕捉數(shù)據(jù)反饋在顯示屏上，該訓(xùn)練衣為緊身訓(xùn)練衣，訓(xùn)練衣上人體關(guān)節(jié)處粘貼多個(gè)光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)作為目標(biāo)探測點(diǎn)；室內(nèi)競賽訓(xùn)練自行車的車座兩側(cè)坐墊前部各貼有光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)(marker)，后部兩側(cè)正后方也分別貼有光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)，用于在騎行前對車座進(jìn)行位置矯正；所述光學(xué)捕捉設(shè)備采用被動(dòng)式光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，其中由光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)通常是一種高亮反射式反光球，粘貼于物體結(jié)構(gòu)主要部位，由動(dòng)作捕捉相機(jī)上發(fā)出的led紅外光經(jīng)反光球反射至動(dòng)捕相機(jī)，進(jìn)行光學(xué)標(biāo)記點(diǎn)的的檢測和空間定位。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述三維動(dòng)作捕捉模塊包括多個(gè)三維動(dòng)作捕捉相機(jī)，室內(nèi)設(shè)置有多個(gè)三維動(dòng)作捕捉相機(jī)從不同角度實(shí)時(shí)探測目標(biāo)探測點(diǎn)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至微型電腦中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，定義來指定人體形狀指標(biāo)，結(jié)合立體角dω得出參數(shù)矩陣η，通過人體關(guān)節(jié)點(diǎn)的離散程度表示大致姿勢：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)備通過電源軟導(dǎo)線相互連接導(dǎo)線均在設(shè)備內(nèi)部與自行車車身中空的內(nèi)芯部分，三維動(dòng)作捕捉相機(jī)由導(dǎo)線應(yīng)道自行車與地面的固定段，聚集成一束連接到顯示屏內(nèi)的主控系統(tǒng)；所述顯示屏顯示的內(nèi)容分為兩塊,即左部分顯示與右部分顯示；所述左部分顯示為運(yùn)動(dòng)員騎行的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的3d視圖，右部分顯示為標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的3d視圖，運(yùn)動(dòng)員可以通過觀察顯示屏的左右部分來矯正自己的騎行姿勢，再根據(jù)發(fā)聲器的提示進(jìn)一步加強(qiáng)訓(xùn)練效果。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述握力傳感器位于兩側(cè)的下彎式握把握把處，左右握把上分別安裝有均勻分布的六個(gè)，為三行兩縱列，分布在圓柱形握把上端的左右兩側(cè)表面的壓力感受器，握把內(nèi)部裝有握力壓力分析器，與顯示屏中的主控模塊相連。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，其特征在于，所述三維動(dòng)作捕捉相機(jī)設(shè)置有4個(gè)，其分別置于室內(nèi)騎行自行車前端、左端、右端、后端的保護(hù)圍欄擋板的支架上，前置三維動(dòng)作捕捉相機(jī)用于捕捉運(yùn)動(dòng)員身體上肢，即大臂、小臂、肩膀、頭部的大致位置，后置三維動(dòng)作捕捉相機(jī)用于捕捉運(yùn)動(dòng)員背部，股部的三維位置狀況，左右放置的三維動(dòng)作捕捉相機(jī)用于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種用于室內(nèi)自行車安全騎行訓(xùn)練的姿勢矯正系統(tǒng)，包括握力傳感器、裝有光學(xué)式動(dòng)作捕捉技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備的訓(xùn)練衣、動(dòng)作捕捉相機(jī)、壓力傳感器、小型顯示屏、基于3Dmesh的微型電腦主控模塊以及供電裝置。本發(fā)明既可以試試監(jiān)測騎行者的騎行狀況，以便于對其騎行姿勢進(jìn)行規(guī)范與調(diào)整，也可以減少因?yàn)閯?dòng)作不規(guī)范，而造成的騎行費(fèi)力，肩部、股部、脊椎的損傷。它可以實(shí)時(shí)反映騎行者的騎行姿勢，手握力度，提高了騎行者訓(xùn)練的效率，促進(jìn)自行車運(yùn)動(dòng)更好地融入人們的運(yùn)動(dòng)生活之中，同時(shí)也體現(xiàn)了“智慧體育”的概念。

技術(shù)研發(fā)人員：王廣旭,周瑞,于瑋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/1/12

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