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

背景技術：

1、互聯網、大數據等技術的快速發(fā)展，智能裝備、物聯網的加速應用，智慧體育將使我們獲得更加個性化、科學化、智慧化的運動體驗，真正實現全民健身與全民健康的深度融合。在這個強烈呼吁體育強國、科技興國的時代，科技與體育的結合是必然的結果，它符合當下國際形勢發(fā)展的需要。在科技和體育設備的結合中，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行騎行方面的專業(yè)指導，安全高效地騎行。

2、在體育盛行的時代，大多數人因為體育動作的不規(guī)范而受傷或者未能達到預期的目標，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系，動作不規(guī)范，騎行會更加費力，肩部、股部、脊椎的損傷。但目前系統訓練技術、方法主要還是依靠教練的視覺、經驗指導，運動員根據自身的感受嘗試改進。如何指導科學化訓練和減少運動傷害成為了教練和運動員面臨的難題。

技術實現思路

1、針對上述現有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，從而實現安全有效騎行。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，姿勢矯正系統包括設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捕捉設備；所述壓力傳感模塊和握力傳感模塊用于實時監(jiān)測人體握力及剎車按壓的壓力數據；所述人機交互模塊用于將得到的人體鉸鏈通過細節(jié)3dmesh建立模型，實時反饋人體騎行姿勢數據在顯示屏上；所述光學捕捉設備與數據顯示屏連接，其為帶有光學式捕捉技術捕捉點的訓練衣，其用于在采集到運動員姿態(tài)動作的數據后返回到微型電腦中，通過人體關節(jié)點的離散程度表示大致姿勢，再將離散點通過人體鉸鏈結構表示，根據訓練得出健康的訓練姿勢并實時反饋；

3、所述顯示屏包括顯示屏幕、主控模塊、數據存儲模塊、藍牙模塊、發(fā)聲裝置模塊、三維動作捕捉模塊以及供電模塊；所述主控模塊用于將各種數據進行對比，并將運動員全程運動的相關數據儲存到數據存儲模塊；所述藍牙模塊用于將運動員騎行時的全程運動由儲存模塊導入到運動員的手機等具有藍牙功能的設備當中；所述發(fā)聲裝置模塊位于顯示屏兩側，連接到主控模塊，發(fā)聲裝置模塊是由主控模塊根據所有數據進行分析，而出結論下達指令到發(fā)聲器裝置發(fā)出相應的語音，從而對運動員的運動狀態(tài)進行時刻的調整并下達一定的指令；所述供電模塊用于提供整個系統的運行基礎，其位于顯示屏內置的電池槽以及其裝有的超級電容來實現供電。

4、進一步的，所述握力傳感模塊為握力傳感器；所述握力傳感器與人機交互模塊的顯示屏連接，其實時監(jiān)測人體握力數據，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的握力數據，輸出到顯示屏上。

5、進一步的，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動員的按壓力度，并將數據反饋到主控模塊；壓力傳感器與顯示屏連接，實時檢測人手部對剎車裝置的壓力數據，并對比正確姿勢騎行時的壓力數據，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)，設滿量程為100kg，壓滿100kg，輸出即為10mv，再結合其非線性誤差＝量程*非線性(％fs)，綜合求出壓力輸出，結合姿態(tài)對壓力進行分析，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)的運動狀態(tài)，式(2)、(3)得出輸出瞬時差值，式(4)、(5)將數值優(yōu)化，結合式(6)得出與目標值的偏差，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)出相應警告。

13、進一步的，所述顯示屏與路由器連接，將3dmesh運算的結果通過藍牙模塊連接電腦、手機、云服務器，將數據反饋在顯示屏上。

14、進一步的，所述光學捕捉設備為裝有光學式動作捕捉技術系統設備的訓練衣，將動作捕捉數據反饋在顯示屏上，該訓練衣為緊身訓練衣，訓練衣上人體關節(jié)處粘貼多個光學標記點作為目標探測點；室內競賽訓練自行車的車座兩側坐墊前部各貼有光學標記點(marker)，后部兩側正后方也分別貼有光學標記點，用于在騎行前對車座進行位置矯正；所述光學捕捉設備采用被動式光學動作捕捉系統，其中由光學標記點通常是一種高亮反射式反光球，粘貼于物體結構主要部位，由動作捕捉相機上發(fā)出的led紅外光經反光球反射至動捕相機，進行光學標記點的的檢測和空間定位。

15、進一步的，所述三維動作捕捉模塊包括多個三維動作捕捉相機，室內設置有多個三維動作捕捉相機從不同角度實時探測目標探測點，數據實時傳輸至微型電腦中進行數據分析，定義來指定人體形狀指標，結合立體角dω得出參數矩陣η，通過人體關節(jié)點的離散程度表示大致姿勢：

16、

17、式(7)得出姿態(tài)數組，中

18、再將離散點通過人體鉸鏈結構表示，根據訓練得出健康的訓練姿勢并實時反饋至顯示屏上，由顯示屏左半部分顯示人體實時的運動姿勢，并且在顯示屏的右半部分顯示正確的騎行姿勢；通過主控模塊的數據庫對比，實時反映騎行者姿勢是否出現錯誤，并通過藍牙模塊提醒騎行者調整正確的騎行姿勢。

19、進一步的，設備通過電源軟導線相互連接導線均在設備內部與自行車車身中空的內芯部分，三維動作捕捉相機由導線應道自行車與地面的固定段，聚集成一束連接到顯示屏內的主控系統；所述顯示屏顯示的內容分為兩塊,即左部分顯示與右部分顯示；所述左部分顯示為運動員騎行的運動狀態(tài)的3d視圖，右部分顯示為標準的運動狀態(tài)的3d視圖，運動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，再根據發(fā)聲器的提示進一步加強訓練效果。

20、進一步的，所述握力傳感器位于兩側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，為三行兩縱列，分布在圓柱形握把上端的左右兩側表面的壓力感受器，握把內部裝有握力壓力分析器，與顯示屏中的主控模塊相連。

21、進一步的，所述三維動作捕捉相機設置有4個，其分別置于室內騎行自行車前端、左端、右端、后端的保護圍欄擋板的支架上，前置三維動作捕捉相機用于捕捉運動員身體上肢，即大臂、小臂、肩膀、頭部的大致位置，后置三維動作捕捉相機用于捕捉運動員背部，股部的三維位置狀況，左右放置的三維動作捕捉相機用于校準數據，以達到對人體大范圍的大數據捕捉。

22、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于傳感技術，可以實時反應騎行者的騎行狀況，以便于對其騎行姿勢進行規(guī)范與調整，也可以減少因為動作不規(guī)范，而造成的騎行費力，肩部、股部、脊椎的損傷情況。

技術特征：

1.一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，姿勢矯正系統包括設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捕捉設備；所述壓力傳感模塊和握力傳感模塊用于實時監(jiān)測人體握力及剎車按壓的壓力數據；所述人機交互模塊用于將得到的人體鉸鏈通過細節(jié)3dmesh建立模型，實時反饋人體騎行姿勢數據在顯示屏上；所述光學捕捉設備與數據顯示屏連接，其為帶有光學式捕捉技術捕捉點的訓練衣，其用于在采集到運動員姿態(tài)動作的數據后返回到微型電腦中，通過人體關節(jié)點的離散程度表示大致姿勢，再將離散點通過人體鉸鏈結構表示，根據訓練得出健康的訓練姿勢并實時反饋；

2.根據權利要求1所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，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交互模塊的顯示屏連接，其實時監(jiān)測人體握力數據，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的握力數據，輸出到顯示屏上。

3.根據權利要求1所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，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動員的按壓力度，并將數據反饋到主控模塊；壓力傳感器與顯示屏連接，實時檢測人手部對剎車裝置的壓力數據，并對比正確姿勢騎行時的壓力數據，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)，設滿量程為100kg，壓滿100kg，輸出即為10mv，再結合其非線性誤差＝量程*非線性(％fs)，綜合求出壓力輸出，結合姿態(tài)對壓力進行分析，利用公式:

4.根據權利要求1所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，所述顯示屏與路由器連接，將3dmesh運算的結果通過藍牙模塊連接電腦、手機、云服務器，將數據反饋在顯示屏上。

5.根據權利要求1所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，所述光學捕捉設備為裝有光學式動作捕捉技術系統設備的訓練衣，將動作捕捉數據反饋在顯示屏上，該訓練衣為緊身訓練衣，訓練衣上人體關節(jié)處粘貼多個光學標記點作為目標探測點；室內競賽訓練自行車的車座兩側坐墊前部各貼有光學標記點(marker)，后部兩側正后方也分別貼有光學標記點，用于在騎行前對車座進行位置矯正；所述光學捕捉設備采用被動式光學動作捕捉系統，其中由光學標記點通常是一種高亮反射式反光球，粘貼于物體結構主要部位，由動作捕捉相機上發(fā)出的led紅外光經反光球反射至動捕相機，進行光學標記點的的檢測和空間定位。

6.根據權利要求1所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，所述三維動作捕捉模塊包括多個三維動作捕捉相機，室內設置有多個三維動作捕捉相機從不同角度實時探測目標探測點，數據實時傳輸至微型電腦中進行數據分析，定義來指定人體形狀指標，結合立體角dω得出參數矩陣η，通過人體關節(jié)點的離散程度表示大致姿勢：

7.根據權利要求1所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，設備通過電源軟導線相互連接導線均在設備內部與自行車車身中空的內芯部分，三維動作捕捉相機由導線應道自行車與地面的固定段，聚集成一束連接到顯示屏內的主控系統；所述顯示屏顯示的內容分為兩塊,即左部分顯示與右部分顯示；所述左部分顯示為運動員騎行的運動狀態(tài)的3d視圖，右部分顯示為標準的運動狀態(tài)的3d視圖，運動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，再根據發(fā)聲器的提示進一步加強訓練效果。

8.根據權利要求2所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，所述握力傳感器位于兩側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，為三行兩縱列，分布在圓柱形握把上端的左右兩側表面的壓力感受器，握把內部裝有握力壓力分析器，與顯示屏中的主控模塊相連。

9.根據權利要求6所述的一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，其特征在于，所述三維動作捕捉相機設置有4個，其分別置于室內騎行自行車前端、左端、右端、后端的保護圍欄擋板的支架上，前置三維動作捕捉相機用于捕捉運動員身體上肢，即大臂、小臂、肩膀、頭部的大致位置，后置三維動作捕捉相機用于捕捉運動員背部，股部的三維位置狀況，左右放置的三維動作捕捉相機用于校準數據。

技術總結
本發(fā)明提供一種用于室內自行車安全騎行訓練的姿勢矯正系統，包括握力傳感器、裝有光學式動作捕捉技術系統設備的訓練衣、動作捕捉相機、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行規(guī)范與調整，也可以減少因為動作不規(guī)范，而造成的騎行費力，肩部、股部、脊椎的損傷。它可以實時反映騎行者的騎行姿勢，手握力度，提高了騎行者訓練的效率，促進自行車運動更好地融入人們的運動生活之中，同時也體現了“智慧體育”的概念。

技術研發(fā)人員：王廣旭,周瑞,于瑋
受保護的技術使用者：南通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/1/12

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