[发明专利]一种基于智能鞋的运动测量及动画反馈系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实时监测运动状态的系统，具体涉及一种基于智能鞋的运动技术测量系统。本发明可应用在智能远程运动技术学习（智能教练系统）或者运动游戏的人机交互。 

背景技术

人体运动中的参数比如人体重心位置，速度，步频，步幅，起跳的高度都对运动技术评估以及能量消耗的估算都非常重要，但是这些参数的获取并不容易。在实验室条件下，一般采用多台高速摄像机对运动员进行拍摄，通过电脑合成人体运动的空间三维坐标，结合人体模型算出重要的参数。显然，普通人运动不可能在这样的条件下获取运动参数。目前测量普通人运动参数的主要办法是测量步数，通过估计步幅长度，得到运动的速度，里程等参数，误差较大。近年来另一种测量跑步距离和速度的方式是运用GPS 定位，但是这种方法需要特制的GPS 装置，比较昂贵，而且无法在室内使用。除了运用多台摄像机拍摄的方式，其他方式只能取得运动的简单参数，无法实时反馈运动者的动作图像，运动者无法直观看到自己的动作。

发明内容

将人体运动中的各个部位的空间位置记录下来可以评估运动技术，计算能量消耗，更能提供人机交互动画反馈，也是远程运动监控，智能教练系统的关键。

但是现有的技术需要昂贵的实验室设备才能记录人体运动的空间位置，普通运动者根本不可能将平时运动时的身体姿势数字化完成人机交互。本发明意在创造一种简易，实用，价格低廉，误差较小的系统能完成对以下肢为主的运动的数字化，并将人体动作以动漫的方式提供反馈, 是人机交互技术的一大突破。本发明所采用的技术方案为：一种基于智能鞋的运动测量及动画反馈系统，包括运动测量单元，无线传输单元和反馈单元，无线传输单元，将运动测量单元获取的数据传输到反馈单元。

所述运动测量单元由一个三轴加速度传感器和多个压力传感器组成, 将该单元安装在鞋底，三轴加速度传感器测量三个轴的加速度，通过对加速度积分，可以得到足的速度，压力传感器用来测量足底的压力中心；所述反馈单元将存有人体运动初始状态的数据，及初始状态人体的姿态，也就是存有人初始状态足，膝，髋，肩，肘，手的位置。受试者的初始状态需要与反馈单元中的人体运动初始状态一致。根据初始状态以及运动单元测得足的速度，足底压力中心的轨迹，足支撑的时间等参数转换为运动中足的即刻位置，重心的即刻位置，再根据重心的位置和轨迹，大致推断出髋，肩的即刻位置，单元立刻根据我们在三维人体运动实验室里获得的该动作的人体运动中各关节的相对位置的数据库，获得膝关节位和肘关节和手的即刻位置，随后提供完整的人体实时动画反馈。

本发明获得的有益技术效果为：将人体运动中的各个部位的空间位置记录下来可以评估运动技术，计算能量消耗，更能提供人机交互动画反馈，简易，实用，价格低廉的系统能完成对以下肢为主的运动的数字化，并将人体动作以动漫的方式提供反馈, 是人机交互技术的一大突破。

附图说明

本发明实施原理示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1 所示，一种基于智能鞋的运动测量及动画反馈系统，包括运动测量单元，无线传输单元和反馈单元，无线传输单元，将运动测量单元获取的数据传输到反馈单元。运动测量单元由一个三轴加速度传感器和多个压力传感器组成, 将该单元安装在鞋底，三轴加速度传感器测量三个轴的加速度，通过对加速度积分，可以得到足的速度，压力传感器用来测量足底的压力中心的轨迹，鞋底压力传感器测试足底的压力一秒钟采集15-20 次，采集的数据经过滤波以及微处理器计算获得足底压力中心轨迹以及足触地的开始时刻和结束时刻；反馈单元将存有人体运动初始状态的数据，及初始状态人体的姿态，也就是存有人初始状态足，膝，髋，肩，肘，手的位置。根据初始状态以及运动单元测得足的速度，足底压力中心的轨迹，足支撑的时间等参数转换为运动中足的即刻位置，重心的即刻位置，再根据重心的位置和轨迹，大致推断出髋，肩的即刻位置，随后根据动作的特点以及人体运动中个关节关系的数据库，获得膝关节位和肘关节和手的即刻位置，随后提供完整的人体实时动画反馈。