[实用新型]一种挥杆/拍辅助训练装置

说明书

技术领域

本实用新型是关于传感器技术及图像技术，特别是关于一种挥杆/拍辅助训练装置。

背景技术

在体育运动如打高尔夫球、网球等训练中，如果能够通过恰当的运动捕捉装置把人体的挥杆动作捕捉下来进行分析，将大大促进训练的效率并更能更有效的对动作进行纠正。当前的运动捕捉技术主要包括以下几种：

机械式运动捕捉：机械式运动捕捉依靠机械装置来测量运动，该机械装置由多个关节和刚性连杆组成，在关节处装有角度传感器以测量关节角度变化，刚性连杆也可以换成长度可变的伸缩杆，并安装位移传感器以测量长度的变化。机械式运动捕捉通过将待捕捉的物体与机械装置相连，运动物体带动机械装置运动，从而通过机械装置上的传感器记录下待测物体运动。机械式运动捕捉成本低、标定简单、精度较高并且容易实现实时数据捕捉而不受场地限制。但是机械式方式难以实现对于多自由度的关节运动捕捉，同时由于自身尺寸和重量，对待测物体的运动（特别是剧烈运动）造成比较严重的阻碍和干涉，因而这种运动捕捉方式并不适合运动训练的运动捕捉。

电磁式运动捕捉：电磁式运动捕捉的系统一般由发射源、接收器和数据处理单元组成。发射源产生按一定时空分布的电磁场；接收器安装在待测物体的关键位置，接收器跟随待测物体而运动，并将接收到的信号通过有线方式传递给数据处理单元。这种运动捕捉方式不仅能够得到空间位置信息，还能得到方位信息，并且实时性好，成本相对较低。但是这种运动捕捉方式对于环境要求严格，比如附近不能有金属物品，有线电缆对物体的运动限制比较大，而且采样频率较低，因而同样不适合运动较剧烈的运动训练的动作捕捉。

声学式运动捕捉：声学式运动捕捉的装置与电磁式运动捕捉比较类似，由超声发射器、接收器和处理单元组成。它将多个发射器固定在待测物体的各个部位，发射器持续发出超声波，每个接收器通过计算声波从发射器到接收器的时间得出发射器与接收器之间的距离，3个构成三角形的接收器就可以确定发射器的空间位置。声学式运动捕捉成本较低，但是精度较差并且要求发射器与接收器之间无遮挡，因而同样不太适合运动训练。

光学式运动捕捉：光学式运动捕捉的系统通常包含环绕待测物体排列的6～8个相机，待测物体的运动范围处于相机的重叠区域。待测物体的关键部位贴上一些特质的反光点或者发光点，作为视觉识别和处理的标志。系统标定后，相机连续拍摄物体的运动并把图像序列保存下来进行分析和处理，计算每一个标志点在某一瞬间的空间位置，并从而得到其准确的运动轨迹。光学式运动捕捉的优点是没有机械装置、有线电缆等的限制，允许物体的运动范围较大，并且采样频率较高，能够满足多数体育运动测量的需要。但是这种系统价格昂贵，系统的标定比较繁琐，只能捕捉相机重叠区域的物体运动，而且当运动比较复杂时，标志容易混淆和遮挡，从而产生错误的结果。

基于惯性传感器的运动测量：传统的机械式惯性传感器长期应用于飞机、船舶的导航，随着微机电系统（MEMS）技术的高速发展，微型惯性传感器的技术成熟，近年来，人们开始尝试基于微型惯性传感器的运动捕捉。基本方法是把惯性测量单元（IMU）连接到待测物体上并跟随待测物体一起运动。惯性测量单元通常包括微加速度计（测量加速度信号）以及微陀螺仪（测量角速度信号），通过对加速度信号的二次积分以及陀螺仪信号的积分，可以得到待测物体的位置信息以及方位信息。由于MEMS技术的应用，IMU的尺寸和重量可以做的很小，从而对待测物体的运动影响很小，并且对于场地的要求低，允许的运动范围大，同时系统的成本比较低，比较适合运动训练的运动捕捉。该技术的缺点是传感器的积分容易产生漂移，并且传感器本身容易受到干扰，因而对系统设计的要求比较高。

美国专利US7283647揭示了采用图像分析的方法对高尔夫球挥杆训练的运动测量和分析的方法。该方案主要对高尔夫球的推杆运动进行测量和分析，同时也能对挥杆动作进行测量，其具体的实施方法是：把一种光学反射单元贴到高尔夫球推杆表面,用一个或者多个相机进行拍摄，拍摄的数据送往计算机处理中心。计算机处理中心包含一个数字图像处理模块，该数字图像处理模块通过搜索记录图像中贴在球杆上的反光单元来监测杆头；计算机处理中心还包含一个分析模块通过监测到的杆头来计算杆头的运动特性；计算机处理中心还包含一个校准模块对镜头等原因造成的误差进行修正。计算机处理中心还包括一个触发模块，一旦检测到高尔夫球被击打，则启动上面的几个模块对球杆的运动进行测量和分析。