CN104457752A - 运动轨迹感测系统及其运动轨迹收集方法 - Google Patents

Abstract

一种运动轨迹感测系统，用于收集待测物的多个感测点的运动轨迹，其包含多个感测器、一主机和一电子装置。多个感测器用于输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值。主机包含用于产生多维坐标信号和感测数值的单元，以及根据待测物的每一感测点相应的多维坐标信号和感测数值，构建出每一感测点的运动轨迹的运动轨迹构建单元。电子装置包含比对单元和判断单元；比对单元用于将待测物的运动轨迹与标准运动轨迹信息进行比对，获取误差值；判断单元用于判断误差值是否大于预设值，如果误差值大于预设值，则判定至少一感测点的运动轨迹错误。

Description

运动轨迹感测系统及其运动轨迹收集方法

技术领域

本发明是涉及一种运动轨迹感测系统及其运动轨迹收集方法，特别是涉及一种用于收集待测物在运动期间的各种物理量的运动轨迹感测系统及其运动轨迹收集方法。

背景技术

随着科技与运动的相互结合，发展出各式各样的运动辅助设备。使用者可通过运动辅助设备收集运动时的各种数据，例如，通过特定的信号收集单元收集某一特定部位在运动期间所行经的所有坐标值，进而获取此部位在运动时的行经路径。

现有的其中一种运动辅助设备是必须设置在一个空旷的空间中，并且在此空间中多个不同的定点架设有多台摄影机。通过架设在不同定点的摄影机，捕捉运动员在每一时间点中每一视角的运动状态。在获取所需的影像后，利用计算机进行分析运动员的某一特定部位在每一时间点所行经的坐标位置，进而分析出此部位的行经路径。显然地，这种运动辅助设备的结构复杂并且在使用上容易受空间与地点的限制。

再者，对于某些特定的运动，例如着重在肢体旋转的角度或特定部位的施放力量的运动，仅获取此运动的行经路径，对于使用者而言，其参考价值并不大。

有鉴于此，必须提供一种运动轨迹感测系统，其结构简单且在使用上不受空间与地点的限制。除此之外，此运动轨迹感测系统除了可用于获取使用者在运动期间的行经路径以外，还可获取运动时的各种物理量，例如旋转角度和力量。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种运动轨迹感测系统，其结构简单并且可用于获取待测物的包含行经路径、旋转角度和力量的运动轨迹。并且，通过在本发明的运动轨迹感测系统中预先建立标准运动轨迹信息，可以分析当前的运动轨迹是否正确。

为达成上述目的，本发明提供了一种运动轨迹感测系统，用于收集待测物的多个感测点的运动轨迹，其包含：多个感测器，用于分别感测多个感测点并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值。主机，与多个感测器连接并包含：监测单元，用于接收多个感测器的多个多维坐标值，并且分别相应产生一多维坐标信号；分析单元，用于接收多个感测信号，并且将多个感测信号数值化，以产生多个感测数值；以及运动轨迹构建单元，根据待测物的每一感测点相应的多维坐标信号和感测数值，构建出每一感测点的运动轨迹。以及电子装置，与主机连接，包含：标准数据库，储存有至少一标准运动轨迹信息；比对单元，用于将待测物的每一感测点的运动轨迹与标准数据库的标准运动轨迹信息进行比对，获取误差值；以及判断单元，判断比对单元所获取的误差值是否大于预设值，若误差值大于预设值，则判断单元判定至少一感测点的运动轨迹错误而发出一错误信号。

在本发明一优选实施例当中，主机进一步包含定位单元，用于获取主机的绝对位置信息以及每一感测器与主机之间的初始相对坐标值，并且监测单元是根据每一感测器的初始相对坐标值和多个多维坐标值分别相应产生多维坐标信号。

在本发明一优选实施例当中，多个感测器包含陀螺仪感测器和加速度感测器，并且感测信号包含旋转角度信号和加速度信号。

在本发明一优选实施例当中，电子装置进一步包含：模型构建单元，根据参考模型与待测物的每一感测点对应的多维坐标信号以构建待测物模型，其中待测物模型包含每一感测点所对应的质量信息；以及计算单元，根据每一感测点的质量信息与加速度信号计算出感测点的力量。

在本发明一优选实施例当中，主机、多个感测器及电子装置分别包含通信单元，用以进行数据的传递，其中通信单元包含蓝牙单元。

本发明的另一目的在于提供一种运动轨迹收集方法，适用于运动轨迹感测系统，其用于收集待测物的多个感测点的运动轨迹，方法包含下列步骤：利用多个感测器分别感测多个感测点，并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值；利用监测单元接收多个感测器的多个多维坐标值，并且分别相应产生一多维坐标信号；利用分析单元接收多个感测信号，并且将多个感测信号数值化，以产生多个感测数值；利用运动轨迹构建单元根据待测物的每一感测点相应的多维坐标信号和感测数值，构建出每一感测点的运动轨迹；利用比对单元将待测物的每一感测点的运动轨迹与标准数据库的标准运动轨迹信息进行比对，获取误差值；以及利用判断单元判断比对单元所获取的误差值是否大于预设值，若误差值大于预设值，则判断单元判定至少一感测点的运动轨迹错误并发出一错误信号。

在本发明一优选实施例当中，在利用多个感测器分别感测多个感测点，并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值之前，进一步包含下列步骤：将多个感测器和与多个感测器相连的主机放置于预设位置；以及利用定位单元获取主机的绝对位置信息以及每一感测器与主机之间的初始相对坐标值，并且监测单元是根据每一感测器的初始相对坐标值和多个多维坐标值分别相应产生多维坐标信号。

在本发明一优选实施例当中，进一步包含：利用模型构建单元根据参考模型与待测物的每一感测点对应的多维坐标信号以构建待测物模型，其中待测物模型包含每一感测点所对应的质量信息；以及利用计算单元根据每一感测点的质量信息与加速度信号计算出感测点的力量。

本发明通过多个感测器记录待测物的多个感测点的多个与物理信息相关的感测信号(例如位置、速度、加速度及力量等信息)和多维坐标值，计算出每一感测点的运动轨迹，并根据参考模型与每一感测点的运动轨迹以构建待测物模型。同时，本发明通过一比对单元将待测物的待测物模型与标准运动轨迹信息相互比较，便可以清楚的判断出待测物的运动轨迹是否正确，进而改善待测物的动作，以达到更佳的运动效果。

附图说明

图1，绘示本发明一优选实施例所述的运动轨迹感测系统的示意图；

图2，绘示本发明一优选实施例所述的运动轨迹收集方法的流程图。

【符号说明】

100待测物；        110感测点；

200感测器；        210第一通信单元；

300主机；          310监测单元；

320分析单元；      330运动轨迹构建单元；

340定位单元；      350第二通信单元；

400电子装置；      410标准数据库；

420比对单元；      430判断单元；

440模型构建单元；  450计算单元；

460第三通信单元；  S110～S160步骤。

具体实施方式

为了让本发明所述的上述及其他目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

请参照图1，绘示本发明一优选实施例所述的的运动轨迹感测系统，包含多个感测器200、主机300和电子装置400。多个感测器200分别设置在待测物100的多个感测点110上，用于分别感测多个感测点110的动作，并且每一感测器200配置第一通信单元210，通过第一通信单元210将感测器200感测到的各感测点110的动作输出成相应的多个感测信号和多个多维坐标值。待测物100可为人类、动物或者是各种精密电子设备，例如机器人或机械手臂。在应用上，感测器200可通过粘贴式、穿戴式或者是嵌入式等多种方法设置在多个感测点110上，并且主机300可通过穿戴式的方式配置于待测物100之上。

如图1所示，主机300包含监测单元310、分析单元320、运动轨迹构建单元330、定位单元340和第二通信单元350。监测单元310用于接收感测器200所输出的多个多维坐标值，进而相应产生多维坐标信号，其中所谓多维坐标信号包括感测器200在立体空间的XYZ坐标以及旋转角度搭配时间的所有信息。更明确地说，在本发明所述的运动轨迹感测系统启动前，先将多个感测器200和主机300放置在一个预设位置，其中预设位置可以为一特定位置以便于获取每一感测器200与主机300之间的相对距离；再将主机300启动，并且通过主机300的定位单元340获取主机当前的数值化的绝对位置信息，例如，绝对坐标和高度信息。在此预设的位置上，每一感测器200与主机300之间的相对距离为已知，因此定位单元340除了可获取每一感测器200与主机300之间的初始相对坐标值以外，也可根据主机300的绝对位置信息与感测器之间的初始相对坐标值进而获取每一感测器200的初始绝对坐标值。接着，启动多个感测器200并将感测器200配置于待测物100的各个感测点110上以进行多维坐标值的收集。主机300的监测单元310根据每一感测器200的初始相对坐标值和多个收集到的多维坐标值相应产生上述的多维坐标信号。应当注意的是，本发明所述的定位单元340可为一种室内定位系统，使得本发明所述的运动轨迹感测系统在使用上不会因为待测物100运动的定点而受到限制。

另一方面，每一感测器200所输出的感测信号经由主机300的分析单元320作进一步的分析。更明确的说，本发明所述的感测器200包含陀螺仪感测器和加速度感测器，因此相应输出的感测信号包含旋转角度信号和加速度信号。此外，在启动感测器200的顺序上，可先启动陀螺仪感测器以收集每个时间点的多维坐标值，之后再启动加速度感测器。接着，分析单元320将所接收的感测信号数值化，以产生多个感测数值。

在产生相应的多维坐标信号和感测数值之后，利用运动轨迹构建单元330根据待测物100的每一感测点110相应的多维坐标信号和感测数值，构建出每一感测点110的运动轨迹。

如图1所示，电子装置400包含标准数据库410、比对单元420、判断单元430、模型构建单元440、计算单元450和第三通信单元460。标准数据库410用于提供标准运动轨迹信息，其中标准运动轨迹信息包含待测物100当前所进行的运动中，每一感测点110所对应的标准物理量。之后通过比对单元420将待测物100的每一感测点110的运动轨迹与标准数据库410的标准运动轨迹信息进行比对，以获取待测物100当前每一感测点110的运动轨迹与标准运动轨迹信息之间的误差值。再者，利用判断单元430判断比对单元420所获取的误差值是否大于预设值，其中所述预设值可为使用者所预先输入的一个特定数值范围或数值。如果比对后的误差值大于预设值，判断单元430则会判断至少一感测点110当前的运动轨迹错误而发出错误信号。使用者可通过发出的错误信号立即修正此感测点110当前的运动轨迹，例如转动的角度或移动的距离。

在应用上，感测器200、主机300和电子装置400之间互为无线连接，分别利用各自的通信单元(第一通信单元210、第二通信单元350、第三通信单元460)来进行数据的传递，其中第一通信单元210、第二通信单元350、第三通信单元460利用低功耗的方式进行数据的传输，例如蓝牙。

另外，电子装置400的模型构建单元440可根据预先建立的参考模型与待测物100的每一感测点110对应的多维坐标信号，以构建出待测物模型。应当注意的是，上述的参考模型可由使用者预先输入与待测物100的每一感测点110相关的物理量(例如质量)以及任两个感测点110之间相关的物理量(例如长度)而形成，或者是，使用者预先输入与待测物100相关的基本数据(例如物种、性别、国籍、年龄…等等)，之后通过一个依照国际标准所建立的生物标准模型数据库而形成上述的参考模型。因此，所获得的待测物模型包含每一感测点所对应的质量信息。电子装置400的计算单元450根据每一感测点100的质量信息与加速度信号计算出感测点110的力量。也就是说，电子装置400的比对单元420除了可比对待测物100的感测点110当前的位置、角度和加速度以外，还以进一步比对感测点110当前所施放的力量，再通过判断单元430判断感测点110的力量的误差值是否大于预设值。

另一方面，电子装置400可与云端服务平台相连接，以进行与待测物100相关的运动轨迹信息的传输，进而获得多元的信息服务。再者，通过与云端服务平台连结，电子装置400的模型构建单元440在构建参考模型时，可获得更为符合现今物种的相关参考模型信息。

请参考图2，其绘示本发明优选一实施例所述的运动轨迹收集方法的流程图。此方法中所适用的运动轨迹感测系统请参考图1所示，不再赘述。

首先，执行步骤S110，利用多个感测器分别感测多个感测点的动作，并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值。

接着，执行步骤S120，利用监测单元接收多个感测器的多个多维坐标值，并且分别相应产生多维坐标信号。更明确的说，上述多维坐标信号获取的步骤可包含：将多个感测器和与多个感测器相连的主机放置于预设位置，接着利用定位单元获取主机的绝对位置信息以及每一感测器与主机之间的初始相对坐标值，并且监测单元是根据每一感测器的初始相对坐标值和多个多维坐标值相应产生多维坐标信号。

接着，执行步骤S130，利用分析单元接收多个感测信号，并且将多个感测信号数值化，以产生多个感测数值。

接着，执行步骤S140，利用运动轨迹构建单元根据待测物的每一感测点相应的多维坐标信号和感测数值，构建出每一感测点的运动轨迹。应当注意的是，如同上述，本发明所述的运动轨迹感测系统的感测器包含陀螺仪感测器和加速度感测器，用以收集旋转角度信号和加速度信号。因此，本发明在产生待测物每一感测点相应的多维坐标信号和感测数值后，可进一步包含步骤：利用模型构建单元根据参考模型与待测物的每一感测点对应的多维坐标信号以构建待测物模型，其中待测物模型包含每一感测点所对应的质量信息。并且，利用计算单元根据每一感测点的质量信息与加速度信号计算出感测点的力量。

接着，执行步骤S150，利用比对单元将待测物的每一感测点的运动轨迹与标准数据库的标准运动轨迹信息进行比对，获取误差值。应当注意的是，如同上述，本发明可通过模型构建单元和计算单元获取每一感测点的质量信息，进而获得所对应的力量。因此，比对单元除了可比对待测物的感测点当前的位置、角度和加速度以外，还以进一步比对感测点当前所施放的力量。

接着，执行步骤S160，利用判断单元判断比对单元所获取的误差值是否大于预设值，如果误差值大于预设值，则判定至少一感测点的当前运动轨迹错误并发出错误信号。使用者可以根据发出的错误信号修正此感测点的当前运动轨迹，例如转动的角度或移动的距离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种运动轨迹感测系统，用于收集一待测物的多个感测点的运动轨迹，其特征在于，包含：多个感测器，用于分别感测所述多个感测点并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值；

一主机，与所述多个感测器连接，包含：

一监测单元，用于接收所述多个感测器的所述多个多维坐标值，并且分别相应产生一多维坐标信号；

一分析单元，用于接收所述多个感测信号，并且将所述多个感测信号数值化，以产生多个感测数值；以及

一运动轨迹构建单元，根据所述待测物的每一所述感测点相应的所述多维坐标信号和所述感测数值，构建出每一所述感测点的运动轨迹；以及

一电子装置，与所述主机连接，包含：

一标准数据库，储存有至少一标准运动轨迹信息；

一比对单元，用于将所述待测物的每一所述感测点的所述运动轨迹与所述标准数据库的所述标准运动轨迹信息进行比对，获取一误差值；以及

一判断单元，判断所述比对单元所获取的所述误差值是否大于一预设值，若所述误差值大于所述预设值，则所述判断单元判定至少一所述感测点的所述运动轨迹错误而发出一错误信号。

2.如权利要求1所述的运动轨迹感测系统，其特征在于，所述主机进一步包含一定位单元，用于获取所述主机的一绝对位置信息以及每一所述感测器与所述主机之间的一初始相对坐标值，并且所述监测单元是根据每一所述感测器的所述初始相对坐标值和所述多个多维坐标值分别相应产生所述多维坐标信号。

3.如权利要求1所述的运动轨迹感测系统，其特征在于，所述多个感测器包含一陀螺仪感测器和一加速度感测器，并且所述感测信号包含一旋转角度信号和一加速度信号。

4.如权利要求3所述的运动轨迹感测系统，其特征在于，所述电子装置进一步包含：

一模型构建单元，根据一参考模型与所述待测物的每一所述感测点对应的所述多维坐标信号以构建一待测物模型，其中所述待测物模型包含每一所述感测点所对应的一质量信息；以及

一计算单元，根据每一所述感测点的所述质量信息与所述加速度信号计算出所述感测点的力量。

5.如权利要求1所述的运动轨迹感测系统，其特征在于，所述主机、所述多个感测器及所述电子装置分别包含一通信单元，用以进行数据的传递，且所述通信单元包含蓝牙单元。

6.一种运动轨迹收集方法，适用于一运动轨迹感测系统，所述运动轨迹收集方法用于收集一待测物的多个感测点的运动轨迹，其特征在于，包含下列步骤：

利用多个感测器分别感测所述多个感测点，并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值；

利用一监测单元接收所述多个感测器的所述多个多维坐标值，并且分别相应产生一多维坐标信号；

利用一分析单元接收所述多个感测信号，并且将所述多个感测信号数值化，以产生多个感测数值；

利用一运动轨迹构建单元根据所述待测物的每一所述感测点相应的所述多维坐标信号和所述感测数值，构建出每一所述感测点的所述运动轨迹；

利用一比对单元将所述待测物的每一所述感测点的所述运动轨迹与一标准数据库的一标准运动轨迹信息进行比对，获取一误差值；以及

利用一判断单元判断所述比对单元所获取的所述误差值是否大于一预设值，若所述误差值大于所述预设值，则所述判断单元判定至少一所述感测点的所述运动轨迹错误并发出一错误信号。

7.如权利要求6所述的运动轨迹收集方法，其特征在于，在利用多个感测器分别感测所述多个感测点，并输出相应的多个感测信号和多个多维坐标值之前，进一步包含下列步骤：

将所述多个感测器和与所述多个感测器相连的一主机放置于一预设位置；以及

利用一定位单元获取所述主机的一绝对位置信息以及每一所述感测器与所述主机之间的一初始相对坐标值，并且所述监测单元是根据每一所述感测器的所述初始相对坐标值和所述多个多维坐标值分别相应产生所述多维坐标信号。

8.如权利要求6所述的运动轨迹收集方法，其特征在于，所述多个感测器包含一陀螺仪感测器和一加速度感测器，并且所述感测信号包含一旋转角度信号和一加速度信号。

9.如权利要求8所述的运动轨迹收集方法，其特征在于，进一步包含下列步骤：利用一模型构建单元根据一参考模型与所述待测物的每一所述感测点对应的所述多维坐标信号以构建一待测物模型，其中所述待测物模型包含每一所述感测点所对应的一质量信息；以及

利用一计算单元根据每一所述感测点的所述质量信息与所述加速度信号计算出所述感测点的力量。

10.如权利要求6所述的运动轨迹收集方法，其特征在于，所述主机、所述多个感测器及所述电子装置分别包含一通信单元，用以进行数据的传递，且所述通信单元包含蓝牙单元。