CN106422274A - 一种基于多传感器的瑜伽评估系统 - Google Patents

Abstract

一种基于多传感器的瑜伽动作评估系统，用于评估瑜伽动作是否标准，动作持续时间是否足够。该评估系统包括数据库、可穿戴装置、服务器、弱磁信号采集模块、客户端以及控制端；数据库是用于存储完成一个标准瑜伽动作的相关数据；可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、弱磁信号采集模块、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块以及无线模块；加速度计、陀螺仪、磁强计、气压计计算出速度、角度、位移以及高度；计时模块对人保持一个瑜伽动作时间进行测量；弱磁信号采集模块测量人体磁场来分析人体的各种肌肉运动状况和器官健康状况；无线模块用于传输数据；服务器系统软件对数据进行存储与对比分析，并及时反馈到客户端。

Description

一种基于多传感器的瑜伽评估系统

技术领域

本发明涉及到动作识别以及评估，具体为多传感器的瑜伽动作识别与评估系统。

背景技术

随着社会的发展，人的生活节奏也在不断的加快、社会的竞争也日益激烈，这些因素在不同的程度上对人们的身心造成了影响，因此人们对健康的关注程度也随之日益提高。

瑜伽不同于其他的健身运动，它通过呼吸调息、动静平衡、身心统一等要诀来刺激身体恢复本身的自觉与自愈，改变人的亚健康状态。通过瑜伽的练习，健身者的心肺功能增强，肺活量、心功能指数都有着显著性的改变。在已有的技术下，瑜伽的练习通常是在瑜伽会馆里，健身者需要缴纳一定的费用，由瑜伽教练进行现场教学及指导，当健身者人数较多时，瑜伽教练并不能顾及到每一位健身者，对每一位健身者的每一位动作进行指导，但是如果进行小班教课，又会使健身者的费用增加以及瑜伽会馆的成本也会增加，智能化程度较低，效率较低，瑜伽效果欠佳。

因此，现有的瑜伽技术需要进一步的发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多传感器的瑜伽评估系统，解决健身者在进行瑜伽健身过程中的“无法确定瑜伽动作是否标准”“无法及时纠正瑜伽动作”和“缺少系统的健身评估与反馈机制”等问题。

本发明所述一种基于多传感器的运动评估系统，其特征在于：包括数据库、可穿戴装置、服务器、弱磁信号采集模块、客户端以及控制端；数据库是用于存储完成一个标准瑜伽动作相关的速度、角度、位移、数字信号、高度以及时间等范例信息；可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、弱磁信号采集模块、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块、声音模块以及无线模块；加速度计、陀螺仪、磁强计、气压计用于计算健身者在做瑜伽动作时的速度、角度、位移以及高度；计时模块对健身者保持一个瑜伽动作时间进行测量；弱磁信号采集模块采集健身者在运动过程中磁场的变化；无线模块将实际测量和计算结果发给服务器；服务器系统软件对数据进行存储，并且与存储在数据库里对应的范例信息进行对比分析，判断瑜伽动作是否标准以及保持时间是否足够，并及时反馈到客户端。

本发明具体包括以下步骤：

步骤1)服务器系统中读取数据库里一套瑜伽动作的范例信息，范例信息包括编号、瑜伽动作名称、惯性信息以及其他一些信息；

步骤2)健身前，健身者穿上可穿戴装置，按下“电源开关”按钮，人保持站立的姿态，将“初始化”拨动开启，记录下相关数据，实现系统初始化的目的；

步骤3)拨动“开始”按钮，健身者开始做瑜伽，在运动过程中，可穿戴装置中的传感器实时测量当前角速度、线加速度、气压强度、磁场变化量以及运动时间等信息，无线模块将采集到的信息传送给服务器；

步骤4)服务器中的系统软件对采集的信息进行处理，再经由CPU模块进行温度补偿以及算法滤波后，得到健身者的实时状态，包括速度、角度、位移、高度、姿态、磁场变化量引出的数字信号变化量等信息；

步骤5)将上述的信息与存储在服务器系统里对应的范例信息进行比较，取得两者之间的相似度，当计算出的相似度低于百分之九十五的时候，服务器系统提示健身者在做此动作的时候，身体的哪个部位的运动的输出值是没有达到预设值、其误差是多少；

步骤6)健身者开始纠正，当实时计算出的相似度高于百分之九十五的时候，提示动作到位。此刻健身者保持不动，系统开始自动计时，在计时过程中，健身者自行结束此动作，则计时结束，保存相关信息；或时间到达预设定的值，则系统提示此动作结束，保存相关信息；

步骤7)服务器显示下一个瑜伽动作的编号以及名称，重复以上步骤3)、步骤4)、步骤5)、步骤6)；在此过程中，健身者若不能继续下去，可自行按下“停止”按钮，此时，服务器记录当前的瑜伽编号、名称以及其他信息；

步骤7)健身结束，关闭电源开关。由服务器中的评估系统对此次瑜伽健身进行评估，并给出相应的评价与建议；

步骤8)健身者可以通过客户端访问服务器，查看此次的健身情况以及体能评估，再对比之前的健身情况以及体能评估，做出相应的调整；瑜伽教练则可以通过控制端随时掌握健身者的健身情况，并有针对性的督促其调整健身方案。

所述设备的初始化包括计数器清零、可穿戴装置设备的初始姿态校准和对内部程序的刷新。

所述的加速度计、陀螺仪、气压计以及磁强计分别输出速度增量、角增量、地球磁场强度、自身的磁场变化值，再通过姿态解算和导航结算来获得姿态信息、位置信息；所述磁信号变化是基于弱磁信号采集模块来实现的；弱磁信号采集模块通过检测到磁信号的变化，将磁信号转换成数字信号输出。由于加速度计、陀螺仪等惯性元器件自身存在着漂移以及噪声信息，计算值存在着累计误差。本系统使用气压计以及卡尔曼滤波对累计误差进行修正，使惯性信息得到稳定的输出。

所述健身评估系统标准包括：瑜伽动作的完成个数、健身过程中平均速度快慢、保持动作的时间长短以及动作是否具有规律性；其中瑜伽动作的个数由上述数据库里的编号数，保持动作的时间长短计由计时器提供；瑜伽动作的平均速度等于运动总时间除以个数，运动总时间以及单个瑜伽动作时间由计时器实时测量获得。所述动作规律性是由单个瑜伽动作的完成时间来表示的，如果时间保持在一定的范围内，表示动作是具有规律性的，反之，则表示动作不具有规律性。

本发明的有益效果为：

1.本发明制造简单，结构简单，使用方便。可以实现准确实时地输出动作信息，能够有效地帮助健身者调整动作，监测动作的发力是否到位，达到健身的真正的目的。

2.本发明采用无线模块进行数据的输出，能耗低，避免了同频信号的干扰，同时无线模块的安装也较灵活。并且不需要特定场地，因此制造成本低。

3.本发明利用弱磁信号采集模块、加速度、陀螺仪检测健身者在瑜伽健身的过程中，肌肉发力是否正确，做到及时调整健身者的状态。

4.本发明中采用的算法可以计算出精确的相关的惯性数据，因此系统评估的准确性得到提高。

5.本发明通过测量数据，可以对健身者的健身情况进行分析与评估，实现在功能性与精确性方面的巨大提高。

附图说明

图1为本发明的瑜伽评估系统的结构示意图。

图2为本发明的瑜伽动作判断与评估系统的原理图。

图3为本发明的可穿戴装置安装与实际健身的示意图。

图4为本发明的瑜伽动作判断与评估系统的实施流程图。

图5、6为本发明瑜伽健身的评估系统的评价标准。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明。

如图1，一种基于多传感器的瑜伽评估系统包括数据库、可穿戴装置、服务器、弱磁信号采集模块、客户端以及控制端；数据库是用于存储完成一个标准瑜伽动作相关的速度、角度、位移、数字信号、高度以及时间等范例信息；可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、弱磁信号采集模块、CPU模块、电源模块、计时模块、声音模块、显示模块以及无线模块；加速度计、陀螺仪、磁强计、气压计用于计算健身者在做瑜伽动作时的速度、角度、位移以及高度；计时模块对健身者保持一个瑜伽动作时间进行测量；弱磁信号采集模块采集健身者在运动过程中磁场的变化；无线模块将实际测量和计算结果发给服务器；服务器系统软件对数据进行存储，并且与存储在数据库里对应的范例信息进行对比分析，判断瑜伽动作是否标准以及保持时间是否足够，并及时反馈到客户端；显示模块和声音模块则是提示和显示此动作的错误在哪里，健身者可以及时纠正错误。

如图2、3，运动时，将可穿戴安装在健身者身上：随着健身者在运动的过程中，装置内部的传感器将实时输出健身者的状态数据，如加速度、角速度、气压强度等数据，再通过姿态解算与导航解算获取健身者的速度、角度、位移、高度等信息；通过以上信息与数据库里的范例信息进行对比分析，判断瑜伽动作是否标准；若健身者的动作存在错误的地方，系统及时提醒，健身者进行及时的纠正；再结合瑜伽动作的个数、计时器输出的时间值一，对健身者的健身情况进行合理有效地评估。

如图4，为本发明所述方法在具体应用中的流程图，使用本发明所述方法在进行具体应用时的步骤如下：

步骤S1，健身前，健身者穿上可穿戴装置，按下“电源开关”按钮，健身者保持站立的姿态，将“初始化”拨动开启，记录下相关数据，实现系统初始化的目的。

步骤S2，服务器系统中读取数据库里一套瑜伽动作的范例信息，范例信息包括编号、瑜伽动作名称、惯性信息以及其他一些信息。

步骤S3，拨动“开始”按钮，健身者开始做瑜伽动作。

步骤S4，健身者自行调整自己的瑜伽动作。

步骤S5，服务器中的系统软件对采集的信息进行处理，再经由CPU模块进行温度补偿以及算法滤波后，得到健身者的实时状态，包括速度、角度、位移、高度、姿态、磁场变化量引出的数字信号变化量等信息。

步骤S6，将实时信息与对应的范例信息进行比较，取得两者之间的相似度。

步骤S7，判断相似度是否大于百分之九十五，如果大于百分之九十五，则执行步骤S7，如果小于百分之九十五，则返回步骤S4。

步骤S8，健身者动作到位，此刻健身者保持动作不动。

步骤S9，此时计时器开始计时。

步骤S10，健身者恢复站立的姿态。

步骤S11，判断时间是否等于设定值，如果等于设定值，则执行步骤S13，如果不等于设定值，则执行步骤S12。

步骤S12，保存结束动作时候的时间值。

步骤S13，判断瑜伽动作的个数是否等于设定值，如果等于设定值，则执行步骤S14，如果不等于设定值，则执行步骤S15。

步骤S14，判断健身者是否能继续做瑜伽动作，如果健身者不能继续做瑜伽动作，则执行步骤S15，如果健身者能继续做瑜伽动作，则返回步骤S2。

步骤S15，健身结束，保存相关信息。

如图5和6，评估系统的评价标准包括：瑜伽动作的完成个数、保持动作的时间长短以及动作是否具有规律性；其中瑜伽动作的个数由上述数据库里的编号数，保持动作的时间长短计由计时器提供；如果瑜伽动作完成的个数多、保持动作时间长、动作具有规律性，则表明健身者的健身效果很好；如果瑜伽动作完成的个数多、保持动作时间长、动作不具有规律性，则表明健身者的健身效果较好，需要注意细节；如果瑜伽动作完成的个数多、保持动作时间短、动作具有规律性，则表明健身者的健身效果较好，需要注意细节；如果瑜伽动作完成的个数多、保持动作时间短、动作不具有规律性，则表明健身者的健身效果一般，需要开始加油；如果瑜伽动作完成的个数少、保持动作时间长、动作具有规律性，则表明健身者的健身效果一般，需要开始加油；如果瑜伽动作完成的个数少、保持动作时间长、动作不具有规律性，则表明健身者的健身效果较弱，需要加大强度；如果瑜伽完成的个数少、保持时间短、动作具有规律性，则表明健身者的健身效果较弱，需要加大强度；如果瑜伽动作完成的个数少、保持动作时间短、动作不具有规律性，则表明健身者的健身效果很差，需要调整方案；

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于多传感器的瑜伽评估系统，其特征在于：该评估系统包括数据库、可穿戴装置、服务器、弱磁信号采集模块、客户端以及控制端；数据库是用于存储完成一个标准瑜伽动作相关的速度、角度、位移、数字信号、高度以及时间等范例信息；可穿戴装置包括气压计、加速度计、陀螺仪、磁强计、温度计、弱磁信号采集模块、CPU模块、电源模块、计时模块、显示模块、声音模块以及无线模块；加速度计、陀螺仪、磁强计、气压计用于计算健身者在做瑜伽动作时的速度、角度、位移以及高度；计时模块对健身者保持一个瑜伽动作时间进行测量；弱磁信号采集模块采集健身者在运动过程中磁场的变化；无线模块将实际测量和计算结果发给服务器；服务器系统软件对数据进行存储，并且与存储在数据库里对应的范例信息进行对比分析，判断瑜伽动作是否标准以及保持时间是否足够，并及时反馈到客户端；显示模块和声音模块则是提示和显示此动作的错误在哪里，健身者可以及时纠正错误。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的瑜伽评估系统，其特征在于，提供数据库，通过可穿戴装置采集标准瑜伽动作完成过程中的数据，计算出其速度、角度、位移、数字信号、高度以及时间等范例信息，并对每一个瑜伽动作的范例信息进行编号、命名，依次存放在上述数据库里；为了保证标准瑜伽动作完成过程中的数据的精确性，需要判断瑜伽动作的起始时间与结束时间；以及实时保留在上述起始时间与结束时间内的所有数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的瑜伽评估系统，其特征在于，判断每一个瑜伽动作是否标准的依据是，比较上述信息与上述范例信息以取得两者之间的相似度，当相似度达到百分之九十五以上，认定此瑜伽动作标准。

4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的瑜伽评估系统，其特征在于，在人体发生运动时，肌肉会发生微小的形变，人体磁场的变化可以分析人体的各种肌肉运动状况和器官健康状况。所述弱磁采集模块测量人体运动时磁场的变化，在输出时先转换成电信号，再转换成数字信号作为输出量。

5.根据权利要求2所述的起始时间与结束时间的判断过程：在上述动作处于静止状态时，以上述数据大于或等于第一预设值并持续时间的时间点作为上述起始时间，并将此时的状态更新为动作状态；以及在状态处于动作状态时，当上述动作的数据小于第一预设值并持续特定时间的时间点作为结束时间，并将上述动作状态更新为上述静止状态。

6.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的瑜伽评估系统，其特征在于，本发明具有以下步骤：

步骤1)健身前，健身者穿上可穿戴装置，按下“电源开关”按钮，健身者保持站立的姿态，将“初始化”拨动开启，记录下相关数据，实现系统初始化的目的；

步骤2)服务器系统中读取数据库里一套瑜伽动作的范例信息，范例信息包括编号、瑜伽动作名称、惯性信息以及其它一些信息；

步骤3)拨动“开始”按钮，健身者开始做瑜伽，在运动过程中，可穿戴装置中的传感器实时测量当前角速度、线加速度、气压强度、磁场变化量以及运动时间等信息，无线模块将采集到的信息传送给服务器；

步骤4)服务器中的系统软件对采集的信息进行处理，再经由CPU模块进行温度补偿以及算法滤波后，得到健身者的实时状态，包括速度、角度、位移、高度、姿态、磁场变化量引出的数字信号变化量等信息；

步骤5)将上述的信息与存储在服务器系统里对应的范例信息进行比较，取得两者之间的相似度，当计算出的相似度低于百分之九十五的时候，服务器系统提示健身者在做此动作的时候，身体的哪个部位的运动的输出值是没有达到预设值、其误差是多少；

步骤6)健身者开始纠正，当实时计算出的相似度高于百分之九十五的时候，提示动作到位。此刻健身者保持不动，系统开始自动计时，在计时过程中，健身者自行结束此动作，则计时结束，保存相关信息；或时间到达预设定的值，则系统提示此动作结束，保存相关信息；

步骤7)服务器显示下一个瑜伽动作的编号以及名称，重复以上步骤3)、步骤4)、步骤5)、步骤6)；在此过程中，健身者若不能继续下去，可自行按下“停止”按钮，此时，服务器记录当前的瑜伽编号、名称以及其他信息；

步骤7)健身结束，关闭电源开关。由服务器中的评估系统对此次瑜伽健身进行评估，并给出相应的评价与建议；

步骤8)健身者可以通过客户端访问服务器，查看此次的健身情况以及体能评估，再对比之前的健身情况以及体能评估，做出相应的调整；瑜伽教练则可以通过控制端随时掌握健身者的健身情况，并有针对性的督促其调整健身方案。

7.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的瑜伽评估系统，特征在于，所述的健身评估系统的标准包括：瑜伽动作的完成个数、保持瑜伽动作的时间以及完成瑜伽动作是否具有规律性。