CN110680331A - 人体运动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种人体运动测量装置，包括垫体，带状压力传感单元、控制单元。所述垫体用于人体运动的承托及该装置各组成部分的安装；所述带状压力传感单元用于测量人体肢体接触所述垫体不同部位引起的压力变化，包括至少2个安装在垫体不同位置的带状压力传感器；所述控制单元根据带状压力传感单元测量的压力变化规律来识别人体运动类型并进行统计分析。

Description

人体运动测量装置

技术领域

本发明属于人体运动测量装置领域。

背景技术

随着穿戴式设备的兴起，人们在运动，例如跑步和走路时，习惯通过手机、手环或者智能手表来统计跑步的距离和走路的步数等。然而很多其他喜闻乐见的室内运动，例如俯卧撑、深蹲、平板支撑、仰卧起坐等，并没有很便利的工具来辅助进行统计。例如，对于俯卧撑，现有的技术从几个方面来解决俯卧撑自动计数问题，包括：1）压力式，例如专利(申请)CN201010146271.X，CN201510502275.X以及CN201510579134.8等通过在俯卧撑器械上安装压力传感器来实现俯卧撑动作的识别。2）光电式，包括红外对射式和反射式，利用的原理是俯卧撑运动时身体对红外线周期性的遮挡来进行识别计数。如专利(申请)200320124735.2，CN03235951.9以及CN201611253418.9等等。3）测距法，包括超声测距等，例如专利(申请)CN200920280144.1、CN201501470605.1中记载的方案原理是通过测距模块测量俯卧撑运动时身体和地面距离的周期性变化来实现计数，其缺点和上述方案类似，容易作弊，误判概率大。

以上方案的不足在于，1）所测量的运动类型较为单一，实用性不足；2）有些结构较为复杂、占地大、不适合家庭场景应用；3）测量原理过于简单造成误判或作弊的可能性较大。

在专利申请CN201510462845.7、CN201510829260.4中公开了在垫体上采用“均匀分布”的压力传感器来识别运动姿态，通过确定“关键受力点”识别运动状态，或对比“标准压力分布数据”来确定运动姿势是否标准。该装置和方法虽在理论上可识别多种运动姿势、类型，但需要确定“关键受力点”增加了识别难度，限制了其应用；且并未充分公开所谓“均匀分布”的压力传感器在技术上如何实现。根据现有技术来看，目前能够满足的技术包括采用电阻式压力分布测量技术如美国TekScan、国内能斯达公司，以及采用电容式压力分布测量技术的美国PPS公司，采用压电方式的国内eTouch公司技术，均使用矩阵式分布的压力测量点结构，可以提供分辨率很高的压力分布数据。但上述技术结构复杂、成本很高，目前主要用于制作小尺寸的压力分布测量薄膜，用于专业设计、医学领域，对于类似瑜伽垫、床垫等如此大面积的应用，无疑一方面成本太高，另一方面大尺寸极大地增加了传感器加工难度。

总之，随着人们和国家对于健康的重视，推动了大家运动的热情和计划性，但对于目前一些常见的室内运动、家庭运动，如俯卧撑、深蹲、平板支撑、仰卧起坐等还缺乏有效的、结构简单、成本低、使用方便的记录、管理和统计分析工具。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种人体运动测量装置，可以支持多种运动类型的识别和统计分析，减少了误判和作弊的可能，使用方便，且结构简单、成本低，适合大规模量产应用。

为了实现以上目的，本发明提供一种人体运动测量装置，包括

垫体，用于人体运动的承托；

带状压力传感单元，用于测量人体肢体接触所述垫体不同部位引起的压力变化，包括至少2个安装在垫体不同位置的采用柔性薄膜压力传感器制作的带状压力传感器，及电性连接到上述带状压力传感器的压力测量前端；

控制单元，用于根据带状压力传感单元测量的压力变化波形来识别人体运动类型并进行统计分析，所述人体运动是指能使至少2个上述带状压力传感器检测到压力变化的人体运动。

优选地，所述带状压力传感器之敏感层的长宽比大于5或敏感层长边长度大于等于10厘米。

优选地，所述带状压力传感器之敏感层成螺旋状分布或成弓形分布；或所述带状传感器由一个或多个长条形压力传感器构成，且长条形柔性薄膜压力传感器可以通过多个并联，或多个串联，或独立一个的方式组成带状压力传感器；所述长条形柔性薄膜压力传感器可以彼此平行分布，或彼此正交分布，或成网格分布；所述长条形柔性薄膜压力传感器敏感层长度大于等于10厘米，宽度小于等于2厘米。

优选地，所述带状压力传感器之柔性薄膜压力传感器采用如下一种方式实现：电阻式、电容式、压电式。

优选地，带状压力传感单元包括至少5个安装在垫体预定位置的带状压力传感器，所述预定位置是以垫体几何中心为原点的平面直角坐标系来划分，包括落在第二象限的左上区块、落在第一象限的右上区块、落在第三象限的左下区块、落在第四象限的右下区块，以及包括坐标系原点的中区块，并符合人体工程学设计，使得左、右区块之带状压力传感器可同时测量人体左、右侧肢体动作引起的压力变化，和/或上、下区块之带状压力传感器阵列可同时测量人体上、下半身肢体动作引起的压力变化；进一步还包括测量上下肢时同时中区块之带状压力传感器可测量人体腰臀部动作引起的压力变化。

优选地，所述人体运动类型的识别是通过各区块的带状压力传感器安装在预定的符合人体工程学设计的位置，使其可以测量相应肢体动作引起的压力变化波形来识别，其中：

仰卧起坐运动，左上区块负责左脚，右上区块负责右脚，左下区块负责左肩，右上区块负责右肩，中区块负责臀、腰部；

和/或俯卧撑运动，左上区块负责右脚，右上区块负责左脚，左下区块负责右手，右上区块负责左手，中区块负责腹部；

和/或深蹲运动，左上区块负责左脚，右上区块负责右脚；或左下区块负责左脚，右上区块负责右脚；

和/或平板支撑运动，左上区块负责右脚，右上区块负责左脚，左下区块负责右手，右上区块负责左手，中区块负责腹部；

和/或平躺抬腿运动，左上区块负责左脚，右上区块负责右脚，左下区块负责左肩，右上区块负责右肩，中区块负责臀、腰部。

优选地，所述控制单元根据上述各个带状压力传感器的压力变化波形提取压力变化规律，在预先设定的映射关系中查找压力变化规律和对应的运动类型，并根据预设的统计方式来该运动类型进行统计分析；所述预设映射关系中存储有不同的运动类型与不同的压力变化规律之间的对应关系；所述预设的统计方法根据带状压力传感单元的一个或多个带状压力传感器的压力变化波形的波峰和/或波谷来进行运动次数或时长的统计分析，包括计数和/或计时。

优选地，所述压力变化规律包括如下的一个或多个的组合：各带状压力传感器的测量的压力大小，压力变化波形的波幅大小、波峰和/或波谷的个数、相邻波峰或波谷的时间间隔、波幅超过预设阈值的带状压力传感器的组合、各带状压力传感器波峰的先后顺序。

上述垫体各区块的划分，定义了左、右、上、下区块，但由于对称性，左、右对调，上、下对调并不影响本发明的效果。

进一步，本发明人体运动测量装置还包括人体阻抗测量单元，其中包括安装在垫体上表面的2个激励电极和2个测量电极，以及电性连接上述激励电极和测量电极的阻抗测量前端，控制单元依据人体阻抗测量单元测量的人体阻抗波形进行运动类型识别和统计分析；所述人体运动是指满足上述人体运动要求同时能进一步被人体阻抗测量单元持续正确测量人体阻抗的人体运动。

下面将结合具体实施例来进一步阐述本发明的细节，以便于本领域的技术人员能够进一步理解本发明的原理和具体实现方式。

附图说明

图1为人体运动测量装置实施例100结构图-顶视图。

图2 为人体运动测量装置实施例100结构图-局部剖面图。

图3为带状压力传感器141之长条形柔性薄膜压力传感器未受力时的结构图。

图4为带状压力传感器141之长条形柔性薄膜压力传感器受力形变的结构图。

图5为带状压力传感器141的等效处理电路图之一。

图6为带状压力传感器141的等效处理电路图之二。

图7 为人体运动测量装置实施例100电路图。

图8为人体运动测量装置100的控制单元163的工作流程图。

图9为人体运动测量装置200的左上区块210结构图。

图10为人体运动测量装置实施例300局部图。

图11为人体运动测量装置实施例400局部图。

图12为人体运动测量装置实施例500局部图。

图13为人体运动测量装置实施例600局部图。

图14为人体运动测量装置实施例700局部图。

具体实施方式

参见图1、图2，所示分别是人体运动测量装置实施例100的结构顶视图和局部剖面图。其中图1中，垫体101为扁平长方体，其和水平承托面（如地面）接触的表面叫做下表面，于下表面相对的和人体接触的表面叫上表面。按照如图1所示之彼此正交的X、Y轴，坐标系原点O101在垫体101的几何中心，将垫体101沿Y轴分为上、中、下区块，沿X轴分为左、右区块，其中落在第二象限的左上区块110、落在第一象限的右上区块120、包括坐标系原点O101的中区块130、落在第三象限的左下区块140以及落在第四象限的右下区块150。带状压力传感单元在上述每个区块的垫体上（确切的说是垫体中和垫体上表面平行的平面）分别对应安装有带状压力传感器，其中左上区块110为带状压力传感器111和112，每个带状压力传感器都是采用2条平行布置的长条形柔性薄膜压力传感器，电性并联（亦可以串联）在一起，这样两个带状压力传感器共有4条长条形柔性薄膜压力传感器，彼此交替平行布置，即所谓叉指状方式布置，这样有利于利用尽可能少的传感器个数而提高压力感测的范围和空间分辨率。相比传统点状的压力传感器，带状压力传感器能够用较少的传感器和较少的走线覆盖较大的压力检测区域，从而大幅度减少了结构的复杂度。采用和左上区块110相同的布置，右上区块120为带状压力传感器121和122，中区块130为带状压力传感器131和132，左下区块140为带状压力传感器141和142，右下区块150为带状压力传感器151和152。当然，每个区块中的带状压力传感器的个数还可以增加，这样压力测量的空间分辨率可以提高，但同时结构复杂度和成本也会上升。依据本发明的精神，公众可以通过有限次的实验确定一个较佳的选择而不需要付出创造性劳动。

另，实施例100还包括人体阻抗测量单元，其中在左下区块140和右下区块150的垫体上表面安装有检测电极，分别是激励电极143、153，测量电极144、154，用于人体阻抗的测量。通过人体阻抗的方式来识别某些类型的人体运动并进行统计分析是在在先专利申请CN2018101086370披露的，此处将其引入作为和带状压力传感单元的有益结合，来进一步提高人体运动测量的准确性。

垫体101在X轴方向（宽）为65厘米，在Y轴方向（长）为200厘米， Z轴（图未示出）方向即厚度方向为0.5厘米，和一般常见的瑜伽垫相仿。各区块的带状压力传感器之几何中心点之间的距离符合人体工程学设计，使得人体运动时左右侧肢体能同时被左、右区块相应压力传感器测量，上、下肢体能同时被上、下区块相应压力传感器测量。如左、右脚能同时被左、右上区块压力传感器测量，左、右手能同时被左、右下区块压力传感器测量，脚和肩膀能同时被左右上区块、左右下区块相应压力传感器同时测量。例如Y方向同侧的左、右区块带状压力传感器之几何中心点符合人体宽度需要，有30厘米，如图1所示左上区块带状压力传感器几何中心点O110到右上区块带状压力传感器几何中心点O120之距离；而X方向同侧的上、下区块带状压力传感器之中心点的距离则满足人体长度的需要，有120厘米，如图1所示左上区块带状压力传感器几何中心点O110到左下区块带状压力传感器几何中心点O140之距离当然。由于人体身高的分布比较广，X轴方向同侧的上下区块带状压力传感器之几何中心点的长度需要在一个范围内出多个规格，例如80厘米到200厘米，这个不需要创造性劳动即可掌握。垫体采用弹性材料，如橡胶、织物、发泡聚氯乙烯（PVC）、热塑性弹性体（TPE）。垫体亦可以采用扁平圆角长方体，即在扁平长方体垫体上表面所见的四个角的地方做成圆弧过渡，从而更加美观。带状压力传感器的几何中心点，确切地说，就是带状压力传感器的敏感层的几何中心点，当带状压力传感器由独立的一段柔性薄膜压力传感器构成时，其几何中心点就是该柔性薄膜压力传感器敏感层的几何中心；而当带状压力传感器有多段柔性薄膜压力传感器构成时，则该带状压力传感器之几何中心点为各段柔性薄膜压力传感器的几何中心点连线的几何中心点；进一步，若某区块包括2个或2个以上的带状压力传感器，则该区块的带状压力传感器的几何中心就是各带状压力传感器几何中心连线的几何中心。如图1所示，左上区块110的有两个带状压力传感器111和112，每个带状压力传感器由2条长条形柔性薄膜压力传感器组成，每条长条形柔性薄膜压力传感器的几何中心就是其长条形敏感层的几何中心，2条长条形柔性薄膜压力传感器的几何中心的连线的中心点就是该带状压力传感器的几何中心，而2个带状压力传感器的几何中心的连线的中心点就构成了该区块带状压力传感器的几何中心点O110。对于其他区块和其他不同结构的带状压力传感器的几何中心点可依次类推。

参见图2所示为图1中AA线的剖面图，其中垫体101分为基体103和覆盖层102。基体103置于水平承托面上（例如地面），并将和水平承托面接触的一面称为垫体的下表面，而覆盖层则是接触人体的一面，称为垫体的上表面。带状压力传感器141和142布置在基体上和垫体上表面平行的表面，其上再有覆盖层102。覆盖层上即垫体上表面布置有检测电极143、144。检测电极143、144在和垫体上表面垂直的Z轴投影方向和带状压力传感器141、142相应投影有重叠，这样进行人体阻抗测量时可同时利用带状压力传感器进行压力测量。基体和覆盖层均可以采用弹性材料，如橡胶、织物、发泡聚氯乙烯（PVC）、热塑性弹性体（TPE）等，可以保护运动者，并且为带状压力传感器提供形变的空间。

参见图3，所示为带状压力传感器141之长条形柔性薄膜压力传感器(带状压力传感器141由两条平行布置且电性并联的长条形柔性薄膜压力传感器构成)的结构图，其中141A是长条形柔性薄膜压力传感器的基材，一般采用和柔性电路板基材相同的材料，如聚酰亚胺绝缘树脂(PET)材料，而敏感层141B则采用复合压敏材料涂布而成，且通常是压敏电阻式的敏感材料。因此，敏感层141B可等效为一个压敏电阻，而VI、VO分别为敏感层的两个电性端点。敏感层141B上还可以覆盖一层保护层141C，可以采用和基材或垫体覆盖层相同的材料制作。图3中带状压力传感器141敏感层141B厚小于1毫米，短边长0.5厘米，长边长30厘米。实施例100中所述之长条形柔性薄膜压力传感器均采用如图3所述之结构。带状压力传感器亦可以采用面状压力传感器，例如一种敏感层为矩形的压力传感器，边长20厘米，亦可以实现大面积的压力检测同时结构连线简单，但这样敏感层消耗的材料较多，显然不够经济。

参见图4，所示为带状压力传感器141之长条形柔性薄膜压力传感器的测量压力时形变图，一般当人体在垫体上表面运动时，会引起垫体的形变，如向下表面凹陷，此处若布置了带状压力传感器，则其长条形柔性薄膜压力传感器就会如图4所示发生形变，从而引起敏感层141B等效电阻的变化。该带状压力传感器在其长边方向任一点受到压力导致形变都会阻值变化而被检测到，通过多个带状压力传感器141、142则构成了具有一定检测区域面积（此例为30厘米乘以20厘米，见图1）的面状压力检测区，从而使得人体在垫体上运动时，肢体位置不需要被严格约束，只要人体某肢体的一部分落在上述面状压力检测区内即可被检测到，因此大大提高使用的便利性；这样也使得固定尺寸的人体运动测量装置实施例100可以适应身高体型在较宽范围内的人使用，提高了该装置使用的适用面。

参见图5，所示为带状压力传感器141的等效处理电路图。带状压力传感器141之敏感层141B等效为一个可变电阻，和另一个固定电阻R0串联，则输入端点VI提供输入电压，经可变电阻141B和R0分压后从输出端点V0输出电压，则当带状压力传感器141因人体接触垫体施加压力引起形变导致可变电阻141B阻值变化是，输出端点V0电压相应发生变化，后续压力测量前端根据此电压变化可以得到相应人体在垫体上施加的压力大小。

参见图6，所示为带状压力传感器141B另一等效处理电路图。带状压力传感器141B之敏感层141B等效为一个可变电阻和另一个固定电容C0串联，则输入端点VI提供输入变化的电压，经可变电阻141B和R0分压后从输出端点V0输出变化的电压波形。当带状压力传感器141因人体接触垫体施加压力引起形变导致可变电阻141B阻值变化是，则该可变电阻和C0串联回路的RC时间常数发生变化，并通过输出端点V0电压波形反映出来，后续压力测量前端根据此电压变化可以得到相应人体在垫体上施加的压力大小。

根据以上描述，总结本发明所述之带状压力传感器，本质是柔性薄膜压力传感器，相比一般的柔性薄膜压力传感器，其敏感层具有一定的长宽比，因而有利于集约地构成面状压力检测区域；上述实施例记载的带状压力传感器的结构具有简单实用的特点，但还有更高性能也更高成本的结构和处理电路，例如专利申请CN201611112677.X、CN201410471871.1 中记载的检测应变的柔性传感器。

上述带状压力传感器采用的为电阻式的敏感层制作，亦可采用电容式敏感层或压电式敏感层制作，相应的结构和处理电路是公开技术，此处不再赘述。从量产成本和稳定性考虑，本实施例100采用电阻式敏感层。

本发明的上述的实施例并不是限定带状压力传感器的具体结构，而只要符合本发明所述之带状压力检测、柔性即可满足本发明所述之人体运动测量装置应用之要求。

如图7所示为人体运动测量装置实施例100的电路160，其中包括带状压力传感单元之压力测量前端161，电性连接带状压力传感单元各带状压力传感器：111、112、121、122、131、132、141、142、151、152，用于将带状压力传感器感应的和压力相关的模拟信号转换为控制单元可以识别的数字信号，一般采用模数信号转换器（ADC）实现；还包括人体阻抗测量单元之阻抗测量前端162，电性连接检测电极143、144、153、154，用于4电极方式的人体阻抗测量；控制单元163，电性连接上述压力测量前端161、阻抗测量前端162，用于根据压力测量前端测量的各带状压力传感器值压力波形、人体阻抗测量前端测量的人体阻抗波形来识别人体运动类型和进行统计分析；还包括电源165，输入按键164等。控制单元163可采用微控制器MCU来实现，例如STM32系列微控制器；亦可采用其他专用的可执行计算控制的电路或逻辑组件。

如图8所示为人体运动测量装置100的控制单元163的工作流程图，步骤包括：

步骤S100：依次获得如图1所示各带状传感器之压力变化波形；

步骤S101：控制单元163从各带状压力传感器的压力变化波形提取压力变化规律，包括压力变化大小，压力波形之波幅、波峰和/或波谷，各压力波形波峰之时间次序；

步骤S102：控制单元163在预先设定的映射关系中查找压力变化规律和对应的运动类型，并根据预设的统计方式来对该运动类型进行统计分析，包括计数和/或计时；具体可通过压力波形的波峰和/或波谷来进行运动的计数或计时；

步骤S103：控制单元163进一步获取阻抗测量单元测量的人体阻抗波形；

步骤S104：控制单元163进一步分析人体阻抗波形来验证步骤S102的统计分析结果。

结合图1，更加具体地阐述人体运动是如何被测量的。例如对于俯卧撑运动，结合人体运动测量装置100，人体左手撑立于左下区块140，右手撑立于右下区块150，左脚接触左上区块110，右脚接触右上区块120，随着俯卧撑运动的进行，相应区域的带状压力传感器会测量到压力的周期变化，而中区块之带状压力传感器则因为没有身体接触到，因此不会测量到压力变化，因此控制单元163用下列条件是否满足来判断是否是俯卧撑运动（该条件被预先记录作为预设的压力变化规律）：

左上区块110、右上区120、左下区块140以及右下区块150相应带状压力传感单元111、112、121、122、141、142、151、152均测量到压力变化并大于各自预设的阈值；且中区块130相应带状压力传感单元131没有测量到超过预设阈值的压力变化；以及在上述条件满足进而判断是俯卧撑运动时，进一步根据左下区块140、右下区块150相应带状压力传感器测量的压力变化波形即双手导致的压力变化波形的波峰和/波谷来统计俯卧撑运动的个数。对于实施例100，进一步可以通过人体阻抗测量方式来确认俯卧撑运动，即人体双手撑立于检测电极143、144、153、154之上，然后控制单元163通过阻抗测量前端162测量人体双手之间的人体阻抗，然后人体阻抗波形来分析运动类型，并具体得到俯卧撑的个数（通过人体阻抗来进行人体运动测量的具体实现方式可参考在先申请CN2018101086370），最终运动类型和具体俯卧撑的个数综合两种方式测量结果给出，例如采用上述两种方式测量结果的“与”结果。显然，通过采用这两种原理不同的方式来进行人体运动测量，进一步大幅减少了误判和作弊的概率。

具体地，对于深蹲运动，人体双脚可以分别站立在左上区块110和右上区块120，或左下区块140和右下区块150，相应区块的带状压力传感器可测量到随深蹲运动带来的压力变化。对于没有采用人体阻抗测量手段的人体运动除了装置而言，上述左、右上区块和左、右下区块是等效的，但对于本实施例100，则优选采用双脚分别站立左下区块140、右下区块150的方式，这样可以采用人体阻抗测量方式来进行人体运动的双重测量，因此控制单元163用下列条件是否满足来判断是否是深蹲运动：

左下区块140和右下区块150相应带状压力传感器均测量到压力变化并大于各自预设的阈值，但左上区块110、右上区块120、中区块130相应带状压力传感器均没有测量到超过预设阈值的压力变化；以及在上述条件满足进而判断是深蹲运动时，进一步根据左下区块140、右下区块150相应带状压力传感器测量的压力变化波形的波峰和/波谷来统计深蹲运动的个数。进一步可以通过人体阻抗测量方式来确认深蹲运动，即人体双脚站立于检测电极143、144、153、154之上，然后控制单元163通过阻抗测量前端162测量人体双脚之间的人体阻抗，然后人体阻抗波形来分析运动类型，并具体得到深蹲的个数，最终运动类型和具体深蹲的个数综合两种方式测量结果给出，例如可采用上述两种方式测量结果的“相与”结果。“相与”操作是指两个输入数为真时输出结果才为真。

具体地，对于仰卧起坐运动，人体双脚分别接触左上区块110和右上区块120并有周期性压力变化，臀腰部接触中区块130并有周期性压力变化、双肩和/或头部周期性接触左下区块140和右下区块150，且随着仰卧起坐运动的进行，人体和各区块的接触压力在时间上成周期性的先后关系，因此控制单元163通过下列条件是否满足来判断是否是仰卧起坐运动：

左上、左下、右上、右下、中区块相应带状压力传感器均测量到的压力波形的波幅大于各自预设的阈值，且在左下区块140和右下区块150的对应压力波形的波峰在中区块130对应压力波形的波峰之前，左下区块140和右下区块150的对应压力波形的波峰在左上区块110和右上区块120对应压力波形的波峰之前；以及在上述条件满足进而判断是仰卧起坐运动时，进一步根据左下区块140、右下区块150相应带状压力传感单元测量的压力变化波形的波峰和/波谷来统计仰卧起坐运动的个数。左下区块140和右下区块150随着仰卧起坐运动会周期性地被人体双肩接触压迫从而相应带状压力传感器的信号最具有特征。

各区块的带状压力传感器的具体形状有多种选择，以下仅举例说明几个较佳实施例。

如图9所示，是人体运动测量装置200的左上区块210结构图，主要是包括彼此正交分布布置的带状压力传感器211和212，如此布置可以起到采用最少的带状压力传感器而覆盖最大的面积。在本发明的精神下，即通过将点状的压力测量转换为带、面状的压力测量，从而降低传感器布置的个数，降低成本和简化结构，同时又能确保人体运动的关键位置的肢体动作引起的压力变化被测量到，则还存在多种带状压力传感器布置的方式，而并不超出本发明所阐述的方案范围。

如图10所示是人体运动测量装置实施例300左上区块310结构图，其中带状压力传感单元之带状压力传感器311采用螺旋式形状，这样可以使得使用尽可能少的传感器材料来检测更大的面积，实现成本和性能之间的折中。

如图11所示是人体运动测量装置实施例400左上区块410结构图，其中带状压力传感单元之带状压力传感器411采用多个彼此平行分布且电性并联长条形柔性薄膜压力传感器（三个长条形柔性薄膜传感器并联成一个带状压力传感器），这样也是使用尽可能少的传器材料来检测更大的面积，实现成本和性能之间的折中。

如图12所示是人体运动测量装置实施例500左上区块510结构图，其中带状压力传感单元之带状压力传感器511、512、513分别采用多个平行布置且电性并联的长条形柔性薄膜压力传感器，各带状压力传感器之长条形柔性薄膜压力传感器（两个长条形柔性薄膜压力传感器并联成一个带状压力传感器），这样也是使用尽可能少的传感器材料来检测更大的面积，相比带状压力传感器411，还可以提高检测精度。

如图13所示是人体运动测量装置实施例600左上区块610结构图，其中带状压力传感单元之带状压力传感器611、612彼此正交分布布置，且传感器611、612各自分别采用多个彼此平行布置且电性并联的长条形柔性薄膜压力传感器，因此组合起来多个长条形柔性薄膜压力传感器成网格分布，这样也是使用尽可能少的传感器材料来检测更大的面积，还可以提高检测精度。

如图14所示是人体运动测量装置实施例700左上区块710结构图，其中带状压力传感单元之带状压力传感器311采用弓形分布，这样可以使得使用尽可能少的传感器材料来检测更大的面积，实现成本和性能之间的折中。

以上带状传感器单元之布置，均利用了人体肢体如手、脚、肩、臀、背、头等均具有一定的长度和宽度因此并不需要点状检测即可识别其和垫体接触状态的特点，采用较少的带状压力传感器布置形成覆盖一定面积的面状压力检测，可以无需精确限定人体肢体在垫体的位置，以及可以适应不同身高，即可识别肢体在垫体的运动情况，并进而识别人体的运动类型并进行统计分析。相比于高密度均匀分布之点状传感器阵列来实现面状压力检测进而进行人体运动测量的方案，本发明所述的人体运动测量装置达到了识别准确度和结构复杂度及成本的平衡，因此具有了大规模量产的可行性。

Claims (11)

1.一种人体运动测量装置，包括

垫体，用于人体运动的承托；

带状压力传感单元，用于测量人体肢体接触所述垫体不同部位引起的压力变化，包括至少2个安装在垫体不同位置的采用柔性薄膜压力传感器制作的带状压力传感器，以及电性连接到上述带状压力传感器的压力测量前端；

控制单元，用于根据带状压力传感单元测量的压力变化波形来识别人体运动类型并进行统计分析，所述人体运动是指能使至少2个上述带状压力传感器检测到压力变化的人体运动。

2.如权利要求1所述的人体运动测量装置，其中带状压力传感器之敏感层的长宽比大于5或所述敏感层长边长度大于等于10厘米。

3.如权利要求2所述的人体运动测量装置，所述带状压力传感器的敏感层成螺旋状分布，或所述带状压力传感器的敏感层成弓形分布。

4.如权利要求2所述的人体运动测量装置，所述带状压力传感器由一个或多个长条形柔性薄膜压力传感器构成，且长条形柔性薄膜压力传感器可以通过多个并联，或多个串联，或独立一个的方式组成带状压力传感器；所述长条形柔性薄膜压力传感器敏感层长度大于等于10厘米，宽度小于等于2厘米。

5.如权利要求4所述的人体运动测量装置，所述带状压力传感器之长条形柔性薄膜压力传感器彼此平行分布，或彼此正交分布，或成网格分布。

6.如权利要求1所述的人体运动测量装置，所述带状压力传感器之柔性薄膜压力传感器采用如下一种方式实现：电阻式、电容式、压电式。

7.如权利要求1所述的人体运动测量装置，还包括人体阻抗测量单元，其中包括安装在垫体上表面的2个激励电极和2个测量电极，以及电性连接上述激励电极和测量电极的阻抗测量前端；控制单元依据人体阻抗测量单元测量的人体阻抗波形进行人体运动识别和统计分析。

8.如权利要求1所述的人体运动测量装置，带状压力传感单元包括至少5个安装在垫体预定位置的带状压力传感器，所述预定位置是以垫体几何中心为原点的平面直角坐标系来划分，包括落在第二象限的左上区块、落在第一象限的右上区块、落在第三象限的左下区块、落在第四象限的右下区块，以及包括坐标系原点的中区块，并符合人体工程学设计，使得左、右区块之带状压力传感器可同时测量人体左、右侧肢体动作引起的压力变化，和/或上、下区块之带状压力传感器阵列可同时测量人体上、下半身肢体动作引起的压力变化。

9.如权利要求8所述的人体运动测量装置，所述识别人体运动类型是通过各区块的带状压力传感器安装在预定的符合人体工程学设计的位置，使其可以测量相应肢体动作引起的压力变化波形来识别，其中：

仰卧起坐运动，左上区块负责左脚，右上区块负责右脚，左下区块负责左肩，右上区块负责右肩，中区块负责臀、腰部；

和/或俯卧撑运动，左上区块负责右脚，右上区块负责左脚，左下区块负责右手，右上区块负责左手，中区块负责腹部；

和/或深蹲运动，左上区块负责左脚，右上区块负责右脚；或左下区块负责左脚，右上区块负责右脚；

和/或平板支撑运动，左上区块负责右脚，右上区块负责左脚，左下区块负责右手，右上区块负责左手，中区块负责腹部；

和/或平躺抬腿运动，左上区块负责左脚，右上区块负责右脚，左下区块负责左肩，右上区块负责右肩，中区块负责臀、腰部。

10.如权利要求1~9任一所述的人体运动测量装置，所述控制单元根据上述各个带状压力传感器的压力变化波形提取压力变化规律，在预先设定的映射关系中查找压力变化规律和对应的运动类型，并根据预设的统计方式进行统计分析；所述预设映射关系中存储有不同的运动类型与不同的压力变化规律之间的对应关系；所述预设的统计方法根据带状压力传感单元的一个或多个带状压力传感器的压力变化波形的波峰和/或波谷来进行运动次数或时长的统计分析，包括计数和/或计时。

11.如权利要求10所述的人体运动测量装置，所述压力变化规律包括如下的一个或多个的组合：各带状压力传感器的测量的压力大小，压力变化波形的波幅大小、波峰和/或波谷的个数、相邻波峰或波谷的时间间隔、波幅超过预设阈值的带状压力传感器的组合、各带状压力传感器波峰的先后顺序。

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