CN112494884A - 一种健腹轮运动识别方案与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种健腹轮运动识别方案与装置，包括健腹轮主体和电路板，电路板包括蓝牙射频主控模块、六轴传感器模块和语音播报模块，蓝牙射频主控模块向六轴传感器模块发送命令并接收三轴加速度与三轴角速度，六轴传感器模块根据采集到的六轴数据根据Mahony AHRS算法融合出Roll、Pitch与Yaw三个分别绕六轴传感器模块x轴、y轴与z轴旋转的角度，根据旋转角度可以得出前进距离，语音播报模块，用于驱动喇叭播报运动次数，本发明提供了一种拆装方便、通用性强的多功能健腹轮运动方案与装置。

Description

一种健腹轮运动识别方案与装置
技术领域
本发明涉及健身器材技术领域，具体为一种健腹轮运动识别方案与装置。
背景技术
随着社会的不断发展，日益丰富的物质生活与强烈的工作压力，使得肥胖人群愈发的庞大，众所周知人的腹部是最容易产生脂肪堆积的一个部位，一个大肚腩或是啤酒肚，不仅仅会导致人的外观形象受损，更有可能带来糖尿病、心脏病等并发症。健腹轮是一种可锻炼肌肉、关节、减轻体重的小型推动器，有使用方便及运动场景简单等优点，非常的适合居家使用，但普通的健腹轮，初学者往往无法正确使用健腹轮，可能会因为错误的运动造成伤害。
市售智能健腹轮大多功能较少，部分仅有简单计数功能，用户往往难以获得有效的运动数据来指导运动，多采用小屏幕显示的方案，这种方案在屏幕安装位置大多受限，不符合人类运动习惯，且市售健腹轮控制模块结构复杂，用户往往无法简便的拆装。
基于此，本发明设计了一种健腹轮运动识别方案与装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种健腹轮运动识别方案与装置，以解决上述装置多功能较少，部分仅有简单计数功能，用户往往难以获得有效的运动数据来指导运动，多采用小屏幕显示的方案，这种方案在屏幕安装位置大多受限，不符合人类运动习惯，且市售健腹轮控制模块结构复杂，用户往往无法简便的拆装的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种健腹轮运动识别方案，包括以下步骤：
步骤(1)：当健腹轮向前或向后滚动，Roll角随之变化。定义一个周期时间Time，检测Time时间内Roll角旋转角度，若相较上一周期角度的绝对值变化超过检测阈值可以判断出健腹轮正在滚动。若此时角度为相对上一周期呈增加趋势，判断为向前，反之为向后；
步骤(2)：健腹轮向前滚动的同时记录每个周期时间Time增加的角度并进行相加，得出前进距离S(360°)；
步骤(3)：当健腹轮产生后退信号时，判断距离S是否超过360°，是产生一次计数并记录当前运动次数，否清零距离S并重新等待前进信号的产生；
步骤(4)：当健腹轮向前滚动时，记录当前Yaw值为YawTemp，当产生计数时判断Yaw与YawTemp相减的绝对值是否超过设定阈值，否则判断没有左右转动.若超过设定阈值则判断Yaw减去 YawTemp值为正数或为负数，为正判断本次运动向左，为负判断本次运动向右；
步骤(5)：当新的计数产生时，驱动语音IC播放计数值对应的语音；
步骤(6)：蓝牙射频主控芯片当检测到有其它蓝牙设备连接时，通过蓝牙特征值传输运动方向、本次运动时长、计数值、运动距离等信息到其它蓝牙设备供数据分析。
一种健腹轮运动识别装置，包括健腹轮主体和电路板，其特征在于：所述电路板包括蓝牙射频主控模块、六轴传感器模块和语音播报模块，所述蓝牙射频主控模块向六轴传感器模块发送命令并接收三轴加速度与三轴角速度，所述六轴传感器模块根据采集到的六轴数据根据Mahony AHRS算法融合出Roll、Pitch与Yaw三个分别绕六轴传感器模块x轴、y轴与z轴旋转的角度，根据旋转角度可以得出前进距离，所述语音播报模块，用于驱动喇叭播报运动次数。
优选的，所述六轴传感器模块包括但不限于集成有三轴加速计与三轴陀螺仪的传感器、加速计加挂陀螺仪。
优选的，所述蓝牙射频主控模块与包括但不限于手机、平板设备使用蓝牙协议特征值发送广播包，广播报文包含但不限于：当前运动次数、当前运动方向、本次运动里程及卡路里。
优选的，所述蓝牙射频主控模块与六轴传感器模块进行通讯，实时收集三轴加速计与三轴陀螺仪数据，分别为ax,ay,az,gx,gy,gz，所述六轴传感器模块根据六轴传感器模块收集到的加速度与角速度，通过四元数姿态解算算法转换成欧拉角(Roll、Pitch与Yaw)。
优选的，所述健腹轮主体与电路板为两个相互独立部分，可拆装使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构简单，设计合理，1.本发明通过六轴传感器搭配四元数姿态解算算法，可以获取前、后、左、右四个运动方向和运动距离并以此为依据计算运动次数和卡路里数据；2.本发明通过高度集成化设计，传感器安装位置更加灵活，压缩产品成本、维护成本；3.本解决了市售健腹轮无法判断运动里程的问题；4.本发明模块化设计，有拆装方便、通用性高的特点，电路板可以脱离健腹轮主体以独立部件的形式加装到其它品牌的健腹轮上；5.本发明超低待机功耗，充满一次电可以使用超过一个月，节能环保；6.本发明使用语言播报计数值，更加符合人体运动需求即本发明提供了一种拆装方便、通用性强的多功能健腹轮运动方案与装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明识别方案原理图；
图2为本发明结构安装示意图；
图3为本发明结构安装示意图；
图4为本发明结构安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种健腹轮运动识别方案，包括以下步骤：
步骤(1)：当健腹轮向前或向后滚动，Roll角随之变化。定义一个周期时间Time，检测Time时间内Roll角旋转角度，若相较上一周期角度的绝对值变化超过检测阈值可以判断出健腹轮正在滚动。若此时角度为相对上一周期呈增加趋势，判断为向前，反之为向后；
步骤(2)：健腹轮向前滚动的同时记录每个周期时间Time增加的角度并进行相加，得出前进距离S(360°)；
步骤(3)：当健腹轮产生后退信号时，判断距离S是否超过360°，是产生一次计数并记录当前运动次数，否清零距离S并重新等待前进信号的产生；
步骤(4)：当健腹轮向前滚动时，记录当前Yaw值为YawTemp，当产生计数时判断Yaw与YawTemp相减的绝对值是否超过设定阈值，否则判断没有左右转动.若超过设定阈值则判断Yaw减去 YawTemp值为正数或为负数，为正判断本次运动向左，为负判断本次运动向右；
步骤(5)：当新的计数产生时，驱动语音IC播放计数值对应的语音；
步骤(6)：蓝牙射频主控芯片当检测到有其它蓝牙设备连接时，通过蓝牙特征值传输运动方向、本次运动时长、计数值、运动距离等信息到其它蓝牙设备供数据分析。
一种健腹轮运动识别装置，包括健腹轮主体和电路板，其特征在于：电路板包括蓝牙射频主控模块、六轴传感器模块和语音播报模块，蓝牙射频主控模块向六轴传感器模块发送命令并接收三轴加速度与三轴角速度，六轴传感器模块根据采集到的六轴数据根据Mahony AHRS算法融合出Roll、Pitch与Yaw三个分别绕六轴传感器模块x 轴、y轴与z轴旋转的角度，根据旋转角度可以得出前进距离，语音播报模块，用于驱动喇叭播报运动次数。
其中，六轴传感器模块包括但不限于集成有三轴加速计与三轴陀螺仪的传感器、加速计加挂陀螺仪，使用涉及范围广。
其中，蓝牙射频主控模块与包括但不限于手机、平板设备使用蓝牙协议特征值发送广播包，广播报文包含但不限于：当前运动次数、当前运动方向、本次运动里程及卡路里，通用范围广。
其中，蓝牙射频主控模块与六轴传感器模块进行通讯，实时收集三轴加速计与三轴陀螺仪数据，分别为ax,ay,az,gx,gy,gz，六轴传感器模块根据六轴传感器模块收集到的加速度与角速度，通过四元数姿态解算算法转换成欧拉角(Roll、Pitch与Yaw)。
其中，所述健腹轮主体与电路板为两个相互独立部分，可拆装使用，拆装方便，通用性高。
本装置为一种健腹轮运动识别方案与装置，本装置的安装方式有：
参照图2，本装置六轴传感器模块z轴相对于健腹轮轮体轴线呈平行状态，六轴传感器模块x轴或y轴与径向重合。本安装方式允许平行度有所偏差，径向面允许沿轴线方向任意移动；
参照图3，本装置六轴传感器x轴或y轴相对于健腹轮轮体轴线呈平行状态，z轴与健腹轮轮体径向平面重合。本安装方式允许平行度有所偏差，径向面允许沿轴线方向任意移动；
参照图4，本装置同时可以以与健腹轮相独立的形式，制成一个单独的模块安装到不同健腹轮上。
四元数算法如下：
(1)定义绕Z轴、Y轴、X轴的旋转角度,分别为Yaw、Pitch、 Roll；
(2)根据四元数定义q＝(a+i2+j2+k2)定义旋转轴为向量v， v＝(vx,vy,vz)，旋转角度为θ
可得
Figure BDA0002202886210000061
(3)使用MahonyAHRS算法，对角速度积分计算，并根据三轴加速度数据进行修正；
将加速计采集的三个加速度转换为单位向量：
Figure BDA0002202886210000062
ax＝ax/norm
ay＝ay/norm
az＝az/norm
误差是估计的重力方向和测量的重力方向的叉乘之和(Ki为比例增益)：
Figure BDA0002202886210000063
计算和应用积分(Kp为比例增益)：
Figure BDA0002202886210000064
计算并单位化四元数(halfT为六轴传感器模块采样周期)：
Figure BDA0002202886210000071
Figure BDA0002202886210000072
Figure BDA0002202886210000073
(4)使用获取的四元数转换为需要的角度：
Figure BDA0002202886210000074
Pitch＝arcsin(2×(q0×q1+q2×q3))
Figure BDA0002202886210000075
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种健腹轮运动识别方案，包括以下步骤：
步骤(1)：当健腹轮向前或向后滚动，Roll角随之变化。定义一个周期时间Time，检测Time时间内Roll角旋转角度，若相较上一周期角度的绝对值变化超过检测阈值可以判断出健腹轮正在滚动。若此时角度为相对上一周期呈增加趋势，判断为向前，反之为向后；
步骤(2)：健腹轮向前滚动的同时记录每个周期时间Time增加的角度并进行相加，得出前进距离S(360°)；
步骤(3)：当健腹轮产生后退信号时，判断距离S是否超过360°，是产生一次计数并记录当前运动次数，否清零距离S并重新等待前进信号的产生；
步骤(4)：当健腹轮向前滚动时，记录当前Yaw值为YawTemp，当产生计数时判断Yaw与YawTemp相减的绝对值是否超过设定阈值，否则判断没有左右转动，设定阈值则判断Yaw减去YawTemp值为正数或为负数，为正判断本次运动向左，为负判断本次运动向右；
步骤(5)：当新的计数产生时，驱动语音IC播放计数值对应的语音；
步骤(6)：蓝牙射频主控芯片当检测到有其它蓝牙设备连接时，通过蓝牙特征值传输运动方向、本次运动时长、计数值、运动距离等信息到其它蓝牙设备供数据分析。
2.一种健腹轮运动识别装置，包括健腹轮主体和电路板，其特征在于：所述电路板安装于健腹轮主体上，所述电路板包括蓝牙射频主控模块、六轴传感器模块和语音播报模块，所述蓝牙射频主控模块向六轴传感器模块发送命令并接收三轴加速度与三轴角速度，所述六轴传感器模块根据采集到的六轴数据根据MahonyAHRS算法融合出Roll、Pitch与Yaw三个分别绕六轴传感器模块x轴、y轴与z轴旋转的角度，根据旋转角度可以得出前进距离，所述语音播报模块，用于驱动喇叭播报运动次数。
3.根据权利要求2所述的一种健腹轮运动识别装置，其特征在于：所述六轴传感器模块包括但不限于集成有三轴加速计与三轴陀螺仪的传感器、加速计加挂陀螺仪。
4.根据权利要求2所述的一种健腹轮运动识别装置，其特征在于：所述蓝牙射频主控模块与包括但不限于手机、平板设备使用蓝牙协议特征值发送广播包，广播报文包含但不限于：当前运动次数、当前运动方向、本次运动里程及卡路里。
5.根据权利要求2所述的一种健腹轮运动识别装置，其特征在于：所述蓝牙射频主控模块与六轴传感器模块进行通讯，实时收集三轴加速计与三轴陀螺仪数据，分别为ax,ay,az,gx,gy,gz，所述六轴传感器模块根据六轴传感器模块收集到的加速度与角速度，通过四元数姿态解算算法转换成欧拉角(Roll、Pitch与Yaw)。
6.根据权利要求1所述的一种健腹轮运动识别装置，其特征在于：所述健腹轮主体与电路板为两个相互独立部分，可拆装使用。
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