CN114011045A - 一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法及可穿戴设备，可穿戴设备具有惯性测量单元，方法包括：步骤1、通过惯性测量单元获取六轴数据并计算三个姿态角数据；步骤2、选取一个姿态角，根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；步骤3、完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变，特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。本申请所述可穿戴设备可根据人运动速度的快慢进行计数，以使佩戴者可按照自身速度和节奏进行运动，使用更方便。

Description

一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法及可穿戴设备

技术领域

本发明涉及运动用指示装置技术领域，特别是涉及一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法及可穿戴设备。

背景技术

当下健身的基数群体比较大，为了达到科学的健身效果，健身执行人对于健身的时长和动作个数比较关注，健身时的动作计数分为两种：1、健身执行人默数；2、采用语音循环数字播报-人执行的人机交互形式计数。目前大部分健身执行人在对健身动作进行计数时采用语音循环数字播报-人执行的人机交互形式进行计数，即语音播报一次人动作一次，忽略了人的主观性，且采用此种方式进行健身动作计数时，语音播报是按照固定的速度进行的，而实际中人健身会出现速度变化、中途暂停等情况，这样就会导致计数不准确。

发明内容

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法。

一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法，可穿戴设备具有惯性测量单元，所述方法包括：

步骤1、通过所述惯性测量单元获取六轴数据并计算三个姿态角数据；

步骤2、选取一个姿态角，根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；

步骤3、完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变；

其中，所述正弦曲线的特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。

作为优选，当首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围，且n个动作周期的时长均符合预设时间长度时，将n个动作中的第一个动作记为初始动作，并从初始动作开始计数，且n≥2。

作为优选，在首次出现连续的n个动作周期内，在每完成一个动作周期的拟合后，根据当前的单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数调整预设标准范围。

作为优选，所述可穿戴设备为智能手表。

作为优选，所述惯性测量单元为I MU惯性传感器。

作为优选，根据获取到的六轴数据利用Mahony互补滤波计算姿态角数据，并对计算到的姿态角数据进行滤波去噪处理。

本申请还公开一种可穿戴设备，可穿戴设备具有惯性测量单元，还包括：

数据获取模块，用以通过所述惯性测量单元计算姿态角数据；

曲线拟合模块，用以选取一个姿态角，并根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；

动作计数模块，用以在曲线拟合模块完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内的拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变；

其中，所述正弦曲线的特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。

作为优选，所述动作计数模块还用以首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围，且n个动作周期的时长均符合预设时间长度时，将n个动作中的第一个动作记为初始动作，并从初始动作开始计数，且n≥2。

本发明具有以下技术优点：

可穿戴设备获取选取一个姿态角，并根据姿态角的变化拟合的曲线来判断是否计数；本申请通过可穿戴设备进行健身动作的计数，以使可穿戴设备可根据人运动速度的快慢进行计数，佩戴者在一定的范围内调整自己的运动速度和节奏均不影响健身动作的计数，使用更方便；

可穿戴设备通过多个连续的动作来确认佩戴者开始健身，防止因佩戴者日常动作误判；

可根据不同的健身动作来采用不同姿态角的数据变化来计数，适用于不同健身动作的计数。

附图说明

图1为本发明实施例1所述基于可穿戴设备的健身动作计数方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1中进行开合跳时采用俯仰角数据拟合的正弦曲线图；

图3为本发明实施例1中进行坐立蝴蝶机夹胸采用航向角拟合的正弦曲线图；

图4为本发明实施例2所述可穿戴设备的系统框架示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。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的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1

参照图1所示，本实施例所述基于可穿戴设备的健身动作计数方法包括：

步骤1、通过所述惯性测量单元获取六轴数据并计算三个姿态角数据；

步骤2、选取一个姿态角，根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；

步骤3、完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变；

其中，所述正弦曲线的特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。

可穿戴设备中具有惯性测量单元，惯性测量单元是测量物体角速度以及加速度的设备，具体的，三个姿态角包括横滚角、俯仰角和航向角。本实施例中，所述可穿戴设备包括控制器以及与所述控制器通信连接的惯性测量单元，所述惯性测量单元用以获取佩戴者的六轴陀螺仪数据，从而计算得到姿态角。

由于很多健身动作都具有重复性和稳定的运动规律，部分健身动作可表现在姿态角的数据变化上。

此种具有重复性和稳定的健身动作可拟合为正弦曲线，本申请通过根据选取的姿态角数据拟合的正弦曲线来判断健身动作完成进度，进而判断单个动作周期内是否完成健身动作，方便健身动作的计数。

所述可穿戴设备上还包括与所述控制器电连接的用户界面或者语音播报单元，所述用户界面用以向佩戴者显示动作计数数据，所述语音播报单元用以语音播报动作计数数据，方便佩戴者跟进健身进度。所述可穿戴设备上针对不同的健身动作预存有不同的预设标准范围，佩戴者在进行健身时，通过所述佩戴者界面选择健身动作后，所述可穿戴设备根据佩戴者选取的健身动作选择横滚角、俯仰角和航向角中的一个进行拟合曲线。

单个动作周期内的正弦曲线具有起始点、最高点或最低点、结束点，用户在健身过程中，根据选取的姿态角数据拟合的正弦曲线会经过起始点、最高点或最低点、结束点，即完成单个动作周期内的曲线的拟合。

本实施例中，所述控制器以固定的频率获取六轴数据并计算三个姿态角数据，正弦曲线波形会随着健身动作的进行逐渐拟合完成，在单个动作周期内拟合正弦曲线的过程会实时跟进健身动作并依次越过起始点、最高点或最低点、结束点，即起始点和结束点确定了单个动作周期内拟合的正弦曲线。

作为优选，所述步骤3中还包括：当首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围，且n个动作周期的时长均符合预设时间长度时，将n个动作中的第一个动作记为初始动作，并从初始动作开始计数，且n≥2。

其中，首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围的具体含义为：

在首次出现连续的n个动作周期内，在每完成一个动作周期的拟合后，根据当前的单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数调整预设标准范围，在首次出现连续的n个动作周期结束后，以最后一次调整后的预设标准范围作为后续健身动作的判断标准。

上述首次出现连续的n个动作周期内，在每完成一个动作周期的拟合后，根据当前的单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数调整预设标准范围的具体含义为：

在初始动作周期拟合完成后，以预设标准范围作为标准判断是否计数，并利用初始动作周期内拟合曲线的特征参数第一次调整预设标准范围；

在第二个动作周期拟合完成后，以第一次调整后的预设标准范围为标准判断是否计数，并利用第二个动作周期内拟合曲线的特征参数第二次调整第一次调整后的预设标准范围；

……

在第n-1个动作周期拟合完成后，以第n-2次调整后的预设标准范围为标准判断是否计数，并利用第n-1个动作周期内拟合曲线的特征参数第n-1次调整第n-2次调整后的预设标准范围；

在第n个动作周期拟合完成后，以第n-1次调整后的预设标准范围为标准判断是否计数，并利用第n个动作周期内拟合曲线的特征参数第n次调整第n-1次调整后的预设标准范围。

不同的人群在进行健身时，其动作幅度和频率都有所不同，在每次开始健身计数时，每次的初始动作开始时都利用预设标准范围作为标准判断当前动作是否计数，本实施例所述预设标准范围的范围较大，以使所述穿戴设备的健身动作计数方法适用于不同的人群，且在第二个动作周期至第n个动作周期之间均会根据当前动作周期的拟合的正弦曲线的特征参数来调整预设标准范围，在首次出现连续的n个动作周期结束后，采用第n次调整后的预设标准范围进行后续动作的检测判断，以使测得的数据更加准确，以适用于不同的人群。

由于前一动作的正弦曲线的特征参数会对后一动作是否计数产生影响，尤其首个动作的判定，因此需保证初始动作判定的准确性，而佩戴者日常动作也会为初始动作判断作为计得动作开始的标志增加误判概率，从而设定出现连续多个动作作为健身动作的开始标志，降低因佩戴者日常动作造成健身动作开始计数的这种偶然性，防止因佩戴者日常动作发生健身动作计数加1的误判，健身动作计数更加准确。本实施例中，连续三个动作则作为健身动作的开始标志。

优选地，本实施例中所述可穿戴设备为智能手表，智能手表中均带有惯性测量单元，无需在智能手表中新增传感器，提高了智能手表的硬件利用率；大部分的健身动作均在手臂上表现出数据变化，以使可穿戴设备能适用于大部分的健身动作的计数；智能手表佩戴方便，健身计数更简单、便捷。

基于上述内容，本实施例中所述计数方法适用于手臂具有重复性和稳定的运动的健身动作，健身动作包括但不限于哑铃侧平举、平板支撑仰卧起坐、开合跳。

具体的，所述惯性测量单元为I MU惯性传感器，I MU惯性传感器在健身过程中易受到高频干扰，且在运动过程中会出现小的动作波动变化，将计算得到的姿态角数据进行滤波去噪处理，从而避免小的动作波动影响数据的准确性。

优选地，根据获取到的六轴数据利用Mahony互补滤波计算姿态角数据，并对计算得到的姿态角数据进行滤波去噪处理。

Mahony互补滤波滤波效果良好，可以有效降低惯性测量单元的误差累加，可以得到较高的姿态精度。

实施例2

参照附图3所示，本实施例提出一种具有惯性测量单元的可穿戴设备，还包括：

数据获取模块，用以通过所述惯性测量单元获取六轴数据并计算姿态角数据；

曲线拟合模块，用以选取一个姿态角，并根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；

动作计数模块，用以在曲线拟合模块完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内的拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变；

其中，所述正弦曲线的特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。

本实施例中，所述动作计数模块还用以：在当首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围，且n个动作周期的时长均符合预设时间长度时，将n个动作中的第一个动作记为初始动作，并从初始动作开始计数，且n≥2。

其中，当首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围的具体含义为：

在首次出现连续的n个动作周期内，在每完成一个动作周期的拟合后，根据当前的单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数调整预设标准范围，即在初始动作周期内，以初始预设标准范围作为标准判断是否计数，在第二个动作周期至第n个动作周期内，采用前一个动作周期内调整后的预设标准范围作为标准判断是否计数，首次出现连续的n个动作周期结束后，以最后一次调整后的预设标准范围作为后续健身动作计数的判断标准。

由于前一动作的正弦曲线的特征参数会对后一动作是否计数产生影响，尤其首个动作的判定，因此需保证初始动作判定的准确性，而佩戴者日常动作也会为初始动作判断作为计得动作开始的标志增加误判概率，从而设定出现连续多个动作作为健身动作计数开始标志，降低因佩戴者日常动作造成健身动作开始计数的这种偶然性，防止因佩戴者日常动作发生健身动作计数加1的误判，健身动作计数更加准确。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于可穿戴设备的健身动作计数方法，可穿戴设备具有惯性测量单元，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、通过所述惯性测量单元获取六轴数据并计算三个姿态角数据；

步骤2、选取一个姿态角，根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；

步骤3、完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变；

其中，所述正弦曲线的特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的健身动作计数方法，其特征在于，还包括：

当首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围，且n个动作周期的时长均符合预设时间长度时，将n个动作中的第一个动作记为初始动作，并从初始动作开始计数，且n≥2。

3.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的健身动作计数方法，其特征在于，首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围的具体含义为：

在首次出现连续的n个动作周期内，在每完成一个动作周期的拟合后，根据当前的单个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数调整预设标准范围。

4.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的健身动作计数方法，其特征在于，所述可穿戴设备为智能手表。

5.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的健身动作计数方法，其特征在于，所述惯性测量单元为IMU惯性传感器。

6.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的健身动作计数方法，其特征在于，根据获取到的六轴数据利用Mahony互补滤波计算姿态角数据，并对计算到的姿态角数据进行滤波去噪处理。

7.一种可穿戴设备，可穿戴设备具有惯性测量单元，其特征在于，可穿戴设备还包括：

数据获取模块，用以通过所述惯性测量单元获取六轴数据并计算三个姿态角数据；

曲线拟合模块，用以选取一个姿态角，并根据选取的姿态角的数据拟合正弦曲线；

动作计数模块，用以在曲线拟合模块完成单个动作周期的拟合后，判断单个动作周期内的拟合的正弦曲线的特征参数是否符合预设标准范围，若是，则健身动作计数加1；若否，则健身动作计数不变；

其中，所述正弦曲线的特征参数包括单个动作周期角度差范围、单个动作周期的时间长度、单个动作周期曲线对称度和单个动作周期曲线两端点差值幅度中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的可穿戴设备，其特征在于，所述动作计数模块还用以：当首次出现连续的n个动作周期内拟合的正弦曲线的特征参数均符合预设标准范围，且n个动作周期的时长均符合预设时间长度时，将n个动作中的第一个动作记为初始动作，并从初始动作开始计数，且n≥2。

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