CN114588590B - 一种基于机器视觉的健身设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于机器视觉的健身设备，包括：机器视觉装置、控制装置、健身器材运动检测控制装置和健身器材；其中，健身器材在被用户使用的状态下对用户的腿部肌肉进行训练；而且其中，机器视觉装置布置在健身器材的侧部，用于在健身器材被用户使用时持续拍摄用户的姿态照片，并且根据每张姿态照片计算用户大腿、小腿和脚尖之间的位置关系；而且，机器视觉装置根据计算出来的位置关系向控制装置发送指示信号；控制装置基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置对健身器材的止动操作。本发明提供一种在即使没有诸如健身教练之类的专业人士的情况下也能够有效防止膝盖损伤的发生的基于机器视觉的健身设备。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉领域，而且涉及健身器材领域，更具体地涉及一种基于机器视觉的健身设备。
背景技术
现如今，健身房健身已经成为一种流行的生活方式。但是，对于利用健身房器械的健身活动，如果动作不正确，则健身反而会容易导致受伤。其中，膝盖损伤是健身容易导致的一种常见损伤。
重复动作和关节肌肉承受压力，会导致膝盖受到一定的损伤；一般，膝盖损伤的典型症状是膝盖附近疼痛。膝盖损伤包括韧带损伤和软骨损伤。而且，如果不及时治疗和修复膝盖损伤，可能会出现习惯性损伤，最终引起膝关节退化性关节炎。
如果用户在健身房健身时，旁边有健身教练，则能随时提醒用户的动作标准性，从而防止诸如膝盖损伤之类的健身损伤。但是，用户在健身房健身时，并不是时时刻刻都有健身教练在身边进行指导。而且，如果用户在家购买健身设备并单独在家健身，身边也很可能没有诸如健身教练之类的专业人士指导。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种在即使没有诸如健身教练之类的专业人士的情况下也能够有效防止膝盖损伤的发生的基于机器视觉的健身设备。
根据本发明，提供了一种机器视觉装置、控制装置、健身器材运动检测控制装置和健身器材；
其中，健身器材在被用户使用的状态下对用户的腿部肌肉进行训练；
而且其中，机器视觉装置布置在健身器材的侧部，用于在健身器材被用户使用时持续拍摄用户的姿态照片，并且根据每张姿态照片计算用户大腿、小腿和脚尖之间的位置关系；而且，机器视觉装置根据计算出来的位置关系向控制装置发送指示信号；
控制装置基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置对健身器材的止动操作。
由此，根据本发明的基于机器视觉的健身设备可以利用机器视觉自动实现对可能发生膝盖损伤的情况的检测，并且在检测到可能发生膝盖损伤的情况下自动停止健身器材的使用，从而在即使没有诸如健身教练之类的专业人士的情况下也能够有效防止膝盖损伤的发生。
优选地，当健身器材运动检测控制装置对健身器材执行止动操作时，健身器材运动检测控制装置使健身器材停止在预定状态下。
优选地，健身器材的预定状态是使得用户大腿和小腿的肌肉最舒展的状态。预定状态下肌肉最舒展的状态的设置，使得用户在健身器材停止时也能更容易地从健身器材上下来。
优选地，机器视觉装置根据姿态照片计算大腿和小腿之间的夹角角度，而且计算脚掌的脚尖相对于膝盖最前部的相对位置关系，并且在夹角角度和相对位置关系分别满足下述第一条件和第二条件时向控制装置发送命令健身停止的指示信号，以使控制装置控制健身器材运动检测控制装置对健身器材执行止动操作；
其中，第一条件是大腿和小腿之间的夹角角度小于预设角度；
第二条件是脚尖与脚跟处于预定平面的同一侧；其中预定平面垂直于大腿1和小腿所处的平面，并且膝盖最前部所在的点到脚掌的垂线经过预定平面。
优选地，预设角度小于或等于90°；或者优选地，预设角度介于90°至60°之间。
优选地，健身器材运动检测控制装置还检测健身器材的从静止到运动的状态转变，并且在检测到健身器材的从静止到运动的状态转变时向控制装置发送机器视觉启动信号；控制装置在从健身器材运动检测控制装置收到机器视觉启动信号时启动机器视觉装置工作。
由此，本发明可以有利地在运动启动时即实现健身器材膝盖损伤检测的自动执行，防止由于用户忘记启动机器视觉功能而导致的膝盖损伤。
优选地，基于机器视觉的健身设备还包括显示屏；而且在控制装置基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置对健身器材的止动操作时，控制装置根据健身器材的类别指示显示屏在显示屏的两个部分分别播放健身器材的正确使用方法的视频以及拍摄的用户姿态照片。
由此，根据本发明的基于机器视觉的健身设备不仅能够在即使没有诸如健身教练之类的专业人士的情况下也可以有效防止膝盖损伤的发生，而且能够在可能发生膝盖损伤的情况下即使没有诸如健身教练之类的专业人士也可以为用户提供正确健身知识的信息，而且使得用户可以通过对比正确健身姿态和自己的错误健身姿态来调整健身动作。
优选地，机器视觉装置在健身器材被用户使用时以预定时间间隔持续拍摄用户的姿态照片。
优选地，健身器材在被用户使用的状态下还对用户的臀部肌肉进行训练。例如，健身器材是蹬腿机、动感单车和健身车中的一种。如果健身器材在被用户使用的状态下不仅对用户的腿部肌肉进行训练，而且还对用户的臀部肌肉进行训练，则更容易出现膝盖受伤的问题，更容易检测出夹角角度和相对位置关系分别满足第一条件和第二条件的情况；由此根据本发明的基于机器视觉的健身设备更有利地运用至健身器材在被用户使用的状态下不仅对用户的腿部肌肉进行训练、而且还对用户的臀部肌肉进行训练的健身项目。
优选地，健身器材是蹬腿机，蹬腿机包括蹬腿板，蹬腿板的用于用户脚踏的表面上布置有水平布置且相互平行的多条可发光线；控制装置控制可发光线的发光；而且其中，在夹角角度和相对位置关系分别满足下述第一条件和第二条件时，机器视觉装置记录大腿和小腿之间的夹角角度最小的姿态照片，基于记录的照片计算预定平面与蹬腿板表面的交线的位置；而且机器视觉装置基于交线的位置，将蹬腿板的所有可发光线中的位于交线位置上方且离交线位置最近的可发光线确定为待启动的可发光线，而且将指示使待启动的可发光线发光的提示信号发送给控制装置；控制装置在从机器视觉装置接收到指示使得待启动的可发光线发光的提示信号时使得待启动的可发光线发光。
由此，蹬腿机的用户知道自己在大腿小腿夹角最小的状态下，脚尖离膝盖的水平距离有多远，从而可以适当调整自己脚掌的位置，以防止后续继续锻炼时运动中的膝盖伤害。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的总体功能框图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的总体俯视示意图。
图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的算法原理示意图。
图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的算法原理示意图。
图5示意性地示出了根据本发明另一优选实施例的基于机器视觉的健身设备的总体俯视示意图。
图6示意性地示出了以蹬腿机为示例的根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的原理示意图。
图7示意性地示出了根据本发明优选示例的蹬腿机的脚踏板。
图8示意性地示出了根据本发明优选示例的蹬腿机的脚踏板的示意状态。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的总体功能框图；图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的总体俯视示意图。
具体地，如图1和图2所示，根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备包括：机器视觉装置100、控制装置200、健身器材运动检测控制装置300和健身器材400。
其中，健身器材400在被用户使用的状态下对用户的腿部肌肉进行训练。
机器视觉装置100布置在健身器材400的侧部（如图2所示），用于在健身器材400被用户使用时持续拍摄用户的姿态照片（例如，机器视觉装置100在健身器材400被用户使用时以预定时间间隔持续拍摄用户的姿态照片），并且根据每张姿态照片计算用户大腿、小腿和脚尖之间的位置关系；而且，机器视觉装置100根据计算出来的位置关系向控制装置200发送指示信号。
机器视觉装置100在健身器材400的侧部的布置位置使得机器视觉装置100拍摄的姿态照片覆盖用户在使用健身器材400状态下的大腿、小腿和脚部的信息。
控制装置200基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置300对健身器材400的止动操作。
由此，根据本发明的基于机器视觉的健身设备可以利用机器视觉自动实现对可能发生膝盖损伤的情况的检测，并且在检测到可能发生膝盖损伤的情况下自动停止健身器材的使用，从而在即使没有诸如健身教练之类的专业人士的情况下也能够有效防止膝盖损伤的发生。
优选地，在控制装置200基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置300对健身器材400的止动操作时，控制装置200指示警示设备（未在附图中显示）发出膝盖可能受到损伤的警示信号。该警示信号可以是音频信号、文字信号和视频信号中的任意一种或多种。
而且，优选地，在控制装置200基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置300对健身器材400的止动操作时，控制装置200根据健身器材400的具体类别，指示显示屏（未在附图中显示）分别在显示屏的两个部分（例如左半边和右半边）分别播放健身器材400的正确使用方法的视频以及拍摄的用户姿态照片。
由此，根据本发明的基于机器视觉的健身设备不仅能够在即使没有诸如健身教练之类的专业人士的情况下也可以有效防止膝盖损伤的发生，而且能够在可能发生膝盖损伤的情况下即使没有诸如健身教练之类的专业人士也可以为用户提供正确健身知识的信息，而且使得用户可以通过对比正确健身姿态和自己的错误健身姿态来调整健身动作。
其中，当健身器材运动检测控制装置300对健身器材400执行止动操作时，健身器材运动检测控制装置300使健身器材400停止在预定状态下（即，使得用户无法使用健身器材400）。
优选地，健身器材400的预定状态是使得用户大腿和小腿的肌肉最舒展的状态。预定状态下肌肉最舒展的状态的设置，使得用户在健身器材停止时也能更容易地从健身器材上下来。
下面阐述关于机器视觉装置100根据姿态照片计算用户大腿、小腿和脚尖之间的位置关系的具体示例。
如图3所示，机器视觉装置100根据姿态照片计算大腿1和小腿2之间的夹角角度，而且计算脚掌3的脚尖4相对于膝盖最前部6的相对位置关系，并且在夹角角度和相对位置关系分别满足下述第一条件和第二条件时向控制装置200发送命令健身停止的指示信号，以使控制装置200控制健身器材运动检测控制装置300对健身器材400执行止动操作。
其中，第一条件是大腿1和小腿2之间的夹角角度小于预设角度；例如，该预设角度小于或等于90°；或者优选地，预设角度介于90°至60°之间。优选地，该预设角度是可设置参数。
第二条件是脚尖4与脚跟处于预定平面5的同一侧；其中预定平面5垂直于大腿1和小腿2所处的平面，并且膝盖最前部6所在的点到脚掌的垂线经过预定平面5。
例如，不满足脚尖4与脚跟处于预定平面的同一侧这一条件的状态如图3所示，满足脚尖4与脚跟处于预定平面的同一侧这一条件的状态如图4所示。需要说明的是，对于脚尖4与脚跟的检测，例如可以以检测鞋子的两个端部来实现。
在具体优选示例中，如果设定的第一条件和第二条件均满足，则用户按照该节奏进行运动时膝盖受损的可能性相当大，该状态下停止健身运动可以最有利地保护用户不受膝盖损伤。
优选地，健身器材400在被用户使用的状态下还对用户的臀部肌肉进行训练。例如，健身器材400是蹬腿机、动感单车和健身车中的一种。
在这种具体实施方式中，如果健身器材在被用户使用的状态下不仅对用户的腿部肌肉进行训练，而且还对用户的臀部肌肉进行训练，则更容易出现膝盖受伤的问题，更容易检测出夹角角度和相对位置关系分别满足第一条件和第二条件的情况；由此根据本发明的基于机器视觉的健身设备更有利地运用至健身器材在被用户使用的状态下不仅对用户的腿部肌肉进行训练、而且还对用户的臀部肌肉进行训练的健身项目。
而且，在具体优选示例中，健身器材运动检测控制装置300还检测健身器材400的从静止到运动的状态转变，并且在检测到健身器材400的从静止到运动的状态转变时向控制装置200发送机器视觉启动信号；控制装置200在从健身器材运动检测控制装置300收到机器视觉启动信号时启动机器视觉装置100工作。
由此，在具体优选示例中，可以有利地在运动启动时即实现健身器材膝盖损伤检测的自动执行，防止由于用户忘记启动机器视觉功能而导致的膝盖损伤。
本领域技术人员可以理解的是，可以在健身器材400的一个侧部布置机器视觉装置100，从而仅仅对单侧腿脚进行检测计算分析，也可以分别在健身器材400的两边侧部分别布置一个机器视觉装置100，从而对双侧腿脚进行检测计算分析（如图5所示），而且例如，任何一个机器视觉装置100均执行上述说明中阐述的功能和操作。
[蹬腿机示例]
下面以健身器材400是蹬腿机的情况为示例，进一步描述本发明的优选实施方式。
图6示意性地示出了以蹬腿机为示例的根据本发明优选实施例的基于机器视觉的健身设备的原理示意图。
如图6所示，健身器材400是蹬腿机，蹬腿机包括蹬腿板402；坐在座椅401的用户的脚踏在蹬腿板402上。
图6示意性地示出了机器视觉装置100拍摄的在健身器材400被用户使用时持续拍摄用户的姿态照片。在说明书前述说明的基础上，本发明的当前示例进一步结合机器视觉装置100进一步改进了现有技术的蹬腿板402，下面详细描述。
而且如图7所示，蹬腿板402的用于用户脚踏的表面上布置有水平布置且相互平行的多条可发光线403；控制装置200控制可发光线403的发光。
例如，这种可发光线可以利用嵌入式LED发光管实现。
而且其中，在夹角角度和相对位置关系分别满足下述第一条件和第二条件时，机器视觉装置100记录大腿1和小腿2之间的夹角角度最小的姿态照片，基于记录的照片计算之前定义的预定平面5与蹬腿板402表面的交线404的位置（如图8所示）。
而且机器视觉装置100基于交线404的位置，将蹬腿板402的所有可发光线403中的位于交线404的位置上方且离交线404的位置最近的可发光线（在图8所示的例子中，该位置最近的可发光线如参考标号405所示）确定为待启动的可发光线，而且将指示使得待启动的可发光线发光的提示信号发送给控制装置200。
控制装置200在从机器视觉装置100接收到指示使得待启动的可发光线发光的提示信号时使得待启动的可发光线发光。
由此，蹬腿机的用户知道自己在大腿小腿夹角最小的状态下，脚尖离膝盖的水平距离有多远，从而可以适当调整自己脚掌的位置，以防止后续继续锻炼时运动中的膝盖伤害。
需要说明的是，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉的健身设备，其特征在于包括：机器视觉装置、控制装置、健身器材运动检测控制装置和健身器材；
其中，健身器材在被用户使用的状态下对用户的腿部肌肉和臀部肌肉进行训练；
而且其中，机器视觉装置布置在健身器材的侧部，用于在健身器材被用户使用时持续拍摄用户的姿态照片，并且根据每张姿态照片计算用户大腿、小腿和脚尖之间的位置关系；而且，机器视觉装置根据计算出来的位置关系向控制装置发送指示信号；
控制装置基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置对健身器材的止动操作；
其中，机器视觉装置根据姿态照片计算大腿和小腿之间的夹角角度，而且计算脚掌的脚尖相对于膝盖最前部的相对位置关系，并且在夹角角度和相对位置关系分别满足下述第一条件和第二条件时向控制装置发送命令健身停止的指示信号，以使控制装置控制健身器材运动检测控制装置对健身器材执行止动操作；
其中，第一条件是大腿和小腿之间的夹角角度小于预设角度，所述预设角度介于90°至60°之间；
第二条件是脚尖与脚跟处于预定平面的同一侧；其中预定平面垂直于大腿和小腿所处的平面，并且膝盖最前部所在的点到脚掌的垂线经过预定平面；
其中，健身器材是蹬腿机，蹬腿机包括蹬腿板，蹬腿板的用于用户脚踏的表面上布置有水平布置且相互平行的多条可发光线；控制装置控制可发光线的发光；
而且其中，在夹角角度和相对位置关系分别满足下述第一条件和第二条件时，机器视觉装置记录大腿和小腿之间的夹角角度最小的姿态照片，基于记录的照片计算预定平面与蹬腿板表面的交线的位置；
而且机器视觉装置基于交线的位置，将蹬腿板的所有可发光线中的位于交线位置上方且离交线位置最近的可发光线确定为待启动的可发光线，而且将指示使待启动的可发光线发光的提示信号发送给控制装置；
控制装置在从机器视觉装置接收到指示使得待启动的可发光线发光的提示信号时使得待启动的可发光线发光，以便用户调整脚掌位置。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的健身设备，其特征在于，当健身器材运动检测控制装置对健身器材执行止动操作时，健身器材运动检测控制装置使健身器材停止在预定状态下。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的健身设备，其特征在于，健身器材的预定状态是使得用户大腿和小腿的肌肉最舒展的状态。
4.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的健身设备，其特征在于，健身器材运动检测控制装置还检测健身器材的从静止到运动的状态转变，并且在检测到健身器材的从静止到运动的状态转变时向控制装置发送机器视觉启动信号；控制装置在从健身器材运动检测控制装置收到机器视觉启动信号时启动机器视觉装置工作。
5.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的健身设备，其特征在于，基于机器视觉的健身设备还包括显示屏；而且在控制装置基于指示信号来控制健身器材运动检测控制装置对健身器材的止动操作时，控制装置根据健身器材的类别指示显示屏在显示屏的两个部分分别播放健身器材的正确使用方法的视频以及拍摄的用户姿态照片。
6.根据权利要求1或2所述的基于机器视觉的健身设备，其特征在于，机器视觉装置在健身器材被用户使用时以预定时间间隔持续拍摄用户的姿态照片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20220607 Assignee: Zhejiang Qiwang Technology Co.,Ltd. Assignor: HANGZHOU VOCATIONAL & TECHNICAL College Contract record no.: X2024980002874 Denomination of invention: A Fitness Equipment Based on Machine Vision Granted publication date: 20230324 License type: Common License Record date: 20240315 |