CN116099178A - 安全保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种安全保护系统，其包括定位提升组件、运动检测装置和控制器。定位提升组件包括安装在横梁上的第一定位机构和安装在第一定位机构上的提升机构。第一定位机构被配置为基于第一控制信号在第一方向沿着横梁移动。提升机构被配置为基于第二控制信号在第二方向生成提升力并提供给对象。运动检测装置，用于监测对象的运动参数。控制器与定位提升组件和运动检测装置通信，其中控制器被配置为基于第一组对象的运动参数生成第一控制信号以及基于第二组对象的运动参数生成第二控制信号。本公开还提供一种安全保护方法。通过使用梁结构，配合精确定位技术，使提升机构能够大致保持在对象头顶上方，从而当对象确定有危险时可立即自动或手动提供提升力，提升力可将对象提起或阻止跌倒以避免受伤。

Description

安全保护系统及方法

技术领域

本公开的实施例涉及用于极限运动的安全保护系统领域，更具体地，用于防止执行或执行极限运动动作的对象或参与者受到严重伤害。

背景技术

在极限运动的世界中，如冬季极限运动会、夏季极限运动会、反地心引力单车赛、本田滑雪巡回赛和AST Dew Tour滑板奥运积分赛中，运动员使用各种类型的运动设备，例如坡道、四分之一管、半管、箱体、跳台、轨道等。这些极限运动的传统环境要么在干燥的表面区域使用轮式运动设备，要么在如海洋或湖泊的水上环境中使用滑水板或花式溜冰鞋，要么在高山滑雪条件下的滑雪场上使用滑雪板等。

作为示例，半管正在成为极限运动中诸如滑板、滑雪板、自行车和轮滑等活动的组成部分。半管高约11到22英尺(3.3到6.7 米)，坡度在16到18度之间，足以让运动员保持动力。墙壁之间的平坦宽度为64至74英尺(19至22米)。它的长度可以在400 到600英尺(120到180米)之间变化。运动员通过从管道上端的左侧或右侧高速进入管道，伴随着该速度并沿着对面墙壁的形状将他们弹射到空中，然后落回到对面墙壁上。在空中飞行时，他们会进行旋转、翻转和摸板技巧，然后再降落在管道上。落地后，它们会稍微下坡以保持速度，并继续沿着平坦的底部、即管道壁之间的部分沿着对面的墙壁向上移动，再次向空中弹射到空中以执行其他技巧。由专家小组根据运动员的五到六次来回往复的动作技巧的技术难度、执行程度以及在执行这些技巧时表现出的高度和风格进行评判。得分最高的运动员获胜。

持续的练习对于在比赛中获得更好的表现和赢得更高的分数是必不可少的。然而，在半管上练习，由于在空中的高度和高速度，有时如果旋转、翻转或技巧表现失误，或者如果落地位置超出安全区域，将不可避免地导致跌倒和严重受伤。为了减轻或避免这种跌倒或受伤，需要一种安全保护系统，使运动员能够在半管中自由骑行并尝试各种花样，而不用恐惧或担心摔倒或受伤。

发明内容

基于上述问题，根据本公开内容的示例实施方式，提供了一种用于安全保护的系统及方法。

在本公开内容的第一方面中，提出一种安全保护系统，其包括：定位提升组件，包括安装在横梁上的第一定位机构和安装在所述第一定位机构上的提升机构，其中：所述第一定位机构被配置为基于第一控制信号在第一方向沿着所述横梁移动；以及所述提升机构被配置为基于第二控制信号在第二方向生成提升力并提供给所述对象；运动检测装置，用于监测所述对象的运动参数；以及控制器，所述控制器与所述定位提升组件和运动检测装置通信，其中所述控制器被配置为：基于第一组对象的运动参数生成所述第一控制信号；以及基于第二组对象的运动参数生成所述第二控制信号。

在本公开的某些实施例中，其特征在于：所述安全保护系统还包括第二定位机构以及导向机构，所述第二定位机构附接于所述横梁上；所述第二定位机构根据第三控制信号沿导向机构在第三方向移动；以及所述控制器被配置为基于第三组对象的运动参数生成所述第三控制信号。

在本公开的某些实施例中，其特征在于：所述提升机构包括至少一根柔性线缆，其近端和远端分别连接至所述提升机构和所述对象；以及所述提升机构构造成通过所述至少一根柔性线缆在近端和远端之间的长度伸缩产生牵引提升力。

在本公开的某些实施例中，其特征在于：所述至少一根柔性线缆的末端与所述对象通过高自由度连接结构连接。

在本公开的某些实施例中，其特征在于：所述提升机构包括预应力提供装置。

在本公开的某些实施例中，其特征在于：所述提升机构包括设置在提升机构上的电磁装置和附接于所述对象的磁性构件；以及所述电磁装置由基于所述第二控制信号的电能供电，并被配置为在所述提升机构和所述对象之间产生磁性提升力。

在本公开内容的第二方面中，提出一种安全保护方法，其包括：基于第一组对象的运动参数生成第一控制信号以驱动第一定位机构追踪对象在第一方向的运动；以及基于第二组对象的运动参数生成第二控制信号以驱动提升机构在所述提升机构和所述对象之间生成提升力。

在本公开内容的第三方面中，提出一种计算机程序产品，其包括当执行一个或多个处理器的指令时，使该一个或多个处理器执行第二方面的方法。

上述安全保护系统或方法，一方面，通过使用龙门架梁结构，配合精确定位技术，使提升机构能够大致保持在对象头顶上方，从而当对象确定有危险时可立即自动或手动提供提升力，提升力可将对象提起或阻止跌倒以避免受伤。另一方面，通过引入高自由度连接结构，在对象安全时不会干扰或中断对象的运动，而在对象有危险时会立即提供提升力，使对象在某种程度上无需担心受重伤。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开内容的实施方式的关键或重要特征，亦非用于限制本公开内容的范围。本公开内容的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

通过以下参照附图的详细描述，本文公开的示例实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更加容易理解。在附图中，本文所公开的若干示例实施例将以示例和非限制性方式示出，其中：

图1示出了根据本公开实施例的安全保护系统的基本原理示意图；

图2示出了根据本公开实施例的安全保护系统的第一实际实施变型的示意图；

图3示出了根据本公开实施例的安全保护系统的第二实际实施变型的示意图；

图4示出了根据本公开实施例的安全保护系统的第三实际实施变型的示意图；

图5示出了根据本公开实施例的安全保护系统的第四实际实施变型的示意图；

图6示出了根据本公开实施例的安全保护系统的第五实际实施变型的示意图；

图7示出了根据本公开实施例的安全保护系统的第六实际实施变型的示意图；

图8示出了根据本公开实施例的用于控制安全保护系统的控制器的示意图；

图9示出了根据本公开实施例的当对象处于危险中时的示意图；以及

图10示出了根据本公开实施例的示例性安全保护方法的流程图。

在整个附图中，相同或相似的附图标记用于指示相同或相似的元件。

具体实施方式

下面将参考附图中所示的几个示例实施例来描述本公开的原理。虽然在附图中示出了本发明的优选实施例，但是应当理解，这些实施例的描述仅仅是为了便于本领域技术人员更好地理解并实施本发明，而并非用于限制本公开内容的保护范围。

术语“一个”不排除多个。术语“包括”其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”应理解为“和/或”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“被配置/适配为”是指可以通过由用户或外部机构引起的操作或机构的配置来实现的功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”、“第三”等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。除非上下文另有明确说明，否则术语的定义在整个描述中是一致的。在相互不同的从属权利要求中列举了某些特征这一事实并不表明这些在不同从属权利要求中的特征的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参照符号不应被解释为限制其范围。

图1为本发明实施例的安全保护系统100的基本原理示意图。所述安全保护系统100布置在基面101周围，所述基面101包括例如干燥的表面区域、海洋或湖泊区域、或高山滑雪条件下的滑雪场区域，对象103可以使用各种类型的运动设备，例如轮式运动设备、滑水板或滑冰鞋，或滑雪板、和滑板在所述基面101上滑行并执行各种技巧、特技和花式动作。所述对象103可以包括溜冰者、滑雪者、单板滑雪者、溜冰者、摩托车骑手、自行车骑手和其他极限运动参与者/受训者 /练习者/初学者/运动员。

在一些实施例中，所述基面101可以是像冰面一样的平面表面，在该表面上，滑冰者可以练习花样滑冰技能，例如跳跃，甚至是一些危险的技能，例如在一对溜冰者之间男性伙伴将女性伙伴向空中抛掷的跳跃翻转动作。在空中跳跃的花样动作，虽然增加了额外的高度及表演的刺激性但同时也增加了危险。在一些实施例中，所述基面101 可以包括一个或多个斜坡，如半管、高山斜坡或大型空中跳台，这有助于使所述对象103以足够的高度和速度将自己抛向空中以表演技巧、特技和花式动作，然后落回到地面。然而，如果旋转、翻转或花样动作失败，或者如果落地位置超出安全区域，则在这样的基面101 上练习将不可避免地导致所述对象103的跌倒甚至严重伤害。在某些情况下，此类事故可能使所述对象103(例如，运动员、受训者或运动初学者)遭受严重的伤害甚至导致残疾。因此，本发明提出所述安全保护系统100，以在确定对象103处于危险中时保护对象103免受伤害。同时，当对象103被确定是安全的时候或当对象103进行正常活动时，不会干扰或中断所述对象103的正常运动。

所述安全保护系统100包括设置在所述基面101上方的定位提升组件140。在一些实施例中，对于初学者来说，沿所述基面101表面的单一方向，如箭头3所示的第一方向滑动,在这种情况下，初学者在横向方向(y轴)滑动和/或在y-z平面上进行技巧、特技和花式动作是基本要求。相类似地，初学者也可沿所述基面101表面的如箭头7所示的第三方向滑动。为了满足这样的要求，所述定位提升组件 140包括第一定位机构131和附接到所述第一定位机构131的提升机构133。

所述第一定位机构131基于第一控制信号1703在所述第一方向上被驱动以沿着对象103上方的横梁125朝向对象103的头顶上方移动。在本实施例中，所述提升机构133的运动与所述第一定位机构131 的运动耦合。使得所述提升机构133可以被引导以追踪所述对象103 在所述第一方向上的运动，并且当所述对象103在所述基面101的追踪区域内移动时，所述提升机构133大致在所述对象103的头顶上方。所述提升组件133被驱动以朝向对象103的头顶上方移动并且被配置为，当根据对象的运动参数1510确定所述对象103处于危险中时基于第二控制信号1705在如箭头5所示的第二方向生成提升力并提供给所述对象103。

在一些实施例中，对于诸如运动员之类的专业人士而言，沿所述基面101表面如箭头3和7所示的在横向方向(轴y)和纵向方向(轴 x)构成的x-y平面滑动并且在三维空间(x-y-z空间)中进行技巧、特技和花式动作是基本要求。为了满足这样的要求，所述定位提升组件140还包括第二定位机构120，所述第二定位机构120附接在横梁上且由导向机构110支撑，所述第二定位机构120可根据第三控制信号1707沿所述导向机构110承载横梁以及所述第一定位机构131在所述第三方向上被驱动以朝向所述对象103的头顶上方移动。所述第一定位机构131基于所述第一控制信号1703在所述第一方向上被驱动以沿着对象103上方的横梁朝向对象103的头顶上方移动。在本实施例中，所述提升机构133的运动与所述第二定位机构120和所述第一定位机构131的运动耦合。使得所述提升机构133可以被引导以在二维平面(x-y平面)上追踪所述对象103的移动，并且当所述对象103 在所述基面101的跟踪区域内移动时，所述提升机构133大致在所述对象103的头顶上方。所述提升组件133被驱动以朝向对象103的头顶上方移动并且被配置为，当根据对象的运动参数1510确定所述对象103处于危险中时基于所述第二控制信号1705在第二方向生成提升力并提供给所述对象103。

所述安全保护系统100的操作由如图1所示的控制器170控制，所述控制器170与所述定位提升组件140和运动检测装置150通信。所述控制器170可以包括用于分析由运动检测装置150获取的对象的运动参数1510的处理器。所述控制器170可以包括用于生成第一和第三控制信号1703、1707的定位控制器单元和用于基于处理器的分析结果生成第二控制信号1705的提升控制单元。

所述对象103在移动和做特技时的对象的运动参数1510被运动检测设备150获取或捕获，用于加速度、速度、位置、轨迹或姿势分析，在有效确定所述第一控制信号1703、第二控制信号1705和第三控制信号1707中起重要作用。对象的运动参数1510可以包括位置、姿势、高度、轨迹、重力、加速度、速度、旋转矢量和振动频率。在训练和练习期间实时监测对象的运动参数1510可以帮助对象103避免伤害，这对于控制所述安全保护系统100至关重要。所述运动检测装置150可以包括全球位置传感器(GPS)、加速度计、陀螺传感器、摄像机、摄像头等能够实现获得加速度、速度、位置、轨迹或姿态分析结果目的的设备或技术。

所述第一控制信号1703是基于对描述对象103沿所述第一方向(y 轴)的速度或位移的第一组对象的运动参数的分析而生成的。所述第三控制信号1707是基于对描述对象103沿所述第三方向(x轴)的速度或位移的第三组对象的运动参数的分析而生成的。所述第二定位机构 120和所述第一定位机构131的适当移动可以分别由所述第三控制信号1707和所述第一控制信号1703驱动，以达到为所述提升机构133 被赋能以追踪所述对象103运动的目的，更具体地，当所述对象103 在基面101的追踪区域中移动时，所述提升机构133被驱动以大致位于所述对象103的头顶上方。

所述第二控制信号1705是基于对第二组对象的运动参数的分析生成的，其中部分参数可以描述所述对象103的加速度、姿势、轨迹或落地位置，这些可以用来决定所述对象103是否在处于危险状态或安全状态，其中部分参数可以描述所述对象103的加速度(力)。在一些实施例中，如果所述对象103未能顺利做出一些技巧、特技和花式动作并且可能严重撞击基面101并受伤，则所述对象103被判定为处于危险中，否则，所述对象103是安全的。

如果确定所述对象103处于危险中，则所述提升机构133被配置为基于所述第二控制信号1705在第二方向(例如，轴z)生成提升力并提供给所述对象103。所述第二控制信号1705还可以确定要产生的提升力的强度和方向。可以理解的是，所述提升力不一定完全沿z轴方向，所述提升力可以沿任意方向，但具有将所述对象103提起或阻止对象103跌落甚至将对象103移动并置于安全区域的功能。当所述对象103下落时，所述提升力可以沿着与对象103的加速度相反的方向。

在一些实施例中，当对象103处于危险中时，瞬间产生高强度的提升力以在短时间内抵消、抑制、减小或平衡所述对象103的重力或加速力。在一些实施例中，为了保证能够快速阻止所述对象103的摔倒，所述提升机构133还可包括预应力提供装置以快速提供瞬时预应力。所述瞬时预应力，即瞬时提升力作为所述提升力的一部分，可以达到双保险的目的以确保及时、有效的阻止所述对象103的摔倒。

所述提升力的强度可随着所述对象103的加速度的变化而调整。在一些实施例中，所述提升力大到足以将所述对象103从一个高度提升到更高的高度或至少足够大以快速阻止所述对象103跌落到基面 101的任何部位，以防止所述对象103受伤。在一些实施例中，所述提升力可基于监测所述对象103的重力、加速度或位置来调整，以避免在所述提升力太大时对所述对象103造成第二次伤害。在其他实施例中，可以通过提升力将所述对象103从有危险的地方移动到安全区域，以方便现场其他工作人员照顾所述对象103。

在本发明的以下示例性实施例中，示例性地说明了如何围绕滑雪板103a的半管基面101a布置所述安全保护系统100以及如何操作安所述全保护系统100。需要强调的是，所述安全保护系统100也可以设置在其他类型的基面101周围，以防止对象103(例如，溜冰者、滑雪者、轮滑者、摩托车骑手、自行车骑手等)在其他极限运动中进行高速运动、技巧、特技和花式动作时受伤。

图2～7示出了安全保护系统100a-1,100a-2,100b～100e的不同的实际实施例变型。如图2所示，首先看到的是用于放置在室外或室内的轮滑运动员或滑雪板运动员103a使用的半管基面101a。安全保护系统100a-1被布置成围绕在半管基面101a周围。为简单起见，本图和后续图中的类似部件用相同的附图标记表示。

如图2所示的适用于初学者或练习者的安全保护系统100a-1，所述对象103a需要沿着第一方向，即y轴方向滑动和/或在空中做出一些特技动作。所述安全保护系统100a-1包括接附于横梁125a的定位提升组件140a-1。所述横梁125a置于所述对象103a上方。所述横梁 125a通过至少两个立柱1254，1256固定在地面上方。所述定位提升组件140a，包括安装在横梁125a上的第一定位机构131和安装在第一定位机构131上的提升机构133。所述第一定位机构131被配置为基于第一控制信号1703在第一方向沿着所述横梁125a移动。所述提升机构133被配置为基于第二控制信号1705在第二方向生成提升力并提供给所述对象103a。

如图3到图7所示的适用于专业运动员的安全保护系统100a-2，100b到100e，所述对象103a需要沿着所述基面101a自由地滑动和/ 或在空中做出一些特技动作。与图2所示所述的安全保护系统100a-1 相比，定位升降组件140b进一步包括第二定位机构120。所述第一定位机构131附接于所述第二定位机构120、所述提升机构133附接于所述第一定位机构131，所述提升机构133与所述对象103a耦接。

在本实施例中，引入龙门架结构以包括多轴定位系统，由此所述提升机构133需要定位在二维平面或三维空间中。在典型的二维布置中，所述横梁125a通常在第一端1251和第二端1253分别由第一和第二驱动装置121、123支撑。所述提升机构133固定于所述横梁125a 上且所述第一和第二驱动装置121、123可承载所述横梁125a沿第三方向即如图3所示的x轴方向来回移动。如果需要在三个维度上移动，所述提升机构133可移动地通过所述第一定位机构131附接在所述横梁125a上，使得所述升降机构133同时可沿第一方向及通常垂直于第一和第二方向的第所述第三方向移动。这三个方向通常是正交的 XYZ轴。

导向机构110a设置在支撑框架组件111上。所述支撑框架组件 111包括四个立柱111a、111b、111c、111d，其中两个立柱沿半管基面101a的纵向长度在竖直方向(z轴)上与另外两个立柱平行竖立。在一些实施例中，所述支撑框架组件111包括多个立柱、侧壁或其他形状的支架，其被设置于沿半管基面101a的任意两侧分布。所述支撑框架组件111用于为所述导向机构110a提供支撑，并在所述导向机构110a和所述半管基面101a之间保持一定的高度。

在一些实施例中，所述导向机构110a包括第一导轨115a和第二导轨117a，第一导轨115a和第二导轨117a沿半管基面101a的长度在纵向(轴线x)上平行放置在支撑框架组件111上，横梁125a设置在它们之间。在一些实施例中，所述第一导轨115a和所述第二导轨117a 分别包括第一刚性轨道框架和第二刚性轨道框架。在一些实施例中，还可以包括第一和第二长条形轨道(未示出)以分别铺设在所述第一导轨115a和所述第二导轨117a上。所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123包括在沿着所述第一和第二导轨115a、117a移动时能够装配到轨道中的结构。在其他实施例中，所述第一导轨115a和所述第二导轨117a可以包括其他结构以配合所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123的运动。

在一些实施例中，所述可移动横梁125a可以通过长条形轨道沿着所述第一和第二导轨115a、117a前后往复运动。更具体地说，驱动所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123可承载所述横梁 125a沿所述第一和第二导轨115a、117a前后往复运动。在一些实施例中，所述第一和第二驱动装置121、123中的每一个包括基于滚珠丝杠的机构、交流伺服电机、线性电机或一些其他驱动机构来控制所述第一和第二驱动装置121、123的运动，例如控制其速度、加速度或位移。在一些实施例中，可以基于所述第三控制信号1707同时控制所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123。

在一些实施例中，所述第一驱动装置121和第二驱动装置123包括相同的机构和结构但具有镜面对称的外壳以附接到所述横梁125a 的两端。在一些实施例中，所述第一驱动装置121和第二驱动装置123 可以分别包括由所述第三控制信号1707同步控制的直线电机。所述第三控制信号1707是基于对描述对象103a沿纵向(x轴)的速度或位移的第三组对象的运动参数的分析而生成的。所述第一驱动装置121 和第二驱动装置123可以至少在所述第三方向上前后移动并追踪对象 103a的移动或速度。

用于安装所述提升机构133的所述第一定位机构131可滑动地安装在所述横梁125a上，并且可沿平行于所述横梁125a的长度的轴线(即，图3中的y轴)移动。所述第一定位机构131优选地可由另一线性马达驱动。为方便起见，将所述第一定位机构131可滑动移动的轴线称为y轴，将导向机构110a引导所述横梁125a运动方向的轴线称为x轴。可以理解，所述第一定位机构131在x轴和y轴上由相应的直线电机驱动的运动的组合用于将安装在所述第一定位机构131上的所述升降机构133定位到x-y平面上的不同位置。因此，所述升降机构133能够追踪对象103a在x-y平面上的位置。

在另一实施例中，所述导向机构110a可以理解为横向设置在半管上方，而不是如图3所示的纵向设置。更具体地说，所述第一导轨 115a和所述第二导轨117a沿半管基面101a的U形截面在横向(y轴) 上平行设置，其间设置有横梁。基于所述第三控制信号1707，驱动所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123分别沿所述第一导轨 115a和第所述二导轨117b在第一方向或横向(y轴)移动。相应地，在本实施例中，基于所述第一控制信号1703驱动所述第一定位机构131 沿所述横梁125a在第三方向或纵向(x轴)移动。

再次参考图3，负载提升主体或所述提升机构133以适当的机械结构附接至所述第一定位机构131。所述对象103a通过至少一根柔性绳索或线缆135被悬挂或耦合到所述提升机构133。所述至少一根柔性线缆135包括分别耦合至所述提升机构133和所述对象103a的近端1351和远端1353。电动马达可基于所述第二控制信号1705被配置以驱动线缆卷筒以卷入(缩回)或放出(延伸)所述至少一根柔性线缆135的额外长度，从而提供具有可调节强度的牵引提升力以将所述对象103a提起或阻止对象103a跌落甚至将对象103a移动到安全区域。在一些实施方式中，也可在没有电动马达自动调整所述至少一根柔性线缆135的长度的情况下，通过手动操作方式调节所述至少一根柔性线缆135的长度。例如，当所述对象103a处于危险中时，通过人工手动摇杆形式快速旋转摇杆以调整所述至少一根柔性线缆135的长度以提供所述牵引提升力。因此，所述至少一根柔性线缆135不仅是用于传递拉力的拉动装置，而且还直接参与牵引提升力的传递。在一些实施例中，所述至少一根柔性线缆135的长度可以是固定的，但是采用能够传递或产生至少一根线缆的变形控制所需的牵引提升力的特殊材料或结构的线缆。这意味着所述至少一根柔性线缆135是弹性的或柔性的并且形状是可控的。所述至少一根柔性线缆135和所述提升机构133具有足够的强度来承受所述对象103a由于在空中进行旋转、翻转或花样动作而引起的重力或加速度。当所述对象103a处于危险中时，牵引提升力可以在短时间内抵消、抵消、抑制、减小或平衡所述对象103a的加速力。

在一些实施例中，所述至少一根柔性线缆135的远端1353与对象103通过球接头、球面接头或万向接头等高自由度连接结构连接。这种高自由度连接结构可以释放很大的旋转自由度，例如万向接头可以释放360°的旋转自由度，这使得所述对象103a可以自由运动，尤其是当所述对象103a在做一些花样、特技或其他动作时诸如旋转、翻转和抓板之类的动作时，不必担心被缠绕在所述至少一根柔性线缆 135中或被所述至少一根柔性线缆135阻挡。在一些其他实施例中，可以使用其他类型的连接结构获得这样的自由度。在一些实施例中，还包括安全带以由对象103a通过肩部、腿部或手臂佩戴，并且此类安全带连接到所述高自由度连接结构或直接连接到所述至少一根柔性线缆135。使用安全带，可以保护对象103a避免由于所述提升机构 133生成的过大的提升力而受伤。

在一些实施方式中，由于提升机构133电动马达的控制会有一定的迟延，无法立即快速产生足够大的提升力，进一步地，所述提升机构133包括一个预应力提供装置(未示出)，所述预应力提供装置可设置于所述至少一根柔性线缆135的远端1353上方一定距离(如0.5 米)位置。所述预应力提供装置可包括紧固于所述至少一根柔性线缆 135的电动绞盘装置，当所述对象103a处于危险中时，通过控制所述电动绞盘装置能够更快地产生一个拉伸预应力。所述拉伸预应力构成所述提升力的一部分。通过预应力提供装置可以达到一个双保险的作用，保证能够立即产生足够大的提升力。

由于所述提升机构133承载的任何负载都由柔性线缆135悬吊，因此通过驱动第一定位机构131的移动或者通过移动所述第二定位机构120的第一和第二驱动装置121、123，而造成的所述第二定位机构120、所述第一定位机构131、所述提升机构133和所述对象103a沿所述横梁125a的纵向移动，容易引起所述对象103a的摇摆。包括由所述对象103a的惯性产生的力的摇摆或由风、重力、动量或其他方式产生的。因此，可以增加一根或多根柔性线缆，每根线缆的一端连接到所述对象103a，另一端悬挂在与第二定位机构120组装且可移动的其他提升机构上，或另一端组装在固定框架例如所述导向机构110a上。在一些其他实施例中，可以引入其他稳定装置来防止所述对象103a的摇摆。

示例性实施例包括悬挂在另外两个提升机构下方的柔性线缆，每个提升机构组装到所述第一驱动装置121和第二驱动装置123上。在这种实施例中，通过控制所述提升机构133和其他两个提升机构来产生可调整的提升力。更具体地，通过控制线缆卷筒或其他能够达到控制悬挂在所有这些提升机构下的柔性线缆长度伸缩的目的的机构。这些柔性线缆的至少一部分的长度被调整以将牵引提升力传递到所述对象103a，所述对象103a可以被提升或防止跌落。

在替代实施例中，为了解决被柔性线缆135缠绕或被柔性线缆135 完全阻挡的问题，任何柔性线缆都可以考虑从如图2到7所示的当前实施例中移除。在本实施例中，所述提升机构133包括设置在所述提升机构133上的电磁装置和附接在对象103a上的磁性构件。所述电磁装置由基于所述第二控制信号1705提供的电力供电并且被配置为在所述提升机构133和所述对象103a之间产生磁性提升力。以可调节的强度控制磁性提升力以将所述对象103a向上提起或阻止所述对象103a跌落甚至将所述对象103a移动到安全区域。在一些实施方式中，也可在没有自动控制所述磁性提升力生成的情况下，通过手动操作方式控制所述电磁装置的电能供应或断开。例如，当所述对象103a 处于危险中时，通过人工手动开合电闸的方式控制所述电磁装置的电能供应以提供所述磁性提升力。

通常将提升力称为吸引力，但应理解，磁性提升力可以是沿径向轴线具有任何大小(正或负)的力。出于描述目的，电磁装置可以在对象加速度的相反方向上施加磁性提升力(例如，磁力、反作用力或平衡力)。当所述对象103处于危险中时，磁性提升力可以在短时间内抵消、抵消、抑制、减小或平衡所述对象103a的加速度力。

所述运动检测装置150可以包括一些附接到所述对象103a身体的传感器155，其主要用于检测位置、姿势、高度、轨迹、重力、加速度、速度、旋转矢量、振动频率或任何其他可以用来决定所述对象 103a运动的参数。在一些实施例中，所述传感器155可以附接到上肢、下肢、头部、躯干或对象身体的任何部分。

所述运动检测装置150还可以包括设置在所述安全保护系统 100a-1，100a-2的任意部分上的一个或多个摄像机或摄像机(本发明中以两个摄像机151、153为例)随所述定位提升机构140a(如图3所示) 一起运动或设置在支撑框架组件110a上或设置在其他固定的位置。例如可以设置在如图2所示的固定横梁125a上、如图4所示的两个立柱上或如图5所示的导向机构110a上。摄影机或摄像机151、153 可以拍摄多帧图像的视频，也可以直接拍摄多帧图像，用于图像分析。一些运动图像分析技术可用于位置、运动(速度、加速度)、位移、运动轨迹、姿态分析。在一些实施例中，当使用摄影机或摄像机151、 153时，可以进一步包括使用一些标识。这些标识可以由所述对象103a 佩戴，从而通过对对象103a佩戴的标识的运动分析得到所述对象103a 运动的分析结果。在一些实施例中，结合使用附接到所述对象103a 的传感器155和摄像机151、153以获得更准确的分析结果。

所述控制器170被配置为进行数据分析并产生控制信号。如图8 所示的所述控制器170可以包括处理器1711，用于分析由运动检测装置150获取的对象的运动参数1510。控制器170还可以包括定位控制单元1713，用于产生所述第一和第三控制信号1703、1707，以及提升控制单元1715，用于产生所述第二控制信号1705。根据所述处理器1711的分析结果生成所述第二控制信号1705。

第三组对象的运动参数1507、第一组对象的运动参数1503和第二组对象的运动参数1505选自所述对象的运动参数1510。在一些实施例中，当被分析用于生成所述第一、第二和第三控制信号1703、 1705、1707时，其中一组对象的运动参数可于其他组对象的运动参数有至少部分参数重叠。在一些实施例中，每组对象的运动参数可以完全独立于另一组对象的运动参数。

作为示例，所述第三组对象的移动参数1507可以包括由附接到所述对象103a的GPS测量的位置信息，并且可以相应地计算所述对象103a沿轴x的速度、位移或位置。第一组对象的运动参数1503同样可以包括由GPS测量的相同位置的信息，并且可以相应地计算所述对象103a沿y轴的速度、位移或位置。以沿x轴、y轴的速度、位移或位置参数为参考，产生所述第三控制信号1707和所述第一控制信号1703，用于控制所述第二定位机构120和所述第一定位机构131 的如上所描述的移动，进而所述提升机构133可以追踪对象103a在 x-y平面上沿基面101a的运动，并且所述提升机构133在对象103a 骑行在基面101a上时大致保持在对象103a的头顶上方。可以理解，如图2所示的安全保护系统101a-1，当初学者只需在y轴方向沿基面 101a表面滑行时，只需根据所述第一组对象的运动参数1503生成的所述第一控制信号1703控制所述第一定位机构131的移动，进而所述提升机构133可以追踪对象103a在y轴方向沿所述基面101a的运动,并且所述提升机构133在对象103a骑在基面101a上时大致保持在对象103a的头顶上方。

在更具体的实施例中，所述处理器1711可以被配置为基于诸如 GPS、加速度计或陀螺传感器的信息的第一组对象的运动参数1503 计算对象103a沿轴y的第一速度值。通过以所述第一速度值作为参考，定位控制单元1713被配置为基于预定控制方法产生所述第一控制信号1703，例如基于速度的开/闭环控制方法或基于位移/位置的开 /闭环控制方法或考虑所述第一定位机构131的不同特性的其他合适的控制方法。然后可以将所述第一控制信号1703发送到所述第一定位机构131以使所述第一定位机构131和所述提升机构133沿着所述横梁125a追踪所述对象沿y轴的运动。

相类似地，可以基于所述第三组对象的运动参数1507计算对象 103a沿轴x的第二速度值。所述第三控制信号1707是通过参考第二速度值使用考虑两个驱动装置121、123的不同特性的预定控制方法产生的。然后可以将所述第三控制信号1707发送到所述第一和第二驱动装置121、123以使所述横梁125a追踪所述对象沿x轴的运动。

在一些实施例中，所述处理器1711可以包括人工智能技术，例如机器学习技术或深度学习技术，用于进行图像分析并基于所述第二组对象的运动参数1505来确定所述对象103a是否处于危险中，例如对由摄影机或摄像机捕获的图像信息的分析。在大多数情况下，为了避免伤害发生，需留出足够的时间以启动提升机构133并基于所述第二控制信号1705提供电能产生所述提升力，需要通过一些危险预测技术提前完成危险判定。所述处理器1711可以进一步被配置为计算所述对象103a的加速度值并且基于所述对象的第三组运动参数 1505(例如加速度计或陀螺传感器的信息)确定对象的加速度方向。当确定所述对象103a处于危险中时，可以快速获得加速度信息并且可以通过某种方式计算需要产生的提升力参考值。基于所述提升力参考值，所述提升控制单元1715被配置为基于预定控制方法生成所述第二控制信号1705，例如基于扭矩的开/闭环控制方法或考虑所述提升机构133的不同特性的其他合适的控制方法。然后可以将所述第二控制信号1705发送到所述提升机构133以产生所述提升力。

参考图9，将说明在滑雪板运动中的一些示例性情况下如何确定所述对象103a是否处于危险中。所述对象103a通过从管道101a上端的左侧或右侧高速进入管道，伴随着该速度并沿着对面墙壁的形状将他们弹射到空中，然后落回到对面墙壁上。在空中时，它们在返回所述管道101a之前执行旋转、翻转和抓板技巧。然而，当所述对象 103a回到管所述道101a中时通常是非常危险的，因为速度和加速度非常大。在某些情况下，对象103a可能在这些旋转、翻转或花样动作中失败，并且可能降落到安全区域之外的位置，所述安全区域通常定义了管壁处的斜坡角度在特定范围内的区域，例如在30°到60°之间。在一些实施例中，不正确的旋转姿势可能会导致头朝下落地(如图9b所示)或落地位置在安全区域外，例如图9a所示的落地位置在 U形凹槽外部的侧壁1011上或如图9c所示的落地位置太靠近U形槽底部。在一些实施例中，其他类型的错误可能导致失败并且可能导致严重的伤害，这可以用来决定所述对象103a是否处于危险中。

在一些实施例中，处理器1711可以被配置为采用人工智能技术确定所述对象103a是否处于危险中。作为示例，可以通过使用机器学习技术来分析所述对象103a的姿势或潜在落地位置。收集对象103a 的姿势或落地位置图像的多个图像，用于对未来姿势或落地位置预测模型的训练。可以通过获取所述对象103a进行运动时特定运动图像来实现实时预测，这些图像可以输入到训练好的预测模型中以预测姿势是否不正确或落地位置是否超出安全区域。

在一些实施例中，所述处理器1711可以被配置为采用图像分析技术确定所述对象103a是否处于危险中。例如，可以通过图像分析获得所述对象103a的头部高度和所述对象103a四肢的高度。如果当所述对象103a几乎要降落到管道101a时头部的高度低于四肢的高度，并且所述对象103a没有足够的空间将头转向上方，则确定所述对象103a处于危险中。在其他实施例中，可以将摄像机捕获的所述对象103a的图像与预定义的正确轨迹进行比较，如果确定捕获的图像的轨迹不正确，则所述对象103a处于危险中。

在一些实施例中，处理器1711可以被配置为采用传感器分析技术确定所述对象103a是否处于危险中。作为示例，可以基于附接到所述对象103a的传感器获得对象103a与管道101a相关的位置。如果在所述对象103a几乎要降落到管道101a时确定所述对象103a的位置超出安全区域，则确定所述对象103a处于危险中。在一些其他实施例中，可以使用一些其他分析技术来根据所述对象103a正在进行的不同类型的运动来判断所述对象103a是否处于危险中。

所述处理器1711用于得到所述对象103a是否处于危险中的分析结果，然后所述提升控制单元1715被配置为生成所述第二控制信号 1705以相应地控制产生的提升力。如上所示，提升力的强度可以基于所述对象103a的加速度力来调整。在一些实施例中，提升力的强度可以是固定的。

再次参考图4，其描绘了在半管基面101a上使用的安全保护系统 100b的又一实施例。该实施例的设置与图3所示的类似。与图3的不同之处在于，导向机构110a沿半管基面101a的长度方向(x轴)配置。然而，该实施例被设计为在地面上设置所述导向机构110a，其间设置有可移动的龙门结构横梁125b。

所述龙门结构横梁125b包括基本水平的横向支撑构件或梁1252，其具有刚性横梁结构，在其外端由一对大致垂直的立柱1255、1257 支撑。立柱1255、1257中的每一个的下端分别搁置在所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123。所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123分别由可以沿第二方向移动的所述第一导轨115a和所述第二导轨117a支撑并且可沿着所述第一导轨115a和所述第二导轨117a移动(轴x)。所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123 分别由所述第一导轨115a和所述第二导轨117a支撑并可沿所述第一导轨115a和所述第二导轨117a的第三方向(x轴)移动。

图5描绘了在半管基面101a上使用的安全保护系统100c的又一实施例。该实施例的设置与图3所示的类似。与图3的不同之处在于，导向机构110a沿半管基面101a的长度方向(x轴)配置。然而，该实施例被设计为在天花板上设置导向机构110a，其间设置有可移动的横梁125a。

由于125a或125b是刚性的，当所述第一和第二驱动装置121、 123的电机驱动横梁125a或125b不等距或不等力移动时，所述第一和第二导轨115a、117a将承受应力。定位精度会受到影响，所述第一和第二导轨115a、117a也会面临过大的负载和更大的磨损。可以理解的是，还可以在所述第一、第二导轨115a、117a与横梁125a、 125b的接口处引入一些柔性结构。通过这种额外的柔性结构，可以减少这种过大的负载和更大的磨损。为解决此问题，在其他实施例中，可将部分或全部第二导轨115a、117a更换为弹性导轨。如图6所示的实施例，本实施例与图3相比，采用被设计成具有柔性导轨或包括第一柔性线缆115b和第二柔性线缆117b的柔性导向机构110b。也可以考虑一些其他实施例来解决这个问题，横梁125a或125b的部分或全部可以由柔性横梁结构代替。如图7所示的示例性实施例。本实施例与图3相比，采用柔性横梁125c，其第一端1258和第二端1259 分别与所述第一驱动装置121和所述第二驱动装置123耦合。

图10示出了根据本公开实施例的示例性安全保护系统100以保护对象免受伤害的流程图。为满足初学者训练需求，该方法包括步骤 310及步骤320。步骤310，基于第一组对象的运动参数1503生成第一控制信号1703以驱动第一定位机构131追踪对象103在第一方向的运动。步骤320，基于第二组对象的运动参数1505生成第二控制信号1705以驱动提升机构133在所述提升机构133和所述对象103之间生成提升力。

为满足专业运动员训练需求，该方法还包括步骤330，基于第三组对象的运动参数1507生成第三控制信号1707以驱动第二定位机构 120追踪所述对象103在第三方向的运动。

当产生第二控制信号1705时，该方法进一步包括根据第二组对象的运动参数1505分析对象103是否处于危险中。在一些实施例中，当姿势不正确或者判断出落地位置超出安全区域时，判断对象103有危险。该方法还可以包括通过机器学习或深度学习技术分析第二组对象的运动参数。当确定对象103处于危险中时，提供能抵消、衰减、减小或平衡对象103的重力或加速度的提升力，例如牵引提升力或磁性提升力，以将对象103向上提升或阻止对象103跌落或甚至将对象 103移动到安全区域。

上述示例应理解为对本公开的说明性而非限制性的描述。还可以设想了进一步的示例。例如，关于计算机实现的方法所描述的示例也可以由计算机程序产品、或由计算机可读存储介质、或由以相应方式的处理装置来提供。

本领域技术人员将能够容易地开发用于执行本公开描述的任何方法的处理系统和/或控制器170。因此，流程图的不同步骤可以表示由处理系统和/或控制器170执行的不同动作，并且可以由处理系统和/或控制器170的相应模块执行。

实施例因此可以利用处理系统和/或控制器170。处理系统和/或控制器170可以用软件和/或硬件以多种方式实现，以执行所需的各种功能。处理器是处理系统的一个示例，其采用一个或多个微处理器，这些微处理器可以使用软件(例如，微代码)进行编程以执行所需的功能。然而，处理系统和/或控制器170可以使用或不使用处理器，并且还可以包括为执行某些功能的专用硬件和处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合形式，以执行其他功能。

可以在本公开的各种实施例中采用的处理系统和/或控制器170 组件的示例包括但不限于定制的或市售的处理器、中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)和/或与计算机相关联的若干处理器的辅助处理器，并且处理器可以是基于半导体的微处理器(以微芯片的形式)或微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理系统和/或控制器170可以与一种或多种存储介质相关联，例如易失性和非易失性计算机存储器，例如RAM、 PROM、EPROM和EEPROM。存储介质可以用一个或多个程序编码，当在一个或多个处理器和/或处理系统上执行时，这些程序执行所需的功能。各种存储介质可以固定在处理器或处理系统内或者可以是可移动的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或处理系统中。

虽然这里已经描述和说明了几个创造性的实施例，但是本领域的技术人员将容易地想到其他多种装置和/或结构以执行本发明描述的功能和/或获得本发明描述的结果和/或本发明描述的优点，以及任意这些变形和/或修改中都属于本发明描述的实施例的范围内。更概括地，本领域的技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于具体的应用或来自本发明应用的教导。本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验来确定本文描述的特定发明实施例的许多等效方式。因此，应当理解，前述实施例仅作为示例呈现，并且在所附权利要求及其等效方式的范围内，以不同于具体描述和要求保护的方式实施本发明的实施例。本公开的创造性实施例针对本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，两个或多个此类特征、系统、物品、材料、试剂盒和/或方法的任何组合，如果此类特征、系统、文章、材料、试剂盒和/或方法不相互矛盾，则包含在本公开的发明范围。

Claims (20)

1.一种安全保护系统，包括：

定位提升组件，包括安装在横梁上的第一定位机构和安装在所述第一定位机构上的提升机构，其中：

所述第一定位机构被配置为基于第一控制信号在第一方向沿着所述横梁移动；以及

所述提升机构被配置为基于第二控制信号在第二方向生成提升力并提供给所述对象；

运动检测装置，用于监测所述对象的运动参数；以及

控制器，所述控制器与所述定位提升组件和运动检测装置通信，其中所述控制器被配置为：

基于第一组对象的运动参数生成所述第一控制信号；以及

基于第二组对象的运动参数生成所述第二控制信号。

2.根据权利要求1所述的安全保护系统，所述横梁通过至少两个立柱固定于地面上。

3.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：

所述安全保护系统还包括第二定位机构以及导向机构，所述第二定位机构附接于所述横梁上；

所述第二定位机构根据第三控制信号沿导向机构在第三方向移动；以及

所述控制器被配置为基于第三组对象的运动参数生成所述第三控制信号。

4.根据权利要求3所述的安全保护系统，其特征在于：

所述导向机构包括第一导轨和第二导轨；

所述第二定位机构包括分别与所述横梁的第一端和第二端连接的第一驱动装置和第二驱动装置；以及

根据所述第三控制信号驱动所述第一驱动装置和所述第二驱动装置分别沿所述第一导轨和所述第二导轨承载所述横梁在所述第三方向移动。

5.根据权利要求4所述的安全保护系统，其特征在于：

所述第一导轨和所述第二导轨分别包括第一刚性轨道框架和第二刚性轨道框架；或

所述第一导轨和所述第二导轨分别包括第一柔性绳索和第二柔性绳索。

6.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：所述横梁包括刚性横梁结构或柔性横梁结构。

7.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：

所述提升机构包括至少一根柔性线缆，其近端和远端分别连接至所述提升机构和所述对象；以及

所述提升机构构造成通过所述至少一根柔性线缆在近端和远端之间的长度伸缩产生牵引提升力。

8.根据权利要求7所述的安全保护系统，其特征在于：所述至少一根柔性线缆的末端与所述对象通过高自由度连接结构连接。

9.根据权利要求7所述的安全保护系统，其特征在于：所述提升机构包括预应力提供装置。

10.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：

所述提升机构包括设置在提升机构上的电磁装置和附接于所述对象的磁性构件；以及

所述电磁装置由基于所述第二控制信号的电能供电，并被配置为在所述提升机构和所述对象之间产生磁性提升力。

11.根据权利要求3所述的安全保护系统，其特征在于：所述导向机构设置在支撑框架组件上、天花板上或地面上。

12.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：所述运动检测装置包括至少一个摄像头，所述摄像头设置在所述第二定位机构上或者设置在围绕基面的固定位置上。

13.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：所述运动检测装置包括至少一个附接到所述对象身体的传感器。

14.根据权利要求1所述的安全保护系统，其特征在于：所述控制器还用于根据所述第二组对象的运动参数分析所述对象是否处于危险中。

15.根据权利要求14所述的安全保护系统，其特征在于：当姿势不正确或者着落位置超出安全区域时，所述对象被判断为处于危险中。

16.一种安全保护方法，包括：

基于第一组对象的运动参数生成第一控制信号以驱动第一定位机构追踪对象在第一方向的运动；以及

基于第二组对象的运动参数生成第二控制信号以驱动提升机构在所述提升机构和所述对象之间生成提升力。

17.根据权利要求16所述的安全保护方法，其特征在于：该方法还包括基于第三组对象的运动参数生成第三控制信号，以驱动第二定位机构追踪所述对象在第三方向的运动。

18.根据权利要求16所述的安全保护方法，其特征在于：生成所述第二控制信号还包括基于所述第二组对象的运动参数分析所述对象是否处于危险中。

19.根据权利要求16所述的安全保护方法，其特征在于：所述提升力包括牵引提升力或磁性提升力。

20.一种计算机程序产品，包括当执行一个或多个处理器的指令时，使该一个或多个处理器执行根据权利要求16-19中任一项所述的方法。

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