TWI581765B - 運動軌跡感測系統及其運動軌跡收集方法 - Google Patents

Description

運動軌跡感測系統及其運動軌跡收集方法

本發明是關於一種運動軌跡感測系統及其運動軌跡收集方法，特別是關於一種用於收集待測物在運動期間之各種物理量之運動軌跡感測系統及其運動軌跡收集方法。

隨著科技與運動的相互結合，發展出各式各樣的運動輔助設備。使用者可藉由運動輔助設備收集運動時的各種數據，例如，藉由特定之訊號收集單元收集某一特定部位在運動期間所行經的所有座標值，進而獲取此部位在運動時的行經路徑。

現有的其中一種運動輔助設備係必須設置在一個空曠的空間中，並且在此空間中多個不同的定點架設有多台攝影機。藉由架設在不同定點的攝影機，捕捉運動員在每一時間點中每一視角的運動狀態。在獲取所需的影像後，利用電腦進行分析運動員之某一特定部位在每一時間點所行經的座標位置，進而分析出此部位的行經路徑。顯然地，這種運動輔助設備的結構複雜並且在使用上容易受空間與地點的限制。

再者，對於某些特定的運動，例如著重在肢體旋轉的角度或特定部位的施放力量之運動，僅係獲取此運動的行經路徑，對於使用者而 言，其參考價值並不大。

有鑑於此，必須提供一種運動軌跡感測系統，其結構簡單且在使用上不受空間與地點的限制。除此之外，此運動軌跡感測系統不只可用於獲取使用者在運動期間的行經路徑以外，還可獲取運動時的各種物理量，例如旋轉角度和力量。

本發明之一目的在於提供一種運動軌跡感測系統，其結構簡單並且可用於獲取待測物之包含行經路徑、旋轉角度和力量之運動軌跡。並且，藉由在本發明之運動軌跡感測系統中預先建立標準運動軌跡資訊，以分析當前的運動軌跡是否正確。

為達成上述目的，本發明提供一種運動軌跡感測系統，用於收集待測物之複數個感測點的運動軌跡，其包含：複數個感測器，係用於分別感測複數個感測點並輸出相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值；主機，與複數個感測器連接並包含：偵測單元，用於接收複數個感測器之複數個多維座標值，並且相應產生多維座標訊號；分析單元，用於接收複數個感測訊號，並且將複數個感測訊號數值化，以產生複數個感測數值；以及運動軌跡建構單元，根據待測物之每一感測點相應的多維座標訊號和感測數值，建構出每一感測點的運動軌跡；以及電子裝置，與主機連接，包含：標準資料庫，係儲存有至少一標準運動軌跡資訊；比對單元，用於將待測物之每一感測點之運動軌跡與標準資料庫之標準運動軌跡資訊進行比對，獲取誤差值；以及判斷單元，判斷比對單元所獲取之誤差值是 否大於預設值，若誤差值大於預設值，則判斷單元判斷至少一感測點的運動軌跡錯誤而發出一錯誤訊號。

於本發明其中之一較佳實施例當中，主機進一步包含定位單元，用於獲取主機之絕對位置資訊以及每一感測器與主機之間之初始相對座標值，並且偵測單元係根據每一感測器之初始相對座標值和複數個多維座標值相應產生多維座標訊號。

於本發明其中之一較佳實施例當中，複數個感測器包含陀螺儀感測器和加速度感測器，並且感測訊號包含旋轉角度訊號和加速度訊號。

於本發明其中之一較佳實施例當中，電子裝置進一步包含：模型建構單元，根據參考模型與待測物之每一感測點對應之多維座標訊號以建構待測物模型，其中待測物模型包含每一感測點所對應之質量資訊；以及計算單元，根據每一感測點之質量資訊與加速度訊號計算出感測點的力量。

於本發明其中之一較佳實施例當中，主機、複數個感測器及電子裝置分別包含通訊單元，用以進行資料的傳遞，其中通訊單元包含藍芽單元。

本發明之另一目的在於提供一種運動軌跡收集方法，適用於運動軌跡感測系統，其係用於收集待測物之複數個感測點的運動軌跡，方法包含下列步驟：利用複數個感測器分別感測複數個感測點，並輸出相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值；利用偵測單元接收複數個感測器之複數個多維座標值，並且相應產生多維座標訊號；利用分析單元接收複數個感測訊號，並且將複數個感測訊號數值化，以產生複數個感測數值； 利用運動軌跡建構單元根據待測物之每一感測點相應的多維座標訊號和感測數值，建構出每一感測點的運動軌跡；利用比對單元將待測物之每一感測點之運動軌跡與標準資料庫之標準運動軌跡資訊進行比對，獲取誤差值；以及利用判斷單元判斷比對單元所獲取之誤差值是否大於預設值，若誤差值大於預設值，則判斷單元判斷至少一感測點的運動軌跡錯誤並發出一錯誤訊號。

於本發明其中之一較佳實施例當中，在利用複數個感測器分別感測複數個感測點，並輸出相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值之前，進一步包含下列步驟：將複數個感測器和與複數個感測器相連之主機放置於特定位置；以及利用定位單元獲取主機之絕對位置資訊以及每一感測器與主機之間之初始相對座標值，並且偵測單元係根據每一感測器之初始相對座標值和複數個多維座標值相應產生多維座標訊號。

於本發明其中之一較佳實施例當中，更包含：利用模型建構單元根據參考模型與待測物之每一感測點對應之多維座標訊號以建構待測物模型，其中待測物模型包含每一感測點所對應之質量資訊；以及利用計算單元根據每一感測點之質量資訊與加速度訊號計算出感測點的力量。

本發明藉由複數感測器記錄待測物的複數個感測點的複數個與物理訊息相關的感測訊號(例如位置、速度、加速度及力量等訊息)和多維座標值，計算出每一感測點的運動軌跡，並根據參考模型與每一感測點的運動軌跡以建構待測物模型。同時，本發明藉由一比對單元將待測物的待測物模型與標準運動軌跡資訊相互比較，便可以清楚的判斷出待測物的運動軌跡是否正確，進而改善待測物的動作，以達到更佳的運動效果。

100‧‧‧待測物

110‧‧‧感測點

200‧‧‧感測器

210‧‧‧第一通訊單元

300‧‧‧主機

310‧‧‧偵測單元

320‧‧‧分析單元

330‧‧‧運動軌跡建構單元

340‧‧‧定位單元

350‧‧‧第二通訊單元

400‧‧‧電子裝置

410‧‧‧標準資料庫

420‧‧‧比對單元

430‧‧‧判斷單元

440‧‧‧模型建構單元

450‧‧‧計算單元

460‧‧‧第三通訊單元

S110~S160‧‧‧步驟

第1圖顯示一種根據本發明之較佳實施例的運動軌跡感測系統的示意圖。

第2圖顯示一種根據本發明之較佳實施例的運動軌跡收集方法的流程圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照第1圖，一種根據本發明之較佳實施例的運動軌跡感測系統包含複數個感測器200、主機300和電子裝置400。複數個感測器200係分別設置在待測物100之複數個感測點110上，用於分別感測複數個感測點110之動作，並且每一感測器200配置第一通訊單元210，藉由第一通訊單元210將感測器200感測到的各感測點110之動作輸出成相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值，其中所謂多維座標訊號包括感測器200在立體空間的XYZ座標以及旋轉角度搭配時間的所有資訊。待測物100可為人類、動物或者是各種精密電子設備，例如機器人或機械手臂。在應用上，感測器200可藉由黏貼式、穿戴式或者是嵌入式等多種方法設置在複數個感測點110上，並且主機300可藉由穿戴式的方式配置於待測物100之上。

如第1圖所示，主機300包含偵測單元310、分析單元320、運 動軌跡建構單元330、定位單元340和第二通訊單元350。偵測單元310用於接收感測器200所輸出之複數個多維座標值，進而相應產生多維座標訊號。更明確地說，在本發明之運動軌跡感測系統啟動前，係先將複數個感測器200和主機300放置在一個特定的位置，再將主機300啟動，並且藉由主機300的定位單元340獲取主機當前的數值化的絕對位置資訊，例如，絕對座標和高度資訊。在此特定的位置上，每一感測器200與主機300之間的相對距離為已知，因此定位單元340除了可獲取每一感測器200與主機300之間的初始相對座標值以外，也可根據主機300的絕對位置資訊與感測器之間的初始相對座標值進而獲取每一感測器200的初始絕對座標值。接著，啟動複數個感測器200並將感測器200配置於待測物100之各個感測點110上以進行多維座標值的收集。主機300的偵測單元310根據每一感測器200之初始相對座標值和複數個收集到的多維座標值相應產生上述之多維座標訊號。應當注意的是，本發明之定位單元340可為一種室內定位系統，使得本發明之運動軌跡感測系統在使用上不會因為待測物100運動的定點而受到限制。

另一方面，每一感測器200所輸出的感測訊號經由主機300之分析單元320作進一步的分析。更明確的說，本發明之感測器200包含陀螺儀感測器和加速度感測器，因此相應輸出的感測訊號包含旋轉角度訊號和加速度訊號。此外，在啟動感測器200的順序上，可先啟動陀螺儀感測器以收集每個時間點的多維座標值，之後再啟動加速度感測器。接著，分析單元320將所接收的感測訊號數值化，以產生複數個感測數值。

在產生相應的多維座標訊號和感測數值之後，利用運動軌跡建構單元330根據待測物100之每一感測點110相應的多維座標訊號和感測 數值，建構出每一感測點110的運動軌跡。

如第1圖所示，電子裝置400包含標準資料庫410、比對單元420、判斷單元430、模型建構單元440、計算單元450和第三通訊單元460。標準資料庫410係用於提供標準運動軌跡資訊，其中標準運動軌跡資訊包含待測物100當前所進行的運動中，每一感測點110所對應的標準物理量。之後藉由比對單元420將待測物100之每一感測點110之運動軌跡與標準資料庫之標準運動軌跡資訊進行比對，以獲取待測物100當前每一感測點110的運動軌跡與標準運動軌跡資訊之間的誤差值。再者，利用判斷單元430判斷比對單元420所獲取之誤差值是否大於預設值，其中所述預設值可為使用者所預先輸入之一個特定數值範圍或數值。如果比對後的誤差值大於預設值，判斷單元430則會判斷至少一感測點110當前的運動軌跡錯誤而發出錯誤訊號。使用者可藉由發出的錯誤訊號立即修正此感測點110當前的運動軌跡，例如轉動的角度或移動的距離。

在應用上，感測器200、主機300和電子裝置300之間互為無線連接，分別利用各自的第一通訊單元210、第二通訊單元350、第三通訊單元460來進行資料的傳遞，其中第一通訊單元210、第二通訊單元350、第三通訊單元460係利用低功耗的方式進行資料的傳輸，例如藍芽。

另外，電子裝置400之模型建構單元440可根據預先建立的參考模型與待測物100之每一感測點110對應之多維座標訊號，以建構出待測物模型。應待注意的是，上述之參考模型可由使用者預先輸入與待測物100之每一感測點110相關的物理量(例如質量)以及任兩個感測點110之間相關的物理量(例如長度)而形成，或者是，使用者預先輸入與待測物100相關的 基本資料(例如物種、性別、國籍、年齡...等等)，之後藉由一個依照國際標準所建立的生物標準模型資料庫而形成上述之參考模型。因此，所獲得的待測物模型包含每一感測點所對應之質量資訊。電子裝置400之計算單元450根據每一感測點100之質量資訊與加速度訊號計算出感測點100的力量。也就是說，電子裝置400之比對單元420除了可比對待測物100之感測點110當前的位置、角度和加速度以外，還以進一步比對感測點110當前所施放的力量，再藉由判斷單元430判斷感測點110之力量之誤差值是否大於預設值。

另一方面，電子裝置400可與雲端服務平台相連接，以進行與待測物100相關之運動軌跡資訊的傳輸，進而獲得多元的資訊服務。再者，藉由與雲端服務平台連結，電子裝置400之模型建構單元440在建構參考模型時，可獲得更為符合現今物種的相關參考模型資訊。

請參考第2圖，其顯示一種根據本發明之較佳實施例的運動軌跡收集方法的流程圖。此方法中所適用的運動軌跡感測系統請參考第1圖所示，不再贅述。

首先，執行步驟S110，利用複數個感測器分別感測複數個感測點之動作，並輸出相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值。

接著，執行步驟S120，利用偵測單元接收複數個感測器之複數個多維座標值，並且相應產生多維座標訊號。更明確的說，上述多維座標訊號獲取的步驟可包含：將複數個感測器和與複數個感測器相連之主機放置於特定位置，接著利用定位單元獲取主機之絕對位置資訊以及每一感測器與主機之間之初始相對座標值，並且偵測單元係根據每一感測器之 初始相對座標值和複數個多維座標值相應產生多維座標訊號。

接著，執行步驟S130，利用利用分析單元接收複數個感測訊號，並且將複數個感測訊號數值化，以產生複數個感測數值。

接著，執行步驟S140，利用運動軌跡建構單元根據待測物之每一感測點相應的多維座標訊號和感測數值，建構出每一感測點的運動軌跡。應當注意的是，如同上述，本發明之運動軌跡感測系統之感測器包含陀螺儀感測器和加速度感測器，用以收集旋轉角度訊號和加速度訊號。因此，本發明在產生待測物每一感測點相關的多維座標訊號和感測數值後，可進一步包含步驟：利用模型建構單元根據參考模型與待測物之每一感測點對應之多維座標訊號以建構待測物模型，其中待測物模型包含每一感測點所對應之質量資訊。並且，利用計算單元根據每一感測點之質量資訊與加速度訊號計算出感測點的力量。

接著，執行步驟S150，利用比對單元將待測物之每一感測點之運動軌跡與標準資料庫之標準運動軌跡資訊進行比對，獲取誤差值。應當注意的是，如同上述，本發明可藉由模型建構單元和計算單元獲取每一感測點之質量資訊，進而獲得所對應之力量。因此，比對單元除了可比對待測物之感測點當前的位置、角度和加速度以外，還以進一步比對感測點當前所施放的力量。

接著，執行步驟S160，利用判斷單元判斷比對單元所獲取之誤差值是否大於預設值，如果誤差值大於預設值，則判斷至少一感測點的當前運動軌跡錯誤並發出一錯誤訊號。使用者可以根據發出的錯誤訊號修正此感測點的當前運動軌跡，例如轉動的角度或移動的距離。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧待測物

110‧‧‧感測點

200‧‧‧感測器

210‧‧‧第一通訊單元

300‧‧‧主機

310‧‧‧偵測單元

320‧‧‧分析單元

330‧‧‧運動軌跡建構單元

340‧‧‧定位單元

350‧‧‧第二通訊單元

400‧‧‧電子裝置

410‧‧‧標準資料庫

420‧‧‧比對單元

430‧‧‧判斷單元

440‧‧‧模型建構單元

450‧‧‧計算單元

460‧‧‧第三通訊單元

Claims (8)

1. 一種運動軌跡感測系統，用於收集一待測物之複數個感測點的運動軌跡，其包含：複數個感測器，係用於分別感測該些感測點並輸出相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值；一主機，與該複數個感測器連接，包含：一定位單元，用於獲取該主機之一絕對位置資訊以及每一該感測器與該主機之間之一初始相對座標值；一偵測單元，用於接收該複數個感測器之該複數個多維座標值，並且根據每一該感測器之該初始相對座標值和該複數個多維座標值相應產生一多維座標訊號；一分析單元，用於接收該複數個感測訊號，並且將該複數個感測訊號數值化，以產生複數個感測數值；以及一運動軌跡建構單元，根據該待測物之每一該感測點相應的該多維座標訊號和該感測數值，建構出每一該感測點的該運動軌跡；以及一電子裝置，與該主機連接，包含：一標準資料庫，係儲存有至少一標準運動軌跡資訊；一比對單元，用於將該待測物之每一該感測點之該運動軌跡與該標準資料庫之該標準運動軌跡資訊進行比對，獲取一誤差值；以及一判斷單元，判斷該比對單元所獲取之該誤差值是否大於一預設值，若該誤差值大於該預設值，則該判斷單元判斷至少一該感測點的該運動軌跡錯誤而發出一錯誤訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之運動軌跡感測系統，其中該複數個感測器包含一陀螺儀感測器和一加速度感測器，並且該感測訊號包含一旋轉角度訊號和一加速度訊號。
3. 如申請專利範圍第3項所述之運動軌跡感測系統，其中該電子裝置進一步包含：一模型建構單元，根據一參考模型與該待測物之每一該感測點對應之該多維座標訊號以建構一待測物模型，其中該待測物模型包含每一該感測點所對應之一質量資訊；以及一計算單元，根據每一該感測點之該質量資訊與該加速度訊號計算出該感測點的力量。
4. 如申請專利範圍第1項所述之運動軌跡感測系統，其中該主機、該複數個感測器及該電子裝置分別包含一通訊單元，用以進行資料的傳遞，且該通訊單元包含藍芽單元。
5. 一種運動軌跡收集方法，適用於一運動軌跡感測系統，該運動軌跡收集方法係用於收集一待測物之複數個感測點的運動軌跡，其包含下列步驟：將複數個感測器和與該複數個感測器相連之一主機放置於一特定位置；利用一定位單元獲取該主機之一絕對位置資訊以及每一該感測器與該主機之間之一初始相對座標值；利用複數個感測器分別感測該複數個感測點，並輸出相應的複數個感測訊號和複數個多維座標值； 利用一偵測單元接收該複數個感測器之該複數個多維座標值，並且根據每一該感測器之該初始相對座標值和該複數個多維座標值相應產生一多維座標訊號；利用一分析單元接收該複數個感測訊號，並且將該複數個感測訊號數值化，以產生複數個感測數值；利用一運動軌跡建構單元根據該待測物之每一該感測點相應的該多維座標訊號和該感測數值，建構出每一該感測點的該運動軌跡；利用一比對單元將該待測物之每一該感測點之該運動軌跡與一標準資料庫之一標準運動軌跡資訊進行比對，獲取一誤差值；以及利用一判斷單元判斷該比對單元所獲取之該誤差值是否大於一預設值，若該誤差值大於該預設值，則該判斷單元判斷至少一該感測點的該運動軌跡錯誤並發出一錯誤訊號。
6. 如申請專利範圍第5項所述之運動軌跡收集方法，其中該複數個感測器包含一陀螺儀感測器和一加速度感測器，並且該感測訊號包含一旋轉角度訊號和一加速度訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之運動軌跡收集方法，更包含下列步驟：利用一模型建構單元根據一參考模型與該待測物之每一該感測點對應之該多維座標訊號以建構一待測物模型，其中該待測物模型包含每一該感測點所對應之一質量資訊；以及利用一計算單元根據每一該感測點之該質量資訊與該加速度訊號計算出該感測點的力量。
8. 如申請專利範圍第5項所述之運動軌跡收集方法，其中該主機、該複數 個感測器及該電子裝置分別包含一通訊單元，用以進行資料的傳遞，且該通訊單元包含藍芽單元。