TWI728444B

TWI728444B - 呼吸訓練系統及其方法

Info

Publication number: TWI728444B
Application number: TW108130859A
Authority: TW
Inventors: 黃琪聰
Original assignee: 南開科技大學
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2021-05-21
Also published as: TW202108210A

Abstract

一種呼吸訓練系統，其透過控制裝置接收輸入信號後以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至配戴於學習者頭上的頭戴裝置，頭戴裝置即時播放虛擬實境全景影音檔，呼吸裝置提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣，並依據吸氣氣流或吐氣氣流產生吸氣信號或吐氣信號，控制裝置依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果。因此，呼吸訓練系統可利用虛擬實境技術使學習者不用到游泳池即可身歷其境進行換氣訓練，且可避免學習者因換氣練習可能嗆到而對游泳產生恐懼感。

Description

呼吸訓練系統及其方法

本發明涉及一種訓練系統及其方法，特別是呼吸訓練系統及其方法。

對於現代人而言，運動已經被公認為係可以促進健康的主要方式之一。其中，游泳是一項十分健康的運動，可以鍛鍊全身所有部位，也能提高心率、改善心臟健康、保護大腦免於隨著年齡衰退。

對初學游泳者而言，大多會有共同的經驗，在練習游泳時會因換氣不慎或不會換氣而導致吸入水，有時甚至有窒息之危險，因此，初學者對水會產生莫名的恐懼而不敢從事游泳活動。然而，越恐懼更會使游泳的動作不完全，結果更容易嗆鼻吸入水，如此惡性循環下，很多游泳學習者常常學不會游泳。

因此，如何設計出可以輔助初學游泳者學習換氣的工具，使其避免對游泳產生恐懼感，成為目前相關業界努力的課題。

本發明揭露一種呼吸訓練系統及其方法。

首先，本發明揭露一種呼吸訓練系統，其包括頭戴裝置、呼吸裝置與控制裝置，其中，呼吸裝置包括呼吸管路、流體感測器與傳送模組，流體感測器配置於呼吸管路中。頭戴裝置配戴於學習者的頭上，用以即時播放虛擬實境全景影音檔。呼吸管路用以提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣；流體感測器配置於呼吸管路中，用以當感測到吸氣氣流時，產生吸氣信號，且當感測到吐氣氣流時，產生吐氣信號。控制裝置用以儲存多個虛擬實境全景影音檔，於接收輸入信號後，以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置，使頭戴裝置即時播放該虛擬實境全景影音檔，以及接收吸氣信號與吐氣信號後，依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果。

此外，本發明揭露一種呼吸訓練方法，其步驟包括：提供呼吸訓練系統，呼吸訓練系統包括頭戴裝置、呼吸裝置與控制裝置，其中，頭戴裝置配戴於學習者的頭上，呼吸裝置包括呼吸管路、流體感測器與傳送模組，流體感測器配置於呼吸管路中，控制裝置儲存多個虛擬實境全景影音檔；控制裝置接收輸入信號後，以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置；頭戴裝置即時播放該虛擬實境全景影音檔；呼吸管路提供學習者依據該虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣；當流體感測器感測到吸氣氣流時，產生吸氣信號，或者感測到吐氣氣流時，產生吐氣信號；傳送模組傳送吸氣信號與吐氣信號予控制裝置；以及控制裝置接收吸氣信號與吐氣信號後，依據該虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過控制裝置接收輸入信號後以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至配戴於學習者頭上的頭戴裝置，頭戴裝置即時播放虛擬實境全景影音檔，呼吸裝置提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣，並依據吸氣氣流或吐氣氣流產生吸氣信號或吐氣信號，控制裝置依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果。

透過上述的技術手段，本發明可利用虛擬實境技術使學習者不用到游泳池即可身歷其境進行換氣訓練，且可避免學習者因換氣練習可能嗆到而對游泳產生恐懼感。

50:呼吸端

60:吐氣端

70:吸氣端

80:切換閥

100:呼吸訓練系統

110:頭戴裝置

120:呼吸裝置

122:呼吸管路

124:流體感測器

126:傳送模組

130:控制裝置

步驟210:提供呼吸訓練系統，呼吸訓練系統包括頭戴裝置、呼吸裝置與控制裝置，其中，頭戴裝置配戴於學習者的頭上，呼吸裝置包括呼吸管路、流體感測器與傳送模組，流體感測器配置於呼吸管路中，控制裝置儲存多個虛擬實境全景影音檔

步驟220:控制裝置接收輸入信號後，以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置

步驟230:頭戴裝置即時播放該虛擬實境全景影音檔

步驟240:呼吸管路提供學習者依據該虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣

步驟250:當流體感測器感測到吸氣氣流時，產生吸氣信號，或者感測到吐氣氣流時，產生吐氣信號

步驟260:傳送模組傳送吸氣信號與吐氣信號予控制裝置

步驟270:控制裝置接收吸氣信號與吐氣信號後，依據該虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果

第1圖為本發明呼吸訓練系統之一實施例系統方塊圖。

第2圖為第1圖的呼吸裝置之一實施例結構示意圖。

第3圖為第1圖的呼吸訓練系統執行的呼吸訓練方法之一實施例方法流程圖。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

請先參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明呼吸訓練系統之一實施例系統方塊圖。在本實施例中，呼吸訓練系統100可包括頭戴裝置110、呼吸裝置120與控制裝置130，其中，呼吸裝置120可包括呼吸管路122、流體感測器124 與傳送模組126，流體感測器124可配置於呼吸管路122中，控制裝置130可儲存多個虛擬實境全景影音檔。其中，頭戴裝置110與控制裝置130之間以及呼吸裝置120與控制裝置130之間可利用有線傳輸或無線傳輸方式相互進行信號與資料的傳遞。在實際實施中，控制裝置130可為但不限於電腦。

頭戴裝置110可配戴於學習者的頭上，用以即時播放虛擬實境全景影音檔。在本實施例中，虛擬實境全景影音檔可為結合善於游泳者依據其擅長的泳姿與呼吸節奏所錄製的游泳影音資料與教練的教學聲音信號，使得頭戴裝置110即時播放虛擬實境全景影音檔時可讓學習者有身歷其境的感覺，而頭戴裝置110所即時播放的虛擬實境全景影音檔可為由學習者依據其需求選擇控制裝置130所儲存的該些虛擬實境全景影音檔之一，相關說明請容後詳述。

在本實施例中，呼吸管路122可用以提供學習者依據頭戴裝置110所即時播放之虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣；流體感測器124可配置於呼吸管路122中，用以當感測到吸氣氣流時，產生吸氣信號，且當感測到吐氣氣流時，產生吐氣信號；傳送模組126可用以傳送吸氣信號與吐氣信號至控制裝置130。

更詳細地說，呼吸管路122可具有相通的呼吸端50、吐氣端60與吸氣端70(如「第2圖」所示，「第2圖」為「第1圖」的呼吸裝置之一實施例結構示意圖)，呼吸端50用以提供學習者依據頭戴裝置110所即時播放的虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號或指示聲音信號進行吸氣或吐氣，吐氣端60用以將學習者吐出的氣體從吐氣端60流出，吸氣端70用以吸入學習者吸氣所需的外界氣流，其中，呼吸端50可用以提供學習者以鼻子進行吐氣以嘴巴進行吸氣(因為游泳時鼻子吐氣，嘴巴吸氣比較不會嗆水)，吐氣端60與吸氣端70可分別配置有單向閥(未繪製)，用以使吐氣端60僅能讓氣體流出呼吸管路122，吸氣端70僅能讓氣體吸入呼吸管路122，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

此外，流體感測器124配置於呼吸管路122中且可感測到吸氣或吐氣的氣流之位置，流體感測器124可為但不限於微懸臂風向感測器或壓力感測器，用以感測流體的方向(即判斷學習者進行吸氣或吐氣)，進而產生吸氣信號或吐氣信號。傳送模組126電性連接到流體感測器124，以將流體感測器124所產生的吸氣信號或吐氣信號傳送到控制裝置130。

在本實施例中，控制裝置130可用以於接收輸入信號後，以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置110，使頭戴裝置110即時播放該虛擬實境全景影音檔，以及接收吸氣信號與吐氣信號後，依據頭戴裝置110所即時播放的虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果。其中，輸入信號可包括不同泳姿與呼吸的節奏，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

更詳細地說，學習者開始使用呼吸訓練系統100時，可依據其需求選擇控制裝置130所儲存的該些虛擬實境全景影音檔之一，舉例而言，學習者想要學習蛙式，其呼吸節奏為一次划手、一次蹬腿、一次頭出水面的組合，故可將其需求(泳姿與呼吸節奏)透過控制裝置130的輸入設備鍵入控制裝置130，並找到對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔。控制裝置130在以串流傳輸方式將找到的虛擬實境全景影音檔傳輸至頭戴裝置110以前，會有一段緩衝時間讓學習者有時間將頭戴裝置110與呼吸管路122配戴完成，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。當控制裝置130可以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置110時，頭戴裝置110可即時播放該虛擬實境全景影音檔，使學習者依據頭戴裝置110所即時播放之虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣，在頭戴裝置110即時播放虛擬實境全景影音檔的過程中，當流體感測器124感測到吸氣氣流時，產生吸氣信號，且當流體感測器124感測到吐氣氣流時，產生吐氣信號，傳送模組126可用以傳送吸氣信號與吐氣信號至控制裝置130(即控制裝置130陸續接收到吸氣信號與吐氣信號)。

當頭戴裝置110播放完該虛擬實境全景影音檔後，控制裝置130可依據其接收到吸氣信號或吐氣信號的時間與其對應到當時控制裝置130以串流傳輸方式傳輸虛擬實境全景影音檔之場景，判斷換氣(即吸氣與吐氣)的時間是否得宜，進而輸出訓練結果，以供學習者參考，利於學習者換氣的練習。其中，在判斷換氣(即吸氣與吐氣)的時間是否得宜時，需同時考量時間延遲的問題(其包括一般人聽到聲音信號到做出相對反應行為需要一定的反應時間以及各個裝置之間傳輸信號或資料時的時間延遲)。

在本實施例中，為強化換氣學習的效果，呼吸管路122還可包括切換閥80(如「第2圖」所示)，連接控制裝置130，用以控制呼吸管路122提供學習者進行吸氣或吐氣，其中，切換閥80可為但不限於L型或T型三通球閥。控制裝置130可依據頭戴裝置110所即時播放的虛擬實境全景影音檔之教學聲音信號控制切換閥80，強制呼吸管路122當前僅能提供學習者進行吸氣或吐氣，因而強制學習者僅能依據教學聲音信號進行吸氣或吐氣。其中，控制裝置130控制切換閥80的時間需同時考量時間延遲的問題(其包括一般人聽到聲音信號到做出相對反應行為需要一定的反應時間以及各個裝置之間傳輸信號或資料時的時間延遲)。

此外，頭戴裝置110還可包括陀螺儀(未繪製)，可用以感測學習者頭部轉動的角度，以傳輸對應的姿態信號予控制裝置130，使控制裝置130可依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號、吐氣信號與姿態信號輸出訓練結果。換句話說，控制裝置130在判斷換氣(即吸氣與吐氣)的時間是否得宜時，還要考慮頭部轉動的姿態(即姿態信號)。

上述實施例係用以提供學習者學習游泳換氣時的呼吸訓練，但本發明之呼吸訓練系統100還可用以提供學習者檢測呼吸參數，以供學習者了解其平時呼吸的狀況。

在提供學習者檢測呼吸參數的實施例中，輸入信號可為檢測信號，也就是學習者可依據其檢測需求透過控制裝置130的輸入設備鍵入控制裝置130，以選擇控制裝置130所儲存的該些虛擬實境全景影音檔之檢測影音檔(其可包括檢測者指示學習者進行吸氣或吐氣之指示聲音信號)。控制裝置130在以串流傳輸方式將找到的虛擬實境全景影音檔傳輸至頭戴裝置110以前，控制裝置130可具有感測模組(未繪製)，用以感測到學習者的特殊手勢時才開始以串流傳輸方式傳輸找到的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置110，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。

當控制裝置130可以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置110時，頭戴裝置110可即時播放該虛擬實境全景影音檔之檢測影音檔，使學習者依據頭戴裝置110所即時播放之虛擬實境全景影音檔的指示聲音信號進行吸氣或吐氣(此時，呼吸管路122可用以提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的指示聲音信號以鼻子進行吸氣或吐氣)，在頭戴裝置110即時播放虛擬實境全景影音檔的過程中，流體感測器124可用以測量學習者依據指示聲音信號以鼻子進行吸氣或吐氣時所產生的氣流，以輸出量測信號，傳送模組126可用以傳送量測信號至控制裝置130。控制裝置130可依據量測信號計算並顯示呼吸參數，其中，呼吸參數可包含潮氣容積、呼吸速率、流速、吸氣時間、吸氣/吐氣比例，但本實施例並非用以限定本發明，可依據實際需求進行調整。控制裝置130在顯示學習者的呼吸參數之同時，可一併提供一般正常標準呼吸參數的範圍，以供學習者了解其平時呼吸的狀況，必要時可去醫院進行進一步的檢查。需注意的是，當學習者對呼吸端50進行吸氣或吐氣時，應完全覆蓋呼吸端50使其吸氣氣流或吐氣氣流完全通過流體感測器124，以避免影響量測結果。

接著，請參閱「第3圖」，「第3圖」為「第1圖」的呼吸訓練系統執行的呼吸訓練方法之一實施例方法流程圖，其步驟包括：提供呼吸訓練系統，呼吸訓練系統包括頭戴裝置、呼吸裝置與控制裝置，其中，頭戴裝置配戴於學習者的頭上，呼吸裝置包括呼吸管路、流體感測器與傳送模組，流體感測器配置於呼吸管路中，控制裝置儲存多個虛擬實境全景影音檔(步驟210)；控制裝置接收輸入信號後，以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至頭戴裝置(步驟220)；頭戴裝置即時播放該虛擬實境全景影音檔(步驟230)；呼吸管路提供學習者依據該虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣(步驟240)；當流體感測器感測到吸氣氣流時，產生吸氣信號，或者感測到吐氣氣流時，產生吐氣信號(步驟250)；傳送模組傳送吸氣信號與吐氣信號予控制裝置(步驟260)；以及控制裝置接收吸氣信號與吐氣信號後，依據該虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果(步驟270)。其中，輸入信號可包括不同泳姿與呼吸的節奏。

透過上述步驟，即可透過控制裝置接收輸入信號後以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至配戴於學習者頭上的頭戴裝置，頭戴裝置即時播放虛擬實境全景影音檔，呼吸裝置提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣，並依據吸氣氣流或吐氣氣流產生吸氣信號或吐氣信號，控制裝置依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果。因此，呼吸訓練系統可利用虛擬實境技術使學習者不用到游泳池即可身歷其境進行換氣訓練，且可避免學習者因換氣練習可能嗆到而對游泳產生恐懼感。

在本實施例中，在呼吸管路122提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣之步驟可包括：控制裝置130依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號控制呼吸管路122的切換閥，強制學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣(未繪製)，用以強化換氣學習的效果。詳細描述已於上述段落加以說明，於此不再贅述。

此外，呼吸訓練方法還可包括：頭戴裝置110感測學習者頭部轉動的角度，以傳輸對應的姿態信號予控制裝置130，使控制裝置130依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號、吐氣信號與姿態信號輸出訓練結果(未繪製)。詳細描述已於上述段落加以說明，於此不再贅述。

需要特別注意的是，上述呼吸訓練方法中除了有說明其因果關係之外，可以依照任何順序執行上述步驟。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過控制裝置接收輸入信號後以串流傳輸方式傳輸對應輸入信號的虛擬實境全景影音檔至配戴於學習者頭上的頭戴裝置，頭戴裝置即時播放虛擬實境全景影音檔，呼吸裝置提供學習者依據虛擬實境全景影音檔的教學聲音信號進行吸氣或吐氣，並依據吸氣氣流或吐氣氣流產生吸氣信號或吐氣信號，控制裝置依據虛擬實境全景影音檔、吸氣信號與吐氣信號輸出訓練結果，藉由此一技術手段可透過虛擬實境技術使學習者不用到游泳池即可身歷其境進行換氣訓練，且可避免學習者因換氣練習可能嗆到而對游泳產生恐懼感。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。