TWI758749B - 動作判斷方法及系統 - Google Patents

Abstract

本發明係一種動作判斷方法及系統，係用於偵測使用者的動作變化，並轉換為一組由自定義動作代碼所組成的動作序列，再將動作序列拆分成多個動作階段，並與另一組由標準動作所轉換而成的標準階段比較，計算動作階段與標準階段之間的相似度，然後將相似度符合門檻值的動作階段判斷為動作正確，反之則判斷為動作不正確，藉以達到即時判斷使用者動作正確性，並提供使用者有關將使用者動作的拆解及視覺化資訊。

Description

動作判斷方法及系統

本發明有關於動作判斷方法及系統，尤其關於一種運用偵測使用者連續動作的三維空間的變化，而進行判斷動作之動作判斷方法及系統。

在一項運動的學習過程中，礙於運動的動作與姿態難以用語言表達之故，運動學習者往往須透過模仿他人之動作，並調整運動姿態，或聘請教練從旁指導的方式來達到學習之目的。但礙於教練眼睛的視野有限，無法三百六十度無死角的觀察運動學習者的動作變化，故目前主流的動作判斷方法係採用高速動態攝影設備拍攝運動學習者的動作，並由教練觀看定格影畫面後，再進行指導。然而，各個教練之間存在認知上的偏差，即便有高速動態攝影設備之協助，依然無法精準判定動作的正確性。

有鑑於上述之問題，有研究論文(吳鴻志/陳容舟/王木良，無線微機電感測器應用於網球開放式正拍上旋球之球拍，華人運動生物力學期刊7(2012)，201-205)，藉由在網球選手的網球拍上方加裝三軸加速規，並將三軸加速規的頻譜振動頻率次數與振動時間訊號，轉換為力道、拍速與打擊區等數據，並藉上述數據判斷使用動作的正確性之。但此先前技術僅適用於具有運動器具之運動項目，且係以間接之數據判定動作之正確性，而非直接量測動作姿態，所以僅能證明網球選手在力道、拍速與打 擊點方面的正確性，並無法真正地確認網球選手的動作姿勢是否正確。

另一研究論文(李一民等，即時性人體姿勢與動作判斷系統之研究及應用臺北科技大學電腦與通訊研究所學位論文，(2009)，1-65，以下稱動作判斷論文)，在使用者肢體上穿戴彎曲感測器與三軸加速計等設備，以收集使用者的動作訊號，並依照自定義之演算法將動作訊號轉換為動作序列，並與標準動作比對，藉由使用者與標準動作之相似度差異，達到判定動作正確性的目的，已解決確認選手的動作姿勢是否正確之問題，但此動作判斷論文中則存在下列幾點問題：

(1)必須穿戴二個以上之感測設備才得以進行辨識；

(2)當進行連續動作比對時，並無法將連續動作之階段作細部的劃分；

(3)適用於簡單動作之比對，例如：走路、抬腿、舉手等。換言之，無法適用在複雜動作的使用需求，尤其是運動選手的運動姿勢，需要細部動作微調來改善。

綜上所述，市面上仍亟需一種可以精準辨識動作姿態，且即時分析動作姿態細部動作，以滿足普羅大眾針對運動姿勢的各階段細部調整之需求，改善不良運動姿勢的問題。

為解決上述先前技術之問題，本發明之一目的在於提供一種穿戴於使用者身上，且得以即時辨識複雜且連續之動作，以達到適用於各種運動項目動作之辨識目的。本發明之另一目的在於，提供一種即時進行分析使用者於各運動階段之動作姿態，並提出動作錯誤的位置，讓使用者可以針對動作錯誤的位置進行調整。

根據本發明之一目的，係提供一種動作判斷方法，包括接收至少一動作感測模組，針對使用者動作進行偵測而分別產生的連續多軸訊號，將各連續多軸訊號各別轉換為一動作序列，將各動作序列拆分成多個動作階段，然後計算事先創建的標準動作的各標準階段與各動作階段與之間的相似度，將相似度符合正當門檻值的各動作階段判斷為通過的判斷結果，將相似度不符合正當門檻值的各動作階段判斷為不通過的判斷結果。

其中，各該動作序列分別包括複數個動作代碼，找出各動作序列中，與各轉折代碼相同的動作代碼，且動作代碼與相鄰後一位之動作代碼為相異者，分別作為一階段分拆代碼，從動作序列中，分別以各階段分拆代碼為中心，前後擷取複數個該動作代碼。

其中，創建標準階段之步驟，包括取得由動作感測模組偵測標準動作，而產生的連續多軸訊號，將連續多軸訊號轉換成由複數個動作代碼所組成的標準動作序列，然後以標準動作序列中每兩個相鄰且相異的動作代碼中之前者，作為其中一個標準階段的轉折代碼，再以各轉折代碼與各轉折代碼後一位的動作代碼，作為各標準階段的其中一個標準代碼，分別複製預定數量的各標準代碼，並依照標準動作的標準動作順序，將各標準代碼排列成各該標準階段。

其中，連續多軸訊號包括複數個軸向訊號，且各軸向訊號包括複數個連續的軸向數值，而各軸向數值分別表示該連續多軸訊號在一時間點的各軸向訊號的向量大小。

其中，各動作代碼的定義步驟，包括將各連續多軸訊號中的各軸向訊號設為一軸向組，將軸向組中的各軸向數值分成複數個區間代 碼，將一軸向組的各種不同區間代碼的組合分別以不同且唯一的字符表示，將各標準代碼與動作代碼分別以各字符表示，將一時間點的連續多軸訊號的各軸向組以動作代碼表示。

其中，將各連續多軸訊號各別轉換為一動作序列之步驟包括，以一間隔時間將各連續多軸訊號分為複數個取樣單元，將各取樣單元分別以對應的該動作代碼表示，將各該動作代碼依取樣時間順序排列成該動作序列。

其中，當動作階段被判斷為不通過時，進一步計算各動作階段與各不當的標準階段之間的相似度，然後將相似度符合一門檻值的各該動作階段判斷為不當的標準階段所對應的不當動作，其中各不當的標準階段係以不當動作的的連續多軸訊號所轉換而成。

根據本發明之一目的，係提供一種動作判斷系統，包括偵測本體及動作感測模組，其中偵測本體穿戴於使用者隨動作姿勢而有位移的一部位，動作感測模組設於偵測本體，且動作感測模組包括動作感測元件、儲存元件、微處理元件及無線通訊元件，其中動作感測元件將使用者之連續動作轉換為複數個多軸訊號，而儲存元件內設有標準資料庫與不當動作資料庫，標準資料庫內存有標準階段及動作門檻值，不當動作資料庫存有各階段、各階段所對應之不當的標準階段、各不當的標準階段所對應之不當動作、及不當動作門檻值，其中微處理元件運用複數個多軸訊號與標準階段，並執行動作判斷方法，然後再由無線通訊元件將判斷結果傳輸至任一個與無線通訊元件連接的裝置。

其中，動作判斷系統更包括顯示本體，且顯示本體內設有視 覺化模組、顯示處理元件及顯示元件，其中視覺化模組更包括傳輸元件及顯示處理元件，並由視覺化模組以傳輸元件接收判斷結果，然後由顯示處理元件將該判斷結果視覺化而產生視覺化訊號，然後由顯示元件接收顯示生視覺化訊號並輸出視覺化的判斷結果。

601:X向軸訊號

602:Y向軸訊號

603:Z向軸訊號

604x-z:軸向數值

800:原點

801:正負軸向

802:象限

803:卦限

1201:X向軸訊號

1202:Y向軸訊號

1203:Z向軸訊號

1211:取樣單元

1212:取樣單元

1213:取樣單元

1214:取樣單元

11:偵測本體

110:動作感測模組

111:動作感測元件

112:儲存元件

113:微處理元件

114:無線通訊元件

12:顯示本體

120:視覺化模組

121:顯示無線通訊元件

122:顯示處理元件

123:顯示元件

S201-S204:步驟

S301-S304:步驟

S401-S409:步驟

S501-S503:步驟

S1001-S1009:步驟

S1101-S1104:步驟

S1301-S1306:步驟

S1401-S1405:步驟

S1501-S1504:步驟

圖1 為本發明動作判斷系統之示意圖；

圖2 為本發明定義動作代碼步驟之流程圖；

圖3 為本發明創建複數個標準階段步驟之流程圖

圖4 為本發明動作判斷方法之流程圖；

圖5 為本發明動作序列轉換步驟之流程圖；

圖6 為本發明連續多軸訊號之視覺化示意圖；

圖7 為本發明正規化之連續多軸訊號之視覺化示意圖；

圖8 為本發明動作代碼之空間模型；

圖9 為本發明之實施例棒球投擲動作的階段之示意圖；

圖10 為本發明之實施例創建複數個標準階段步驟之流程圖；

圖11 為本發明之實施例連續多軸訊號轉換成動作序列步驟之流程圖；

圖12 為本發明之實施例連續多軸訊號轉換成動作序列步驟之示意圖；

圖13 為本發明之實施例尋找拆分代碼步驟與拆分動作序列步驟之示意圖；

圖14 為本發明之實施例計算相似度與正當動作判斷步驟之流程圖；

圖15 為本發明之實施例不當動作判斷步驟之流程圖。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱圖1，其係為本發明動作判斷系統之示意圖。本發明的動作判斷系統主要包含偵測本體11與顯示本體12，其中偵測本體11為運動臂套，且偵測本體11內裝有動作感測模組110，而顯示本體12為機殼，且顯示本體12內裝有視覺化模組120。

在本發明的動作感測模組110中，包含動作感測元件111、儲存元件112、微處理元件113、無線通訊元件114。其中，動作感測元件111為高精度的慣性感測器，當使用者動作時，動作感測元件111偵測使用者的姿態變化，產生X、Y、Z三軸電壓的變化訊號。其中，儲存元件112為唯讀記憶體(Read-Only Memory)，且在儲存元件112內設有標準資料庫及不當動作資料庫，其中標準資料庫內存有標準階段及動作門檻值，不當動作資料庫存有不當的標準階段、不當的標準階段及不當動作門檻值。其中，微處理元件113係用於執行本發明之動作判斷方法中的動作判斷，並產生判斷結果。其中，無線通訊元件114為藍芽元件，係用於與任一模組或裝置連線，並傳輸微處理元件113的判斷結果。

在本發明的視覺化模組120中，包含傳輸元件121、顯示處理元件122與顯示元件123。其中，傳輸元件121為藍芽、Wifi或ANT+等無線 傳輸協定的通訊裝置或者是USB等連接器，顯示處理元件122係為微處理器，顯示元件123為一液晶顯示面板。傳輸元件121連接並接收動作感測模組110所傳送的判斷結果，顯示處理元件122將判斷結果以視覺化訊號傳送到顯示元件123，然後由顯示元件123輸出視覺化的判斷結果。

本發明之動作判斷方法，分為「事前預備」以及「動作判斷」二個部分，其中「事前預備」包括「預載連續多軸訊號預處理步驟於動作感測模組」、「對動作感測模組進行平衡校正」、「定義標準代碼與動作代碼」、「創建複數個標準階段及正當動作門檻值」、以及「創建複數個不當的標準階段及不當動作門檻值」，而「動作判斷」包括「接收連續多軸訊號」、「確認穿戴位置」、「動作序列轉換」、「拆分動作階段」、「相似度計算」、「正當動作判斷」、「不當動作判斷」、以及「結果輸出」。

在本發明中，動作感測模組係用於偵測空間位置的變化，並產生以電壓值大小表示空間位置變化的連續多軸訊號，而連續多軸訊號預處理步驟則包括將連續多軸訊號進行類比數位轉換，舉例而言，將連續多軸訊號的電壓值轉換成以介於-32768~+32768之間的數位數值(n)的16位元表示(共有65536個數位數值)，並以預設的量測精度區間(m)進行轉換成加速度變化值，例如每2048個數位數值為一個量測精度區間，所以16位元的數位數值，又被轉換成介於+16至-16的加速度變化值表示。然後，利用安裝於動作感測模組內的濾波器過濾雜訊，再將動作感測模組的加速度值正規化為-1至+1之間的軸向數值，以提升動作感測模組的運算效率。

在本發明中，使用者將至少一個動作感測模組穿戴於使用者之至少一個部位，舉例而言，若以偵測投球姿勢為例，可以將動作感測模 組安裝在使用者的前臂，若以偵測踢球動作而言，則可以放在腰部、大腿、小腿及腳腕等多個位置，換而言之，動作感測模組係安裝在所要偵測的姿勢發生動作變化的位置。然而動作感測模組一開始啟動時，靜止狀態下量測到的加速度不完全接近零，例如：動作感測模組放置在平面桌上加速度是不完全為零，因此每次進行量測時，都必須要以動作感測元件還未經處理的原始值作為基準進行平衡校正，藉以以去除各動作感測模組之間的誤差，以完成基準值的設定。

請參閱圖2，在本發明中，定義動作代碼的步驟包括：

(S201)將各連續多軸訊號中的各該軸向訊號設為一軸向組；

(S202)將軸向組中的各軸向數值分別依據預設之姿態區間值分類為一區間代碼；

(S203)將軸向組的每種不同區間代碼的組合分別以不同且唯一的字符表示；

(S204)分別以字符表示各動作代碼在一時間點的連續多軸訊號，其中，字符的種類共有I^a種，且I為該區間代碼的種類數量，a為該軸向組的該軸向訊號數量。

請參閱圖3，在本發明中，創建複數個標準階段的步驟包括：

(S301)將標準動作的連續多軸訊號經轉換成包含複數個動作代碼的標準動作序列；

(S302)以標準動作序列中，每兩個相鄰且相異的動作代碼中之前者，作為其中一個標準階段的轉折代碼；

(S303)以各轉折代碼與各該轉折代碼後一位的動作代碼為各標準階段的 其中一個標準代碼；

(S304)以各標準代碼分別複製預定數量，再分別依照標準動作的標準動作順序排列成各標準階段。

在本發明中，創建複數個不當的標準階段的步驟與創建複數個標準階段的步驟(S301)-(S304)相似，其差異僅在於，在創建複數個不當的標準階段步驟中，步驟(S301)的「標準動作」須替換為「不當動作」，而(S304)所產生的「標準階段」亦改為「不當的標準階段」。

在標準階段與不當的標準階段皆創立完成後，將創建的複數個標準階段與不當的標準階段，分別儲存至標準資料庫與不當動作資料庫內。

請參閱圖4，在本發明中，動作判斷方法的步驟包括：

(S401)接收連續多軸訊號：接收複數個穿戴在使用者至少一部位之多個動作感測模組，分別偵測使用者之動作，而產生的連續多軸訊號；

(S402)確認穿戴位置：令使用者停止擺動穿戴有動作感測模組的部位，並維持在指定姿勢，例如指定使用者以掌心向內、五指伸直併攏、中指貼齊褲縫、手肘向前引的站立姿勢站立，然後判斷動作感測模組的穿戴位置正確與否，若判斷穿戴位置正確，則進行下列步驟(S403)，否則重新回到步驟(S401)；

(S403)動作序列轉換：將連續多軸訊號轉換為一串以自定義動作代碼所組成的動作序列；

(S404)尋找階段分拆代碼：分別找出各動作序列中，與標準資料庫中的標準階段的各轉折代碼相同的動作代碼，且該動作代碼與相鄰後 一位之動作代碼為相異者，作為階段分拆代碼；

(S405)拆分動作序列：從動作序列中分別以各階段分拆代碼為中心，前後取樣複數個動作代碼，而拆分成多個動作階段；

(S406)計算相似度：利用標準資料庫內的標準階段，計算各動作階段動作代碼與各自對應的該標準階段的相似度；

(S407)正當動作判斷：當所有動作階段與其所對應的標準階段的相似度符合正當動作門檻值，則判斷為通過，再進行步驟(S409)，反之，當其中任一個動作階段與其所對應的標準階段的相似度不符合正當動作門檻值時，則判斷為不通過，並進行下列步驟(S408)；

(S408)不當動作判斷：不通過的動作階段，再與不當的標準階段進行相似度計算，將相似度符合者，判定為不當動作，再進行步驟(S409)；

(S409)輸出判斷結果。

在本發明中，確認穿戴動作感測模組位置的步驟(S402)，係計算動作感測模組的量測值與預設的標準值間之誤差值，並將誤差值不符合誤差門檻值之量測值判斷穿戴為穿戴不正確。

請參閱圖5，在本發明中，動作序列轉換的步驟(S403)包括：

(S501)將各該連續多軸訊號以間隔取樣時間區分為複數個取樣單元；

(S502)將各取樣單元以步驟(S201)-(S203)轉換為動作代碼；

(S503)將所有取樣單元所表示的動作代碼依取樣時間順序排列成動作序列。

為更進一步了解本發明，乃以投擲棒球動作為實施例作說 明。

請參閱圖6，在本發明之實施例中，在實施本發明動作判斷方之前，須先提供一個具有加速度儀與陀螺儀功能的高精度慣性感測器作為動作感測模組，並將「連續多軸訊號預處理步驟」預載入動作感測模組內，而使動作感測模組產生的連續多軸訊號，由連續電壓變化轉換為以-32768~+32768之間的數位數值(n)表示的類比訊號。然後將動作感測模組，穿戴在使用者投擲棒球時移動的前臂，當使用者投擲棒球時，動作感測模組偵測使用者的投擲動作所產生的空間位置變化，而產生X軸向訊號601、Y軸向訊號602與Z軸向訊號603之連續電壓變化的連續多軸訊號。

在本發明中之實施例中，動作感測模組內預先裝載有「連續多軸訊號預處理步驟」，將連續多軸訊號的連續電壓變化，進行類比訊號轉換為以-32768~+32768之間的數位數值(n)表示，使得X軸向訊號601、Y軸向訊號602、Z軸向訊號603被轉換為以複數個連續的軸向電壓值604x-604z作表示，並以每2048個數位數值為一個量測精度區間將數位數值轉換介於+16至-16的加速度變化值表示。然後，利用安裝於動作感測模組內的卡爾曼濾波器，將雜訊過濾，最後再將各軸向電壓值604x-604z正規化在-1至+1之間的軸向數值，以提升動作感測模組的運算效率。然後以各動作感測模組的原始值作為基準值，進行平衡校正，避免二個動作感測模組的量測值之間有誤差。

請參閱圖7，在本發明中之實施例中，連續多軸訊號的各軸向數值，分別被姿態區間值，分為-1、0與1三種區間代碼，如表1所示。

在本發明中之實施例中，由於連續多軸訊號有X軸向訊號、Y軸向訊號與Z軸向訊號共三個軸向訊號，故將三個軸向訊號設為一軸向組。而各軸向組的軸向數值又有三種區間代碼，故本發明之軸向組的區間代碼組合共有3³種，總共有27種不同的區間代碼組合。

若以(x,y,z)表示不同的區間代碼組合，則本發明的區間代碼組合分別為(0,0,1)、(0,1,0)、(1,0,0)、(0,0,-1)、(0,-1,0)、(-1,0,0)、(0,1,1)、(0,1,-1)、(0,-1,1)、(0,-1,-1)、(1,0,1)、(1,0,-1)、(-1,0,1)、(-1,0,-1)、(1,1,0)、(1,-1,0)、(-1,1,0)、(-1,-1,0)、(1,1,1)、(1,1,-1)、(1,-1,1)、(-1,1,1)、(1,-1,-1)、(-1,1,-1)、(-1,-1,1)、(-1,-1,-1)與(0,0,0)，本發明進一步以A至Z與1，共27個字符，分別表示前臂的27種區間代碼組合，如下表2所示。

請參閱圖8，在本發明中之實施例中，為進一步說明本發明，如何以字符表示各動作代碼在一時間點的連續多軸訊號，本發明以如圖8所示之空間模型，說明動作代碼的意義。如表2所示，本發明的區間代碼組合分別對應到一個唯一的動作代碼，同時動作代碼對應到三維空間中的一個空間位置。若以空間模型表示，則可以將空間分為27個子空間，分別為1個原點800、6個正負軸向801、12個象限802、8個卦限803，其中各動作代碼對應到一個子空間，例如：前臂的區間代碼組合(x,y,z)=(0,0,0)對應到如圖8所示之空間模型為原點800，所以動作代碼「1」對應的空間位置為原點800。

在本發明中之實施例中，發明人聘請專業棒球投手，穿戴動作感測模組於上臂與前臂，並示範標準的棒球投擲動作，當專業棒球投手示範標準的棒球投擲動作時，動作感測模組偵測專業棒球投手之動作，並產生連續多軸訊號。

請參閱圖9，在本發明中之實施例中，發明人將棒球投擲動作被拆分為「Standing」、「Standing→Forearm Up」、「Forearm Up→Hands Flat」、「Hands Flat→Maximal External Rotation」、「Maximal External Rotation→Ball Release」、「Ball Release→Maximal Internal Rotation」、「Maximal Internal Rotation→Extending」共六個主大步驟，以及三個銜接大步驟，並將九個大步驟分為STEP1、STEP1→STEP2、STEP2、STEP2→STEP3、STEP3、STEP3→STEP4、STEP4、STEP5、STEP6等九個主要的階段。

請參閱圖10，在本發明中之實施例中，以專業棒球投手之連續多軸訊號作為標準動作的連續多軸訊號，而創建STEP1至STEP6的標準階 段。其中，本實施例以創建STEP4「Maximal External Rotation→Ball Release」的標準階段為例，進一步說明創建複數個標準階段之步驟：

(S1001)提供STEP4「Maximal External Rotation→Ball Release」標準動作的連續多軸訊號；

(S1002)將STEP4「Maximal External Rotation→Ball Release」標準動作的連續多軸訊號以步驟(S501)-(S503)，轉換為標準動作序列「DDDDDLLLLFFFFFMMMMMM」；

(S1003)找出標準動作序列「DDDD DL LL LF FFF FM MMMMM」中每兩個相鄰且相異的動作代碼，分別為「D」、「L」、「F」、「M」；

(S1004)找出每兩個相鄰且相異的動作代碼中之前者，分別為「D」、「L」、「F」，並作為各標準階段的轉折代碼；

(S1005)將「D」作為STEP4.1階段的標準階段的轉折代碼、「L」作為STEP4.2階段的標準階段的轉折代碼、「F」作為STEP4.3階段的標準階段的轉折代碼；

(S1006)以「D」、「L」、「F」與其後一位的動作代碼為STEP4.1階段的標準階段、STEP4.2階段的標準階段與STEP4.3階段的標準階段的其中一個標準代碼；

(S1007)以「D」、「L」為STEP4.1階段的標準階段的標準代碼，「L」、「F」為STEP4.2階段的標準階段的標準代碼，「F」、「M」為STEP4.3階段標準階段的標準代碼；

(S1008)各標準階段分別複製7個同時為標準代碼且為轉折代碼的標準代碼，以及複製6個僅為標準代碼的標準代碼，再分別依照標準動作 的標準動作順序排列各標準階段的標準代碼；

(S1009)產生STEP4.1階段的標準階段為「DDDDDD D LLLLLL」、STEP4.2階段的標準階段為「LLLLLL L FFFFFF」與STEP4.3階段的標準階段為「FFFFFFF M MMMMM」。

在本發明之實施例中，依循上述步驟(S1001)至(S1009)，創建STEP1階段至STEP6階段的標準階段，如下表4及表5所示。

請再參照表3及圖9，本發明之實施例又根據各階段的複雜度，設定各階段的正當動作門檻值。例如：圖9的STEP4階段的前臂相關的標準代碼有4種(D、L、F、M)，且有3個階段(STEP4.1、STEP4.2、STEP4.3)，所以，本實施例認為圖9的STEP4階段相關的STEP4.1階段、STEP4.2階段、 STEP4.3階段為複雜度高的階段，而將圖9的STEP4階段相關的正當動作門檻值皆設為8，又例如：圖9的STEP5階段的前臂相關的標準代碼僅有2種(M、A)，且僅有1個階段(STEP5)，所以視為複雜度低的階段，故正當動作門檻值設為10。

另一方面，本發明之實施例亦請專業棒球投手示範投擲動作中，常見的不當動作，並依循上述步驟(S1001)-(S1009)，創建複數個不當的標準階段及不當動作門檻值，如表4所示。

在本發明中之實施例中，發明人將如表3所示之各階的標準階段及正當動作門檻值相關資料儲存於標準資料，且將如表4所示之各階的不當的標準階段及不當動作門檻值相關資料儲存於不當動作資料庫。

請再一次參閱圖7，在本發明中之實施例中，完成上述事前預備動作後，才得以進行接收多軸訊號步驟(S401)。在本發明之實施例開始進行動作判斷，發明人將動作感測模組，穿戴在使用者投擲棒球時移動的前臂，藉以偵測使用者的投擲動作所產生的空間位置變化，而產生連續 多軸訊號，並由預裝載於動作感測模組內的「連續多軸訊號預處理步驟」，將各軸向電壓值604x-604z正規化在-1至+1之間的軸向數值。

接者進行確認穿戴步驟(S402)，發明人指定使用者以手臂自然下垂於身體二側的姿勢站立，並確認穿戴於前臂的動作感測模組所產生的軸向數值，與如表2所示之正確軸向數值之間的差值是否符合容差值，若偵測結果為不合，則被判定為穿戴不正確，並請使用者調整穿戴位置後重新偵測使用者之動作。換句話說，使用者在手臂自然下垂於身體側的狀況下，穿戴於前臂之動作感測模組所產生的X軸軸向數值601須為0.93至0.97、Y軸軸向數值須為-0.23至-0.15、Z軸向數值須為-0.03至-0.01。

請參閱圖11與圖12，本發明之實施例以前臂為例，說明本發明將連續多軸訊號轉換成動作序列步驟(S403)：

(S1101)將連續多軸訊號拆分為X軸向訊號1201、Y軸向訊號1202與Z軸向訊號1203；

(S1102)以間隔一取樣時間區T分為複數個取樣單元1211-1214；

(S1103)分別取得各取樣單元1211-1214在X軸向訊號1201、Y軸向訊號1202與Z軸向訊號1203的區間代碼，並與表3作比對，找出取樣單元1211所對應之動作代碼為M、取樣單元1212所對應之動作代碼為E、取 樣單元1213所對應之動作代碼為L、取樣單元1214所對應之動作代碼為O；

(S1104)將各動作代碼依取樣時間順序排列成動作序列「MELO」。

請參閱圖13及圖9，本發明之實施例，以圖9的STEP2階段的前臂動作序列為例，進一步說明尋找階段拆分代碼步驟(S404)與拆分動作序列步驟(S405)：

(S1301)取得使用者以如圖9的STEP2階段進行棒球投擲時，經轉換而得到的前臂動作序列「EEEEYYYYMMMMAAAAAA」；

(S1302)查表3可知，以如圖9的STEP2階段投擲棒球時的前臂轉折代碼為「Y」(STEP2.1)及「M」(STEP2.2)；

(S1303)尋找動作序列「EEEEYYY YM MM MA AAAAAG」中的「Y」及「M」動作代碼，且該動作代碼與相鄰後一位之動作代碼為相異者；

(S1304)找出「YM」與「MA」，並以其中的前者為階段分拆代碼，換言之為以「E... Y M...G」之「Y」及「E... M A...G」之「M」分別為STEP2.1階段與STEP2.2階段的階段分拆代碼；

(S1305)從該動作序列中分別以階段分拆代碼「Y」及「M」為中心前後取樣6個該動作代碼；

(S1306)取得前臂在STEP2.1階段的動作階段為「EEEYYY Y MMMMAA」，STEP2.2階段的動作階段為「YYYMMM M AAAAAG」

請參閱圖14，本發明之實施例進一步以前臂STEP2.1階段的動作階段為例，說明計算相似度步驟(S406)與正當動作判斷步驟(S407)：

(S1401)取得STEP2.1階段的動作階段為「EEEYYYYMMMMAA」；

(S1402)查表3可知，STEP2.1階段的標準階段為「YYYYYYYMMMMMM」；

(S1403)計算動作階段「EEEYYY X MMMMAA」與標準階段「YYYYYYYMMMMMM」的最長共同子序列(Longest Common Subsequence)的長度，作為相似度；

(S1404)計算得到最長共同子序列的長度為8，意即相似度=8；

(S1405)查表3可知，STEP2.1的正當動作門檻值為8，故判斷為通過。

其中，最長共同子序列的計算公式為：

LCS(m,n)=A序列與B序列的長共同子序列的長度；

A序列={a₁,a₂,a₃,.....a_m}，B序列={b₁,b₂,b₃,.....b_m}。

請參閱圖15及圖9，本發明之實施例進一步以圖9的STEP3階段的動作階段為例，說明不當動作判斷步驟(S408)：

(S1501)若以如圖9投擲棒球的STEP3階段時的動作階段為「GGGGGRRRRRRRR」，則計算得長共同子序列的長度為5，不符合正當動作門檻值，故判斷為不通過；

(S1502)若以如圖9投擲棒球的STEP3階段時的動作階段「GGGGGRRRRRRRR」與如表4中以如圖9投擲棒球的STEP3階段時的不當的標準階段「MMMMMMEEEEEEE」、「GGGGGGRRRRRRR」、「GGGGGGFFFFFFF」進行最長共同 子序列的長度計算；

(S1503)僅有不當的標準階段「GGGGGGRRRRRRR」與動作階段「GGGGGRRRRRRRR」的計算結果高於不當動作門檻值8；

(S1504)判斷以如圖9投擲棒球的STEP3階段時的動作階段為「前臂飛掉」。

最後，本發明中之實施例將判斷結果輸出(S409)至本發明之動作判斷系統中的視覺化模組1520，而使判斷結果得以視覺化資料形式顯示於使用者眼前。

在本發明之另一實施例中，本發明之動作判斷系統還可以額外加裝另一動作感測模組，並將動作感測模組與另一動作感測元件，穿戴於使用者的不同部位。其中，另一動作感測元件與動作感測模組連線，且包含另一動作感測元件，並偵測使用者的動作變化產生另一連續多軸訊號，然後將另一連續多軸訊號傳輸給動作感測模組，利用動作感測模組的微處理元件處理另一動作感測元件所偵測到之資料。藉由額外加裝的另一動作感測模組，本發明之動作判斷系統可以判斷使用者二個部位在動作時，各部位的個別動作變化的正確性，而達到提升動作判斷精準度之目的。

在本發明之另一實施例中，本發明之動作判斷方法因為額外加裝的另一動作感測模組，使得「創建複數個標準階段」的過程中，可以同時參考二個以上的部位，而增加標準階段的精細度。例如，在投擲棒球動作的早期階段中，手的大步驟為「Standing」及「Standing→Forearm Up」，而腳的大步驟為「Standing」及「Standing→Upper leg Up」。根據上述大步驟，本發明之動作判斷方法，可以選擇將動作感測模組穿戴於手臂，而另一動作感測模組穿戴於大腿，並利用各動作感測模組分別偵測各部位的動 作變化，而得到手臂與大腿的動作序列。在同一時間內，安裝於手臂的動作感測模組偵測到的動作序列為「AAAAAAAABBBCCCCCCC」，而安裝於大腿的另一動作感測模組偵測到的動作序列為「DDDDEEEEEEFFFFFFFF」，根據上述動作序列，並利用步驟(S1001)至(S1004)，找到動作感測模組的第一個轉折代碼為「A」，另一動作感測模組的第一個轉折代碼為「D」。再根據另一動作感測模組感測到的轉折代碼「D」出現的順序比動作感測模組的轉折代碼「A」還要前面，判斷「腳的步驟的轉折」比「手的步驟的轉折」還要早。再根據上述結論，將手與腳的大步驟混合，而得到投擲棒球動作的早期階段的標準階段順序為「Standing」、「Standing→Upper leg Up」及「Standing→Forearm Up」，藉以達到提升標準階段精細度之目的。

本發明為一種動作判斷方法及系統，係用於穿戴於使用者身上，藉以即時辨識使用者複雜且連續之動作，而提供使用者了解自身動作姿態的資訊，尤其針對運動選手，方便運動選手針對運動時的細部動作進行微調或改善。另一方面，本發明更利用內建的標準資料庫以及不當動作資料庫，對使用者的姿態進行正確性的判斷，而協助運動選手了解自身運動姿勢與標準運動姿勢的差異程度，甚至在運動選手施展有害身心健康的動作時，對運動選手提出適當之警告。

上列詳細說明係針對本發明之可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

S401-S409:步驟

Claims (6)

1. 一種動作判斷方法，其步驟包括：創建複數個標準階段：將一標準動作分拆成各該標準階段，且各該標準階段分別包括至少一個標準代碼，各該標準階段以其中的至少一個該標準代碼作為一個轉折代碼；接收連續多軸訊號：接收穿戴在一使用者之至少一部位之至少一動作感測模組，分別偵測該使用者之動作，而分別產生的連續多軸訊號；動作序列轉換：將各該連續多軸訊號各別轉換為一動作序列，其中各該動作序列分別包括複數個動作代碼；找出階段分拆代碼：找出各該動作序列中，與各該轉折代碼相同的該動作代碼，且該動作代碼與相鄰後一位之動作代碼為相異者，分別作為一階段分拆代碼；拆分動作階段：從該動作序列中，分別以各該階段分拆代碼為中心，前後取樣複數個該動作代碼，而將各該動作序列拆分成多個動作階段；相似度計算：將各該轉折代碼相同的各該階段分拆代碼所各自對應的該標準階段與各該動作階段進行相似度之計算；正當動作判斷：將相似度符合一正當動作門檻值的各該動作階段所對應的部位之階段判斷為通過，將相似度不符合正當動作門檻值的各該動作階段所對應的部位之階段判斷為不通過；其中該創建複數個標準階段之步驟包括：設定一標準動作序列，其中該標準動作序列包括複數個該動作代碼，且該標準動作序列係由一標準動作的連續多軸訊號經轉換而成的； 以該標準動作序列中，以每兩個相鄰且相異的該動作代碼中之前者，分別作為其中一個該標準階段的該轉折代碼；以各該轉折代碼與各該轉折代碼後一位的該動作代碼皆為各該標準階段的其中一個該標準代碼；分別複製預定數量的各該標準代碼，再分別依照標準動作的標準動作順序，將各該標準代碼排列成各該標準階段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之動作判斷方法，其中各該動作代碼的定義如下：各該連續多軸訊號包括複數個軸向訊號，且各該軸向訊號包括複數個連續的軸向數值，而各該軸向數值分別表示該連續多軸訊號在一時間點的各該軸向訊號的向量大小；將各該連續多軸訊號中的各該軸向訊號設為一軸向組；將該軸向組中的各該軸向數值分別依據預設之姿態區間值分類為一區間代碼；將該軸向組的每種不同該區間代碼的組合分別以不同且唯一的字符表示；各該動作代碼分別以該些字符表示一時間點的各該連續多軸訊號；其中，該些字符的種類共有I ^a 種；其中，I=該區間代碼的種類數量，a=該軸向組的該軸向訊號數量。
3. 如申請專利範圍第1項所述之動作判斷方法，其中動作序列轉換之步驟包括：各該連續多軸訊號以間隔一取樣時間區分為複數個取樣單元； 各該取樣單元分別以對應的該動作代碼表示；將各該動作代碼依取樣時間順序排列成該動作序列。
4. 如申請專利範圍第1項所述的動作判斷方法，其中正當動作判斷被判斷為不通過後，再依照下列步驟進行判斷是否為不當動作：以如申請專利範圍第1項所述之動作判斷方法，其中創建複數個標準階段的步驟，創建複數個不當的標準階段；不當相似計算：將被判斷為不通過之各該動作階段與各自所對應的部位之階段的各該不當的標準階段進行相似度之計算；不當動作判斷：將相似度符合一不當動作門檻值的各該動作階段所對應的部位之階段判斷為該不當的標準階段所對應的不當動作；其中，各該不當的標準階段分別係以該使用者之一部位之階段的不當動作的標準動作序列所轉換而成；其中，各該部位之階段的不當動作的標準動作序列分別由各該部位之階段的不當動作的連續多軸訊號所轉換而成。
5. 一種動作判斷系統，其包括：一偵測本體，穿戴於一使用者的一部位，該部位係隨動作姿勢而有位移；一動作感測模組，設於該偵測本體，更包括：一動作感測元件，將該使用者之連續動作轉換為複數個多軸訊號；一儲存元件，該儲存元件內設有標準資料庫與不當動作資料庫；一微處理元件，執行如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之動作判斷方法；一無線通訊元件，係用於與任一連接線或通訊元件連線，並傳輸一判斷 結果。
6. 如申請專利範圍第5項所述的動作判斷系統，更包括：一顯示本體，設於該使用者之周圍；一視覺化模組，設於該顯示本體，更包括：一傳輸元件，係用於接收該判斷結果；一顯示處理元件，係將該判斷結果視覺化而產生視覺化訊號；一顯示元件，係接收該視覺化訊號並輸出視覺化的該判斷結果。

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