CN108514159A - 一种辅助训练服及其工作方法 - Google Patents

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徐磊
徐恪
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Abstract

本发明涉及传感控制技术领域，公开了一种辅助训练服及其工作方法，在所述训练服的预设位置设置有N个石墨烯运动传感器，所述N个石墨烯运动传感器分别与同一中控装置连接，所述中控装置包括：控制器、存储器和处理器；其中，N个石墨烯运动传感器，感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息；控制器，用于统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；存储器，用于存储传感器对应的预设参考信号、预设偏差值和实时运动信息；处理器，用于接收运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对。

Description

一种辅助训练服及其工作方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种辅助训练服及其工作方法。
背景技术
普通运动者(非专业运动员或教练)在运动或训练时经常会出现动作不标准造成锻炼效果不佳，或动作过大造成身体损伤，或动作过小没有达到训练目的的情况。目前若要想做到动作标准就需要在专业教练的指导下进行训练，无法自己在短时间内做到标准动作。因此，急需一种在无专业教练陪伴下也能辅助运动者做到标准动作的运动训练装置。
石墨烯(graphene)是2004年被发现的一种新型碳纳米材料，由于具有理想的平面二维结构、独特的电子性质、热学性质、光学性质、机械性质等，使其在电子、机械、医药及航空航天等高技术领域具有极好的应用前景，它是继碳纳米管后新兴的被认为极具理论和应用前景的碳纳米材料。石墨烯由于具有优良的电子、光学、热学、化学和机械性质，使其具有构筑探针分子和信号传递并放大的三重作用，成为应用于超灵敏生物传感器的理想材料。快速的电子传递和可多重修饰的化学性质使其能够实现准确而高选择性的生物分子检测。石墨烯及其复合材料越来越多地被应用到生物传感器的制备中。
石墨烯由碳原子以sp2杂化结构连成的单原子层构成，厚度仅为0.34nm。石墨烯的单原子厚度和二维的平面结构提供了它极大的比表面积，使其可用来负载大量的各种分子，包括金属、生物分子、荧光分子和多种药物等，从而使其在生物分子的检测、分离和纯化以及药物靶向输送等方面具有许多潜在的应用。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，使碳原子不必重新排列来适应外力，因而其结构非常稳定，这种稳定的晶格结构使其具有优异的导电性。
发明内容
本发明提供了一种辅助训练服及其工作方法，期望能够帮助普通运动者及时发现错误动作部位，辅助其更好的进行运动锻炼。
本发明提供了一种辅助训练服，在所述训练服的预设位置设置有N个石墨烯运动传感器，所述N个石墨烯运动传感器分别与同一中控装置连接，所述中控装置包括：控制器、存储器和处理器；其中，
所述N个石墨烯运动传感器，用于感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至所述处理器；
所述控制器，用于统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；
所述存储器，用于存储所述N个石墨烯运动传感器对应的预设参考信号、预设偏差值和实时运动信息；
所述处理器，用于接收所述N个石墨烯运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对，若偏差超过第i个预设偏差值，则通过控制器使得第i个石墨烯运动传感器发出警告信号；
其中，i＝1、2,…,N，N为正整数。
在上述方案中，所述预设位置包括用户关节和/或肌肉所对应的位置；其中，
用户关节所对应位置的石墨烯运动传感器为关节传感器，用于感应对应用户关节的弯曲信息；
用户肌肉所对应位置的石墨烯运动传感器为肌肉传感器，用于感应对应用户肌肉的拉伸信息。
在上述方案中，所述预设参考信号包括标准动作对应的规范均值序列；所述预设偏差值包括预设标准差阈值；其中，所述规范均值指标准动作所对应的预设时间段内运动数据的均值。
在上述方案中，所述实时运动信息包括：在每隔所述预设时间段内石墨烯运动传感器采集到的实时运动数据均值所组成的序列。
在上述方案中，所述预设时间段长度为500毫秒。
本发明还提供一种辅助训练服的工作方法，包括：
接收用户输入的启动或停止信息，由控制器统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；
所述N个石墨烯运动传感器感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至处理器；
所述处理器接收所述N个石墨烯运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对，若偏差超过第i个预设偏差值，则通过控制器使得第i个石墨烯运动传感器发出警告信号；
其中，i＝1、2,…,N，N为正整数。
在上述方案中，所述预设参考信号包括标准动作对应的规范均值序列；所述预设偏差值包括预设标准差阈值；其中，所述规范均值指标准动作所对应的预设时间段内运动数据的均值；
所述实时运动信息包括：在每隔所述预设时间段内石墨烯运动传感器采集到的实时运动数据均值所组成的序列；
将所述实时运动数据均值与其所对应的规范均值比较，当二者的标准差大于所述预设标准差阈值时，通过控制器使得对应的石墨烯运动传感器发出警告信号。
在上述方案中，所述预设时间段长度为500毫秒。
在上述方案中，通过采集专业运动员的运动信息获取所述标准动作对应的规范均值序列。
在上述方案中，所述警告信号包括：震动信号。
本发明中，通过运动传感器将感应到的专业运动员运动时关节和肌肉的标准信号标定成参考信号，并存储，普通运动者训练时采集相同部位的实时信号，并将实时信号与参考信号比较，若偏差超过预定偏差值，则相应的运动传感器发生震动，以提示普通运动者动作不标准，应作出调整，使得普通运动者在运动过程中能及时纠正自己的动作。
附图说明
图1为本发明提供的一种辅助训练服的抽象结构示意图；
图2为跑步运动中将图1中运动训练辅助装置的运动传感器设置在人体部位的示意图；
图3为本发明提供的一种辅助训练服的工作方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为本发明提供的一种辅助训练服的抽象结构示意图，如图1所示，在所述训练服的预设位置设置有N个石墨烯运动传感器，所述N个石墨烯运动传感器分别与同一中控装置连接，所述中控装置包括：控制器C、存储器M和处理器P；其中，
所述N个石墨烯运动传感器，用于感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至所述处理器；
所述控制器C，用于统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；
所述存储器M，用于存储所述N个石墨烯运动传感器对应的预设参考信号、预设偏差值和实时运动信息；
所述处理器P，用于接收所述N个石墨烯运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对，若偏差超过第i个预设偏差值，则通过控制器使得第i个石墨烯运动传感器发出警告信号；
其中，i＝1、2,…,N，N为正整数。
人体运动的规律可以看作是肌肉的拉伸和关节的弯曲的集合，因此，所述预设位置包括用户关节和/或肌肉所对应的位置；其中，
用户关节所对应位置的石墨烯运动传感器为关节传感器，用于感应对应用户关节的弯曲信息；
用户肌肉所对应位置的石墨烯运动传感器为肌肉传感器，用于感应对应用户肌肉的拉伸信息。
所谓石墨烯传感器，通过人体运动产生的压力和张力，让石墨烯产生电信号，通过分析电信号分析出人体的运动动作。
在上述方案中，所述预设参考信号包括标准动作对应的规范均值序列；所述预设偏差值包括预设标准差阈值；其中，所述规范均值指标准动作所对应的预设时间段内运动数据的均值。
在上述方案中，所述实时运动信息包括：在每隔所述预设时间段内石墨烯运动传感器采集到的实时运动数据均值所组成的序列。
在上述方案中，所述预设时间段长度为500毫秒。
在上述方案中，所述警告信号包括：震动信号。
本发明中，通过运动传感器将感应到的专业运动员运动时关节和肌肉的标准信号标定成参考信号，并存储，普通运动者训练时采集相同部位的实时信号，并将实时信号与参考信号比较，若偏差超过预定偏差值，则相应的运动传感器发生震动，以提示普通运动者动作不标准，应作出调整，使得普通运动者在运动过程中能及时纠正自己的动作。
实施例1
运动传感器感应通常是毫秒级，即几十个毫秒传输一个信号，如果对这些信号逐一设定规范值，无疑将导致处理器C的计算量剧增，且由于运动过程中，人体随运动时间的延长身体会发生变化，例如：肌肉的紧张程度会更紧，过于细致的比较反而不利于确定错误动作，因此本实施例中在将标准信号标定成参考信号时按时间段分组，即从开始运动到运动结束的时间分成若干个时间段，例如：500毫秒为一个时间段，为了减小后续比对的次数。计算第i个运动传感器在第j个时间段内采集的若干标准信号的平均值，将所述平均值标定为第i个参考信号，并计算第j个时间段内采集的若干标准信号的方差，将方差标定为所述第i个预定偏差值，处理器将等长的第j个时间段内的第i个运动传感器的实时信号与第i个参考信号比对，j为大于0的整数。
本实施例中，也可以采用其他标定方式将标准信号标定成参考信号的方式，例如：选择第j个时间段内的最小值信号、最大值信号、中间值信号或数值相同的最多的那个信号作为参考信号。
本实施例中，处理器在第j个时间段按预定时间间隔采集实时信号与第i个参考信号比对。例如：10秒的时间段内，间隔两秒采样一次，即取五个实时信号与参考信号对比，进一步减小计算量。
如图2中，跑步运动时，关节传感器或肌肉传感器在人体的分布示意图。具体地，每个运动传感器都有一个唯一ID，在使用时，每个运动传感器感应人身体的部位是固定的，例如：第i个运动传感器不管放在谁身体上都是放置在肘部。在存储时，位置标记lm，m表示第m个位置，关节的弯曲程度和肌肉的拉伸强度都可以通过石墨烯的信号强度表示，肌肉的拉伸更加精细，人体的肌肉群很多，不可能将每个肌肉群都涵盖，本实施例只需要针对关键并且易测量的肌肉进行感应，如前手臂的肌肉群。采用lm.ck.tp和lm.sk.tp分别表示第m个位置的第k个关节和第k个肌肉在p时刻的关节弯曲信号强度和肌肉拉伸信号强度，分别存储在lm.ck和lm.sk文件中。
以图2的关节部位l3的感应为例。关节的弯曲程度以l3.c1为文件名，在运动时间0～p的时间段内，信号强度值依次为l3.c1.t0到l3.c1.tp。以图2的l2的感应为例，石墨烯可以感应到手臂上方和下方的肌肉拉伸，在运动时间0～p的时间段内，l2处的两块肌肉对应的信号是l2.s1.t0～l2.s1.tp和l2.s2.t0～l2.s2.tp，最终存储在l2.s1和l2.s2两个文件中。本实施例中，对于参考信号，将0～p这段时间划分成若干时间段，第j个时间段内的标准信号求平均值后的参考信号存储在lm.ck.qj和lm.sk.qj文件中。
图3为本发明提供的一种辅助训练服工作方法流程图，包括：
步骤301，接收用户输入的启动或停止信息，由控制器统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；
步骤302，所述N个石墨烯运动传感器感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至处理器；
步骤303，所述处理器接收所述N个石墨烯运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对，若偏差超过第i个预设偏差值，则通过控制器使得第i个石墨烯运动传感器发出警告信号；
其中，i＝1、2,…,N，N为正整数。
在上述方案中，所述预设参考信号包括标准动作对应的规范均值序列；所述预设偏差值包括预设标准差阈值；其中，所述规范均值指标准动作所对应的预设时间段内运动数据的均值；
所述实时运动信息包括：在每隔所述预设时间段内石墨烯运动传感器采集到的实时运动数据均值所组成的序列；
将所述实时运动数据均值与其所对应的规范均值比较，当二者的标准差大于所述预设标准差阈值时，通过控制器使得对应的石墨烯运动传感器发出警告信号。
在上述方案中，所述预设时间段长度为500毫秒。
在上述方案中，通过采集专业运动员的运动信息获取所述标准动作对应的规范均值序列。
实施例2
辅助训练服的实现需要以下步骤：
步骤一：将石墨烯传感器放在身体的关节和肌肉部位，并对每个传感器进行唯一标识。所有传感器连接到一个存储器，并将各自一系列信号存储在这个存储器上。同时控制器确定存储器存储的起止时间，来确定感应环境的开始时间和结束时间。控制器还负责向各自的传感器提供电源支持。数据的存储以各自的标识符(如li.cj)为文件名。当穿戴者开始做相应动作时，开始记录数据。存储器有专门的存储区域存储初始的标准动作数据序列均值和标准差。
步骤二：对于采集的数据格式，以图1的关节部位l3的感应为例。关节的弯曲程度以l3.c1为文件名，信号强度值依次为在l3.c1.t0到l3.c1.tm之间的m个时间段的信号均值序列。肌肉的拉伸更加精细，人体的肌肉群很多，不可能将每个肌肉群都涵盖，这就需要只针对关键并且易测量的肌肉进行感应。如前手臂的肌肉群，这里可能需要对石墨烯进行更加细致的设计，能够感应多个肌肉的轻微拉伸。以图1的l2的感应为例，石墨烯可以感应到手臂上方和下方的肌肉拉伸，于是对应的时间信号序列为l2.s1.t0到l2.s1.tm和l2.s2.t0到l2.s2.tm，，对应的m个信号值也是均值，最终存储在l2.s1和l2.s2两个文件中。
步骤三：已有的初始化数据作为标准动作序列已经存储在存储器，并且已经确定了初始化动作序列的特征时间段，这些特征时间段的信号就是这个动作的标识特征。只要识别标识特征就可以确定当前是什么动作过程。用户在最初使用训练服时，需要校准时间段，即将用户的动作时间序列对应到初始化的时间序列。感应的时间起止由用户确定。
步骤四：时间校准以后，当用户开始动作过程，石墨烯传感器感应动作后将信号发送给存储器。控制器确定时间段对应区域，处理器计算动作过程的各个时间段的均值，并与存储器上的规范均值进行比较，如果当前均值与规范均值相差不超过标准差，就认为动作规范，否则认为动作不规范，对于不规范的部位发出警告，指出发生错误的对应石墨烯部位，以此来矫正穿戴者的动作。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种辅助训练服，其特征在于，在所述训练服的预设位置设置有N个石墨烯运动传感器，所述N个石墨烯运动传感器分别与同一中控装置连接，所述中控装置包括：控制器、存储器和处理器；其中，
所述N个石墨烯运动传感器，用于感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至所述处理器；
所述控制器，用于统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；
所述存储器，用于存储所述N个石墨烯运动传感器对应的预设参考信号、预设偏差值和实时运动信息；
所述处理器，用于接收所述N个石墨烯运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对，若偏差超过第i个预设偏差值，则通过控制器使得第i个石墨烯运动传感器发出警告信号；
其中，i＝1、2,…,N，N为正整数。
2.根据权利要求1所述的辅助训练服，其特征在于，所述预设位置包括用户关节和/或肌肉所对应的位置；其中，
用户关节所对应位置的石墨烯运动传感器为关节传感器，用于感应对应用户关节的弯曲信息；
用户肌肉所对应位置的石墨烯运动传感器为肌肉传感器，用于感应对应用户肌肉的拉伸信息。
3.根据权利要求1所述的辅助训练服，其特征在于，所述预设参考信号包括标准动作对应的规范均值序列；所述预设偏差值包括预设标准差阈值；其中，所述规范均值指标准动作所对应的预设时间段内运动数据的均值。
4.根据权利要求3所述的辅助训练服，其特征在于，所述实时运动信息包括：在每隔所述预设时间段内石墨烯运动传感器采集到的实时运动数据均值所组成的序列。
5.根据权利要求3或4所述的辅助训练服，其特征在于，所述预设时间段长度为500毫秒。
6.一种辅助训练服的工作方法，其特征在于，包括：
接收用户输入的启动或停止信息，由控制器统一启动或停止所述N个石墨烯运动传感器；
所述N个石墨烯运动传感器感应对应位置用户身体的变化，形成实时运动信息，并将所述实时运动信息发送至处理器；
所述处理器接收所述N个石墨烯运动传感器传输过来的所述实时运动信息，并将第i个运动传感器的实时运动信息与所述预设的第i个参考信号比对，若偏差超过第i个预设偏差值，则通过控制器使得第i个石墨烯运动传感器发出警告信号；
其中，i＝1、2,…,N，N为正整数。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，所述预设参考信号包括标准动作对应的规范均值序列；所述预设偏差值包括预设标准差阈值；其中，所述规范均值指标准动作所对应的预设时间段内运动数据的均值；
所述实时运动信息包括：在每隔所述预设时间段内石墨烯运动传感器采集到的实时运动数据均值所组成的序列；
将所述实时运动数据均值与其所对应的规范均值比较，当二者的标准差大于所述预设标准差阈值时，通过控制器使得对应的石墨烯运动传感器发出警告信号。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述预设时间段长度为500毫秒。
9.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，通过采集专业运动员的运动信息获取所述标准动作对应的规范均值序列。
10.根据权利要求6至7任一项所述的工作方法，其特征在于，所述警告信号包括：震动信号。
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