CN109529295B - 运动姿势矫正训练器及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及运动姿势矫正训练器及训练方法。该运动姿势矫正训练器包括测量单元、分析单元以及提示单元；测量单元与分析单元连接，分析单元与提示单元连接；测量单元具有三维直角坐标系，三维直角坐标系具有X轴、Y轴以及Z轴；测量单元安置于游泳者躯干，X轴与游泳者躯干的长轴同处于第一平面内；测量单元的检测参数包括游泳者躯干的左侧绕长轴转动的左侧转动角度、以及游泳者躯干的右侧绕长轴转动的右侧转动角度；提示单元安置于游泳者头部。该训练方法采用该运动姿势矫正训练器实现。本发明尤其适用于采用自由泳泳姿的游泳爱好者，在其游泳过程中给予实时反馈提示，能快速有效提高其泳姿标准程度和自由泳速度。

Description

运动姿势矫正训练器及训练方法

技术领域

本发明涉及一种运动姿势矫正训练器及训练方法，尤其适用于矫正游泳爱好者的自由泳泳姿，属于游泳训练辅助装备领域。

背景技术

据发明人了解，游泳是人在水的浮力作用下产生向上漂浮，凭借浮力通过肢体有规律的运动，使身体在水中有规律运动的技能。其中，自由泳是目前各竞技游泳技术中速度最快的一种姿势。

对于游泳爱好者来说，通常很难拥有媲美专业游泳运动员的训练时间和训练资源，这就使得游泳爱好者的游泳速度在达到瓶颈后往往很难获得进一步提升，而其直接原因主要是游泳爱好者的游泳姿势不够标准，这就需要研制出相应的游泳训练辅助装备来矫正其游泳姿势。

经检索发现，申请号CN201610972638.0、申请公布号CN106358024A的中国发明专利申请，公开了一种泳姿监控***和泳姿监控方法，其泳姿监控***，包括：生成单元，用于生成用户的实时泳姿模型；第一数据处理单元，用于根据用户的所述实时泳姿模型与预先设置的标准泳姿模型生成对比画面；显示单元，用于显示所述对比画面；显示单元包括显示屏，显示屏为泳镜的镜片。这样，用户可以在游泳的同时观察到自身的游泳动作，并根据标准泳姿模型矫正其自身不标准的游泳动作，以实现规范自身游泳动作的目的。

申请号CN201610959445.1、申请公布号CN107115653A的中国发明专利申请，公开了一种调整泳姿的装置，包括：获取模块，用于获取用户肢体待检测位置的泳姿信息；提示信息确定模块，用于根据泳姿信息确定提示信息，提示信息用于提示用户调整游泳姿势。其中，肢体待检测位置，包括间距检测位置和/或角度检测位置，泳姿信息包括间距检测位置对应的间距信息和/或角度检测位置对应的角度信息；提示信息确定模块，具体用于根据间距信息和角度信息确定用户的实时泳姿模型，以及用于将实时泳姿模型与标准泳姿模型比较确定提示信息，提示信息用于提示用户调整间距和/或角度。这样，可以有效处理用户游泳时的泳姿信息，提示用户在游泳时调整泳姿。

然而，以上述技术方案为代表的现有技术中，尚没有专门针对自由泳泳姿的游泳训练辅助装备；而且，这些现有技术方案的判断逻辑和结构均较为复杂，不利于降低成本，同时给出的提示信息也较为复杂，容易让用户无所适从。

发明内容

本发明的主要目的是：克服现有技术存在的问题，提供一种运动姿势矫正训练器，并提供相应的训练方法，专门针对采用自由泳泳姿的游泳爱好者，能快速有效提高其泳姿标准程度和自由泳速度。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种运动姿势矫正训练器，包括测量单元、分析单元以及提示单元；其特征是，所述测量单元的信号输出端与分析单元的信号输入端连接，所述分析单元的控制端与提示单元的受控端连接；所述测量单元具有作为测量基准的三维直角坐标系，所述三维直角坐标系具有彼此垂直的X轴、Y轴以及Z轴，所述X轴与Y轴处于同一水平面内，所述Z轴与水平面垂直；所述测量单元安置于游泳者躯干，所述X轴与游泳者躯干的长轴同处于第一平面内，且游泳者躯干的左侧和右侧对称分布于第一平面的两侧；所述测量单元的检测参数包括游泳者躯干的左侧绕长轴转动的左侧转动角度、以及游泳者躯干的右侧绕长轴转动的右侧转动角度；所述提示单元安置于游泳者头部；

所述运动姿势矫正训练器具有：所述测量单元将检测到的检测参数实时发送至分析单元的监测状态；

所述运动姿势矫正训练器还具有：在监测状态基础上，在游泳者自由泳过程中，所述分析单元根据检测参数判断当游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值是否处于预设角度范围内，或判断当游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值是否处于预设角度范围内的分析状态；所述预设角度范围为35°-45°或处于35°-45°之内；

所述运动姿势矫正训练器还具有：在分析状态基础上，所述分析单元判定左侧转动角度最大值或右侧转动角度最大值大于预设角度范围上限值或小于预设角度范围下限值时，通过提示单元向游泳者发出相应提示信息的提示状态。

发明人在实践研究中发现，对于游泳爱好者，将其在自由泳过程中左侧出水时左侧转动角度的最大值以及右侧出水时右侧转动角度的最大值分别控制在预设角度范围内(该预设角度范围为35°-45°或处于35°-45°之内)，其泳姿标准程度和游泳速度均实现优化。基于此发现，发明人经进一步研究得出了以上技术方案，通过直观提示游泳者需要将哪一侧的转动角度加大或减少，来快速有效地提升其泳姿标准程度，并显著提升其游泳速度。

本发明产品进一步完善的技术方案如下：

优选地，所述运动姿势矫正训练器还具有：在分析状态基础上，所述分析单元根据已测得的左侧转动角度数据和右侧转动角度数据计算游泳者躯干两侧转动对称性数据，并通过对预设角度范围进行调整使两侧转动对称性数据处于预设数值范围内的动态调整状态；所述两侧转动对称性数据为左侧转动角度最大值和相应右侧转动角度最大值的差值；所述预设数值范围具有上限值和下限值，上限值≤10°且下限值≥0°。

发明人在实践研究中进一步发现，对于游泳爱好者，将其在自由泳过程中躯干左侧转动和右侧转动的不对称性降至最小化，能进一步优化其泳姿标准程度和游泳速度。基于此发现，发明人经进一步研究得出了以上优选技术方案，不必改变提示方式即能引导游泳者将其躯干转动对称性提升至预设范围内，从而进一步快速有效地提升其泳姿标准程度和游泳速度。

优选地，所述左侧转动角度、右侧转动角度分别以X轴和Y轴所处的水平面为测量基准平面。

优选地，所述测量单元的检测参数还包括游泳者的俯仰角、游泳速度和游泳加速度。

优选地，所述测量单元为传感器，所述分析单元为处理器，所述提示单元为振动器或智能眼镜；所述测量单元安置于游泳者躯干背部的骶骨区域中部。

本发明还提供：

一种运动姿势矫正训练方法，其特征是，采用前文所述的运动姿势矫正训练器；所述训练方法包括以下步骤：

第一步、将运动姿势矫正训练器配戴在游泳者身上，其中，测量单元安置于游泳者躯干，提示单元安置于游泳者头部；

第二步、开启运动姿势矫正训练器，使其处于监测状态；

第三步、在游泳者自由泳过程中，所述运动姿势矫正训练器处于分析状态，并在符合提示条件时处于提示状态；所述提示条件为：所述分析单元判定左侧转动角度最大值或右侧转动角度最大值大于预设角度范围上限值或小于预设角度范围下限值；

第四步、游泳者结束自由泳后，运动姿势矫正训练器关闭或继续处于监测状态。

采用该训练方法后，游泳者可在自由泳过程中实时获得直观的提示信息，只需按提示信息调整左侧或右侧转动角度，即能快速有效地提升泳姿标准程度，并显著提升游泳速度。

本发明方法进一步完善的技术方案如下：

优选地，第三步中，当运动姿势矫正训练器处于提示状态时，若分析单元判定游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值大于预设角度范围的上限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出左侧转动过大的第一提示信息；若分析单元判定游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值小于预设角度范围下限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出左侧转动过小的第二提示信息；若分析单元判定游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值大于预设角度范围的上限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出右侧转动过大的第三提示信息；若分析单元判定游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值小于预设角度范围下限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出右侧转动过小的第四提示信息。

更优选地，所述提示单元包括位于游泳者头部左侧的左侧振动器和位于游泳者头部右侧的右侧振动器；所述第一提示信息包括左侧振动器振动N次，所述第二提示信息包括左侧振动器振动M次，所述第三提示信息包括右侧振动器振动N次，所述第四提示信息包括右侧振动器振动M次；N≥1，M≥1，N≠M。

采用以上优选方案，可进一步确保游泳者获得直观且简单的提示信息，利于提升训练效果。

优选地，第三步中，当运动姿势矫正训练器处于分析状态时，所述分析单元还根据已测得的左侧转动角度数据和右侧转动角度数据计算游泳者躯干两侧转动对称性数据，并通过对预设角度范围进行调整使两侧转动对称性数据处于预设数值范围内；所述两侧转动对称性数据为左侧转动角度最大值和相应右侧转动角度最大值之差；所述预设数值范围具有上限值和下限值，上限值≤10°且下限值≥0°。

采用以上优选方案，可进一步引导游泳者将其躯干转动对称性提升至预设范围内，从而进一步快速有效地提升其泳姿标准程度和游泳速度。

优选地，第三步还包括，所述分析单元记录检测参数、分析结果数据以及提示事件数据，并上传至外部上位机。

采用以上优选方案，可将游泳者在游泳过程中产生的各种数据上传至上位机，之后上位机可根据这些数据显示各种直观的数据图表，以供后续分析或研究。

与现有技术相比，本发明基于发明人的自主研究成果，尤其适用于采用自由泳泳姿的游泳爱好者，在其游泳过程中给予实时反馈提示，能快速有效提高其泳姿标准程度和自由泳速度。此外，本发明的训练器主体可以做成尺寸很小的盒子，小巧便携。

附图说明

图1为本发明所基于研究成果中设备安置示意图。

图2为本发明所基于研究成果中最佳内外旋转角度范围的要求。其中，点划线为水面；两道实线为现有报道^[9]提出的范围；点线为本研究中放宽的范围。

图3为本发明所基于研究成果中转动角数据图的示例图。

图4为本发明所基于研究成果中单趟游泳计时的示例图。

图5为本发明所基于研究成果中两组平均速度的方差分析检验图。

图6为本发明所基于研究成果中两组典型转动表现示意图。

图7为本发明所基于研究成果中全部游泳者的身体转动数据统计图。图中，R1至R8分别为游泳爱好者，E1至E6分别为专业运动员。

图8为本发明所基于研究成果中符合要求的转动比例与游泳速度关系示意图。

图9为本发明所基于研究成果中转动不对称性与游泳速度关系示意图。

图10为本发明所基于研究成果中符合要求的转动比例与转动对称性关系示意图。

图11为本发明所基于研究成果中所有游泳者总体情况示意图。

图12为本发明实施例1的设备结构示意图。

具体实施方式

一、本发明技术方案所基于的研究成果

(一)研究背景

自由泳是最快和最流行的游泳姿势，它为游泳爱好者和专业游泳运动员所喜欢并为之带来身体上(如协调和平衡改善)和精神上(如缓解压力)的健康益处。近年来自由泳相关研究得到了广泛的发展：应用MEMS***对自由泳运动员进行瞬时游泳速度的采集^[1-2]；开发时间相位检测算法，用于描述不同的手臂划水阶段，如手入水、抓水、下扫、及内扫^[3-4]；检测自由泳运动员腿部踢腿模式和速率^[5-6]。然而，关于内外旋转(也称为身体转动)重要性的研究并未得到广泛分析。

身体转动是指游泳者在游泳过程中围绕其长轴进行的转动。在要求中，自由泳运动员应将他/她的肩、躯干和臀部一起作为整体进行转动。这就是所谓的“流线型转动”。

通过充分的身体转动和身体平衡可以实现流线型身体转动。充分的身体转动是指能产生最大推进力的内外旋转，同时可以避免不必要的水阻力。有研究者研究了自由泳内外旋转角度大小^[7]，发现肩部平均角度为58°，臀部平均角度为36°。在其随后的研究中发现了身体转动与游泳速度之间的关系^[8]，肩部转动从75°减低至66°会使游泳速度从1.3m/s提高到1.6m/s；但没有给出最佳身体转动幅度。有报道^[9]陈述，自由泳运动员躯干的身体转动最好为每侧40°-45°，然而该陈述更像是一种主观推测，并没有任何实验数据、实验结果来证实。

身体平衡是评估流线型转动的另一个评价标准。身体平衡指在自由泳中的转动对称性和可能的***性偏差。通常认为呼吸侧转动角度大于非呼吸侧。有研究^[10]证实存在不对称身体转动，其中38％的实验对象出现了这种错误。还有研究^[11]报道，在转动角度大小上，肩部平均左侧57.1°/右侧49.6°，臀部平均左侧24.6°/右侧25.7°；但是转动对称性和游泳速度之间并没有表现出相关关系。

本研究通过研究符合要求的转动表现如何影响自由泳运动员整体表现，最终得出了转动大小、转动对称性、及游泳速度之间的关系。

(二)研究方法

A.参与者

选择八名游泳爱好者和六名专业游泳运动员参与研究。他们的基本信息统计入下表。

其中，游泳爱好者每周至少游泳2次，专业游泳运动员每周训练五天。

在每次测试中，要求每位游泳者以其正常速度进行25米的连续自由泳。每次测试之间有一分钟休息，以最小化疲劳对实验结果的影响。在开始前游泳者站在泳池内的起点处；且要求游泳者触摸到终点处墙壁后立刻站起。

B.实验设置

为采集自由泳运动员身体姿势和时间信息的定量数据，采用由九自由度惯性测量单元MPU9150(InvenSense，美国)和ATmega2560微控制器(Atmel，美国)构成的可穿戴嵌入式设备，并添加SD卡作为存储器。

该设备的采集参数包括三轴加速度和三轴角速率。原始数据经5Hz低通Butterworth滤波器以最小化噪声并使平滑度最大化，这是本领域内的常用方法。采用内置的MotionFusion^TM算法计算欧拉角。该设备尺寸为W75×D100×H35(mm)，并如图1所示安置于游泳者躯干上，即水平放置在游泳者背部的骶骨区域的中部，以便直接采集身体转动信息。

其中，转动角(绕X轴转动)描述游泳者的内外旋转，俯仰角(绕Y轴转动)解释游泳者的状态：游泳或竖直站立。值得注意的是，已有的报道^[9]建议最佳身体转动范围为40°-45°，而该范围相当小以至于在早期先导实验中很难保持，于是本研究将该范围放宽至35°-45°，如图2所示。

C.数据分析

每侧的转动角平均值

按下式计算：

其中，θ_n指第n次转动的角度，N为单趟游泳中转动的总次数。

采用滤波后转动角描述游泳者的内外旋转，并以此评估游泳者的单趟划水次数、身体转动充分性、以及转动对称性。当身体转动角度处于预设角度范围35°-45°内时，在转动角数据图上记录并标记，示例如图3所示。充分转动占全部转动的比例Ratio按下式计算：

其中，No.rolls in range为充分转动的次数，No.total rolls为全部转动的次数。

平均速度v按下式计算：

其中，laptime为单趟游泳计时。

考虑到预设角度范围为35°-45°，双侧转动之间的最大偏差限定为10°，这样双侧身体转动差异小于10°的即作为对称转动。

俯仰角和X轴加速度数据共同提供每趟游泳的结束时间信息。单趟游泳终点定义为俯仰角大于45°且X轴加速度大于0.7g的时刻。然而，该特定时刻代表游泳者身体竖直向上45°且已停止游泳的情况，而不是实际的触墙时刻。经测试，从触墙到身体竖直向上45°的平均时间为0.5秒。因此，单趟游泳计时Laptime按下式计算：

其中，T_{ACCx>0.7g&&Pitch>45°}为至单趟游泳终点时刻的计时时间。参见图4。

(三)研究结果

A.统计分析

总计采集了8位游泳爱好者的88趟游泳数据和6位专业游泳运动员的68趟游泳数据。为了确定游泳爱好者组和专业运动员组是否为统计学上不同的人群，对平均速度进行方差分析检验。统计数据如下表所示。

检验结果如图5所示，两组存在统计学差异(P＜0.0001)，因此可以独立分析。

B.转动角分析

下表汇总了每位游泳者的表现，图6示出了游泳爱好者与专业运动员的典型转动表现。

表中，R1至R8分别为游泳爱好者，E1至E6分别为专业运动员。

由以上数据可知，与专业运动员相比，游泳爱好者在身体转动保持在预设角度范围内(35°-45°)且保持平衡方面存在困难。专业运动员每次划水的身体转动相对一致，且专业运动员身体转动的整体幅度小于游泳爱好者。此外，专业运动员的25米平均单趟游泳计时(T_elite＝24.65s)远远小于游泳爱好者(T_recreational＝44.08s)。

图7显示了全部14名游泳者的身体转动统计。图7的平均转动幅度和平均游泳速度示意图显示，每组几乎近半游泳者的转动幅度处于预设角度范围内(图中两条粗线之间的区域)；游泳爱好者组存在过度转动(身体转动幅度超过45°)，且保持身体转动幅度在预设角度范围内的游泳速度较高；同时，在所有游泳者中，专业运动员组速度分布存在的差异非常小(0.05)。

将左侧和右侧的转动进行比较，如图7的平均转动不对称性示意图所示，两组的转动不对称性存在显著差异；游泳爱好者双侧转动的偏差可达18°，而所有专业运动员的该偏差均小于游泳爱好者。

此外，在图7的平均转动幅度一致性示意图中，转动一致性采用平均转动的标准偏差表示；该图加强了图6中的发现，即专业运动员能更好地保持身体转动的一致性水平，而游泳爱好者的身体转动变化很大。

C.符合要求的身体转动与游泳速度

将每趟游泳中符合要求的转动(即转动角度处于35°-45°内)占全部转动的平均比例相对于平均游泳速度作图，结果如图8所示。然后将数据拟合为线性模型，其拟合参数如下表所示。

由图8的拟合曲线可知，在游泳爱好者组，随着符合要求的转动比例的增加，可达到更高的游泳速度。然而，对于专业运动员而言并非如此，其符合要求的转动比例与游泳速度之间几乎没有相关性。上表也证实了这一点，其中游泳爱好者组模型的R平方值(0.2435)高于专业运动员组模型(0.0037)。由此可见，与专业运动员相比，游泳爱好者的游泳速度与其符合要求的转动比例具有更好的相关性。

D.转动对称性与游泳速度

将转动不对称性相对于平均游泳速度作图，结果如图9所示。然后将数据拟合为线性模型，其拟合参数如下表所示。

由以上结果可知，对两组而言，转动不对称性与平均游泳速度之间呈弱线性关系，当转动角差异增大时，两组的游泳速度均下降。这表明转动对称性在平均速度中起一定的作用。这种相关性在游泳爱好者组中更为明显。例如，对于游泳爱好者，双侧身体转动之间的不对称性高于25°则其游泳速度会小于0.5m/s；同时，对于专业运动员，就算双侧转动差异小于5°，其游泳速度也几乎没有变化。事实上，80％专业运动员的转动不对称性小于10°，而其平均游泳速度变化不大。游泳爱好者组模型的R平方值(0.2182)和专业运动员组模型R平方值(0.0938)也证明专业运动员的对称转动与速度分布之间几乎没有相关性。专业运动员相对稳定的速度分布表明，转动不对称性对其成绩几乎没有影响，因此可能还有其它参数在该组作用中起更重要作用。

E.符合要求的身体转动与转动对称性

符合要求的转动比例与转动对称性的关系如图10所示。然后将数据拟合为线性模型，其拟合参数如下表所示。

由以上结果可知，符合要求的转动比例越高，则双侧转动幅度差异越小。该相关性在两组中都同样明显，其中游泳爱好者组模型的R平方值为0.0896，专业运动员组模型R平方值为0.0365。从该角度来看，两组在保持符合要求转动数量和转动对称性上均显示了相似的特性，这在图10数据点的混合显示中有所证实。

F.总体情况

综合所有游泳者数据，通过绘制曲面图，研究符合要求转动比例和转动对称性对游泳速度的影响。将按度数记录的转动对称性数据按照对应的符合要求转动比例转换为百分比。拟合模型如图11所示，拟合参数如下表所示。

由以上结果可知，专业运动员组的整体平均速度高于游泳爱好者组。从数值上看，符合要求转动比例、身体转动对称性对游泳爱好者的速度表现同样重要，且第一个参数略微更重要一些。然而，这两个参数和专业运动员组的速度分布之间没有明确的关系。与专业运动员组模型R平方值0.0938相比，游泳爱好者组模型R平方值0.3569表明其线性关系更佳。

(四)讨论

本研究探讨了内外身体转动对自由泳速度的影响。通过采用专门设计的可穿戴嵌入式设备采集身体转动信息。该设备放置于游泳者背部的骶骨区域的中部，从而可以直接提取身体转动信息。采集的主要性能指标包括内外转动幅度、每趟划水次数和平均游泳速度。

采用速度分布分析不同级别游泳者的特性。结果发现，两组有统计学差异。因此对两组分别进行身体转动分析。

虽然游泳爱好者组和专业运动员组的速度分布不同，但两组仍有共同点。图10所示结果表明，游泳者保持身体转动幅度符合要求的能力有助于保持转动对称性。身体转动越符合要求，则双侧转动差异越小。此外，两组在保持符合要求转动数量和转动对称性均表现出相似的分散特性。

游泳爱好者的身体转动幅度通常有很高的差异。根据已有理论^[9]，观察他们的单侧转动幅度，该差异会增加水阻力，并使游泳者在克服该阻力时浪费能量。从流体力学的观点来看，身体转动幅度的巨大差异可能是造成游泳爱好者组速度分布较差的原因之一。此外，游泳爱好者组存在过度转动的共同问题，这会导致过度的能量损失。游泳爱好者个体R4、R6、R7、R8的身体转动幅度处于预设角度范围内，他们的速度分布在游泳爱好者组中相对突出，这就进一步证实了以上观点。考虑到双侧转动幅度对称性，所有游泳爱好者在这一项下表现不佳。两侧转动幅度相差很大会导致水流的波动，从而也会增加水阻力。

图8、图9和图11所示的游泳爱好者组所有拟合一阶多项式模型中，其R平方值均大于0.2。考虑到分析人类实验对象时能预期到的较大差异，这些模型可认定为有效。(三)-C、(三)-D、(三)-F的结果表明，符合要求的身体转动幅度和身体转动对称性都会影响游泳爱好者的速度分布。为获得高速度分布，游泳爱好者需要增加符合要求的身体转动数量，同时保持每个内外旋转对称。

尽管这两个参数都会影响游泳爱好者的速度，但它们的重要性不同。图11中游泳爱好者组的拟合模型以数值表明，X轴系数的绝对值较大，这表明符合要求转动的比例对游泳速度的提高起着更重要的作用。再加上(三)-E结果指出的身体转动对称性可通过更多数量符合要求的转动来诱发，可以确定，对于游泳爱好者而言，符合要求的转动比例比转动对称性更占主导地位。

专业运动员组的转动表现与游泳爱好者组显著不同。专业运动员的身体转动标准差较小，说明他们的转动更加一致，且角度也更窄。这种流线型转动技术能节省能量。通过观察专业运动员的表现，发现该组并没有严格遵守预设角度范围。各专业运动员在符合要求的转动比例、双侧转动对称性方面表现各不相同。然而，无论上述参数如何，专业运动员的高速度分布都保持不变。由此可知，内外身体转动技术对于专业运动员来说并非关键。可能还有其它参数在影响专业运动员的表现中起更重要作用。

本研究的结果从实际角度证实了已有理论^[9]，并推动了已有研究^[10-11]。但这仍然只是在自由泳身体转动研究领域初步探索。研究人员可进一步增加其它影响参数，增加模型复杂性以优化身体姿势-速度模型。对于游泳爱好者而言，可引入反馈机制来改善身体转动表现。

(五)结论

本研究论证了游泳爱好者可通过保持身体转动处于35°-45°范围内来提高游泳速度；并发现转动不对称性会影响游泳爱好者的游泳速度，若转动不对称性最小化，则游泳爱好者的游泳速度会提高。这两个参数对专业运动员的影响并不显著，这就表明专业运动员在其游泳方式中已适应了其它机制来达到和保持较高的游泳速度。此外还发现，转动对称性在两组中均随符合要求的转动数量增加而提高。

二、基于以上研究成果，本发明提出了相应的技术方案来提高游泳爱好者的自由泳泳姿标准程度和游泳速度。

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例1

如图12所示，本实施例的运动姿势矫正训练器包括测量单元、分析单元以及提示单元；测量单元的信号输出端与分析单元的信号输入端连接，分析单元的控制端与提示单元的受控端连接；测量单元具有作为测量基准的三维直角坐标系，三维直角坐标系具有彼此垂直的X轴、Y轴以及Z轴，X轴与Y轴处于同一水平面内，Z轴与水平面垂直；测量单元安置于游泳者躯干，X轴与游泳者躯干的长轴同处于第一平面内，且游泳者躯干的左侧和右侧对称分布于第一平面的两侧；测量单元的检测参数包括游泳者躯干的左侧绕长轴转动的左侧转动角度、以及游泳者躯干的右侧绕长轴转动的右侧转动角度；提示单元安置于游泳者头部。

运动姿势矫正训练器具有以下状态：

(1)测量单元将检测到的检测参数实时发送至分析单元的监测状态。

(2)在监测状态基础上，在游泳者自由泳过程中，分析单元根据检测参数判断当游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值是否处于预设角度范围内，或判断当游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值是否处于预设角度范围内的分析状态；预设角度范围为35°-45°或处于35°-45°之内。

(3)在分析状态基础上，分析单元判定左侧转动角度或右侧转动角度的最大值大于预设角度范围上限值或小于预设角度范围下限值时，通过提示单元向游泳者发出相应提示信息的提示状态。

(4)在分析状态基础上，分析单元根据已测得的左侧转动角度数据和右侧转动角度数据计算游泳者躯干两侧转动对称性数据，并通过对预设角度范围进行调整使两侧转动对称性数据处于预设数值范围内的动态调整状态；两侧转动对称性数据为左侧转动角度最大值和相应右侧转动角度最大值的差值；预设数值范围具有上限值和下限值，上限值≤10°且下限值≥0°。

此外，左侧转动角度、右侧转动角度分别以X轴和Y轴所处的水平面为测量基准平面。测量单元的检测参数还包括游泳者的俯仰角、游泳速度和游泳加速度。测量单元为传感器，分析单元为处理器，提示单元为振动器或智能眼镜；测量单元安置于游泳者躯干背部的骶骨区域中部。

实施例2

本实施例的运动姿势矫正训练方法，采用实施例1的运动姿势矫正训练器；该训练方法包括以下步骤：

第一步、将运动姿势矫正训练器配戴在游泳者身上，其中，测量单元安置于游泳者躯干，提示单元安置于游泳者头部；

第二步、开启运动姿势矫正训练器，使其处于监测状态；

第三步、在游泳者自由泳过程中，运动姿势矫正训练器处于分析状态，并在符合提示条件时处于提示状态；提示条件为：分析单元判定左侧转动角度最大值或右侧转动角度最大值大于预设角度范围上限值或小于预设角度范围下限值；

第四步、游泳者结束自由泳后，运动姿势矫正训练器关闭或继续处于监测状态。

第三步中，当运动姿势矫正训练器处于提示状态时，

若分析单元判定游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值大于预设角度范围的上限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出左侧转动过大的第一提示信息；

若分析单元判定游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值小于预设角度范围下限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出左侧转动过小的第二提示信息；

若分析单元判定游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值大于预设角度范围的上限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出右侧转动过大的第三提示信息；

若分析单元判定游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值小于预设角度范围下限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出右侧转动过小的第四提示信息。

提示单元包括位于游泳者头部左侧的左侧振动器和位于游泳者头部右侧的右侧振动器；第一提示信息包括左侧振动器振动N次，第二提示信息包括左侧振动器振动M次，第三提示信息包括右侧振动器振动N次，第四提示信息包括右侧振动器振动M次；N≥1，M≥1，N≠M。

第三步中，当运动姿势矫正训练器处于分析状态时，分析单元还根据已测得的左侧转动角度数据和右侧转动角度数据计算游泳者躯干的左侧转动角度与右侧转动角度的对称性数据，并通过对预设角度范围进行调整使两侧转动对称性数据处于预设数值范围内；两侧转动对称性数据为左侧转动角度最大值和相应右侧转动角度最大值的差值；预设数值范围具有上限值和下限值，上限值≤10°且下限值≥0°。

第三步还包括，分析单元记录检测参数、分析结果数据以及提示事件数据，并上传至外部上位机。

本发明的发明人课题组采用本实施例训练方法对游泳爱好者进行训练发现，经过8周训练后的检测结果表明，游泳爱好者与专业运动员的自由泳动作明显趋于一致，且游泳速度提升明显。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

参考文献

[1]F.Dadashi,F.Crettenand,G.P.Millet,and K.Aminian,“Front-crawlinstantaneous velocity estimation using a wearable inertial measurementunit,”Sensors,vol.12,no.10,pp.12 927–12939,2012.

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Claims (8)

1.一种运动姿势矫正训练器，包括测量单元、分析单元以及提示单元；其特征是，所述测量单元的信号输出端与分析单元的信号输入端连接，所述分析单元的控制端与提示单元的受控端连接；所述测量单元具有作为测量基准的三维直角坐标系，所述三维直角坐标系具有彼此垂直的X轴、Y轴以及Z轴，所述X轴与Y轴处于同一水平面内，所述Z轴与水平面垂直；所述测量单元安置于游泳者躯干，所述X轴与游泳者躯干的长轴同处于第一平面内，且游泳者躯干的左侧和右侧对称分布于第一平面的两侧；所述测量单元的检测参数包括游泳者躯干的左侧绕长轴转动的左侧转动角度、以及游泳者躯干的右侧绕长轴转动的右侧转动角度；所述提示单元安置于游泳者头部；

所述运动姿势矫正训练器具有：所述测量单元将检测到的检测参数实时发送至分析单元的监测状态；

所述运动姿势矫正训练器还具有：在监测状态基础上，在游泳者自由泳过程中，所述分析单元根据检测参数判断当游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值是否处于预设角度范围内，或判断当游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值是否处于预设角度范围内的分析状态；所述预设角度范围为35°-45°或处于35°-45°之内；

所述运动姿势矫正训练器还具有：在分析状态基础上，所述分析单元判定左侧转动角度最大值或右侧转动角度最大值大于预设角度范围上限值或小于预设角度范围下限值时，通过提示单元向游泳者发出相应提示信息的提示状态；

所述运动姿势矫正训练器还具有：在分析状态基础上，所述分析单元根据已测得的左侧转动角度数据和右侧转动角度数据计算游泳者躯干两侧转动对称性数据，并通过对预设角度范围进行调整使两侧转动对称性数据处于预设数值范围内的动态调整状态；所述两侧转动对称性数据为左侧转动角度最大值和相应右侧转动角度最大值的差值；所述预设数值范围具有上限值和下限值，上限值≤10°且下限值≥0°。

2.根据权利要求1所述的运动姿势矫正训练器，其特征是，所述左侧转动角度、右侧转动角度分别以X轴和Y轴所处的水平面为测量基准平面。

3.根据权利要求1所述的运动姿势矫正训练器，其特征是，所述测量单元的检测参数还包括游泳者的俯仰角、游泳速度和游泳加速度。

4.根据权利要求1所述的运动姿势矫正训练器，其特征是，所述测量单元为传感器，所述分析单元为处理器，所述提示单元为振动器或智能眼镜；所述测量单元安置于游泳者躯干背部的骶骨区域中部。

5.一种运动姿势矫正训练方法，其特征是，采用权利要求1至4任一项所述的运动姿势矫正训练器；所述训练方法包括以下步骤：

第一步、将运动姿势矫正训练器配戴在游泳者身上，其中，测量单元安置于游泳者躯干，提示单元安置于游泳者头部；

第二步、开启运动姿势矫正训练器，使其处于监测状态；

第三步、在游泳者自由泳过程中，所述运动姿势矫正训练器处于分析状态，并在符合提示条件时处于提示状态；所述提示条件为：所述分析单元判定左侧转动角度最大值或右侧转动角度最大值大于预设角度范围上限值或小于预设角度范围下限值；

第四步、游泳者结束自由泳后，运动姿势矫正训练器关闭或继续处于监测状态；

第三步中，当运动姿势矫正训练器处于分析状态时，所述分析单元还根据已测得的左侧转动角度数据和右侧转动角度数据计算游泳者躯干两侧转动对称性数据，并通过对预设角度范围进行调整使两侧转动对称性数据处于预设数值范围内；所述两侧转动对称性数据为左侧转动角度最大值和相应右侧转动角度最大值之差；所述预设数值范围具有上限值和下限值，上限值≤10°且下限值≥0°。

6.根据权利要求5所述的运动姿势矫正训练方法，其特征是，第三步中，当运动姿势矫正训练器处于提示状态时，若分析单元判定游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值大于预设角度范围的上限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出左侧转动过大的第一提示信息；若分析单元判定游泳者躯干左侧出水时左侧转动角度的最大值小于预设角度范围下限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出左侧转动过小的第二提示信息；若分析单元判定游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值大于预设角度范围的上限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出右侧转动过大的第三提示信息；若分析单元判定游泳者躯干右侧出水时右侧转动角度的最大值小于预设角度范围下限值，则分析单元通过提示单元向游泳者发出右侧转动过小的第四提示信息。

7.根据权利要求6所述的运动姿势矫正训练方法，其特征是，所述提示单元包括位于游泳者头部左侧的左侧振动器和位于游泳者头部右侧的右侧振动器；所述第一提示信息包括左侧振动器振动N次，所述第二提示信息包括左侧振动器振动M次，所述第三提示信息包括右侧振动器振动N次，所述第四提示信息包括右侧振动器振动M次；N≥1，M≥1，N≠M。

8.根据权利要求5所述的运动姿势矫正训练方法，其特征是，第三步还包括，所述分析单元记录检测参数、分析结果数据以及提示事件数据，并上传至外部上位机。

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