TWI581834B - Personalized Motion Simulation System - Google Patents

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TWI581834B
TWI581834B TW102148948A TW102148948A TWI581834B TW I581834 B TWI581834 B TW I581834B TW 102148948 A TW102148948 A TW 102148948A TW 102148948 A TW102148948 A TW 102148948A TW I581834 B TWI581834 B TW I581834B
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You-Yu Chen
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Description

個人化運動模擬系統
本發明係關於一種運動系統，特別是關於一種個人化運動模擬系統。
目前跑步、騎自行車這類型之戶外運動大部分都得挑在天氣暖和的季節來進行，而室內健身運動則在天氣散熱或寒冬時期。
對於熱愛運動者，兩者的運動器具都極為類似，如熱愛戶外跑步者而言，其室內運動大部分會選擇跑步機替代，習慣騎自行車者，則會選擇室內健身器材的室內腳踏車替代。
選擇對的運動健身替代器材是對於熱愛運動者的基本需求，而是否可以讓人在室內運動也能具有室外運動的樂趣及效能，則是更重要的課題。
CCD、GPS、高容量的記憶體、室外運動錶已經可將戶外運動者的各項資料及路徑、影像詳細擷取，使用者可在事後進行觀賞，分析或室內健身運動時做虛擬實境播放。
目前室內健身運動的虛擬實境(Virtual Reality)，還是停留於戶外影像製作或3D動畫，未能針對熱愛運動者的喜好、路徑，高度而設計，更不能配合在其個人於戶外運動實境時的速度、心律等相對於室內運動時發生。
因此，本發明之一目的是提供一種戶外運動裝置可擷取使用者沿著運動路徑進行的預定路徑之即時影像、座標，並記錄使用者的速度、距離、高度、坡度及使用者運動時之心律、血壓、溫度等 資訊。
當使用者在進行如室內腳踏車訓練器、室內健身車、跑步機之室內健身運動，可將室外健身運動錶在戶外所記錄的影像、方位、速度及當時使用者的各種即時生理資訊、運動資訊透過傳輸介面下載到室內健身設備的顯示器和還原戶外真實的影像及使用者當時運動的情境及生理狀況。
在較佳實施例中，使用者配置一攝影裝置於外出運動，該攝影裝置具有一攝影鏡頭及一定位系統將使用者運動的同時，將運動路徑的參數儲存。使用者在完成一次上述的運動路徑時，攝影裝置所儲存的實境影像及坡度、高度、路徑、方向、速度之參數傳輸至運動模擬控制裝置，該運動模擬控制裝置可傳輸至運動設備，該運動設備依照該參數而調節控制該運動設備的速度、坡度、阻力，使得使用者感覺身歷其境。
本發明可藉由使用者在進行戶外運動裝置的所擷取之方位、坡度、高度及個人當時的速度及心律來控制室內健身裝備以達到的效果，更可提供使用者在進行或完成健身運動時可以與戶外運動時作競賽或比較。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及附呈圖式作進一步之說明。
100‧‧‧運動模擬控制裝置
200‧‧‧運動設備
21‧‧‧微處理單元
22‧‧‧顯示器
23‧‧‧外部顯示器
25‧‧‧按鍵單元
26‧‧‧實境控制參數傳輸埠
27‧‧‧外部信號傳輸埠
28‧‧‧控制信號輸出埠
31‧‧‧實境控制參數單元
311‧‧‧路徑座標
312‧‧‧路徑參數
32‧‧‧實境影像單元
321‧‧‧攝影鏡頭
322‧‧‧實境影像
4‧‧‧路徑軌跡資料記憶體
41‧‧‧定位系統
42‧‧‧地圖資訊
5‧‧‧人體信號感測器
51‧‧‧心跳感測單元
52‧‧‧血壓感測單元
53‧‧‧血糖感測單元
54‧‧‧溫度感測單元
55‧‧‧卡洛里或功率感測單元
6‧‧‧運動設備感測器
61‧‧‧方向感測單元
62‧‧‧高度感測單元
63‧‧‧坡度感測單元
64‧‧‧速度感測單元
65‧‧‧距離計算單元
66‧‧‧計時單元
7‧‧‧運動設備控制界面
71‧‧‧速度控制器
72‧‧‧坡度控制器
73‧‧‧阻力控制器
8、8a、8b‧‧‧使用者
91‧‧‧無線傳送器
92‧‧‧監控中心
S1‧‧‧輸入資料
S2‧‧‧人體信號
S3‧‧‧運動設備信號
S4‧‧‧設備控制信號
P0‧‧‧啟始位置
P1~P7‧‧‧位置
P8‧‧‧目標位置
R‧‧‧運動路徑
第1圖顯示本發明運動模擬控制裝置第一實施例之電路方塊圖。
第2圖中顯示第1圖中之人體信號感測器及運動設備感測器之進一步實施例。
第3圖顯示一使用者之身體選定部位配置有人體信號感測器之示意圖。
第4圖顯示一使用者在騎自行車時配掛有人體信號感測器，且在運動設備配置有各種不同的運動設備感測器之示意圖。
第5圖顯示由一啟始位置沿著一運動路徑行進時，會陸續經過數個位置，最後到達目標位置之路徑示意圖。
第6圖顯示本發明在顯示器及外部顯示器上所呈現的顯示資訊示意圖一。
第7圖顯示本發明在顯示器及外部顯示器上所呈現的顯示資訊示意圖二。
第8圖顯示本發明運動模擬控制裝置第二實施例之電路方塊圖。
第9圖顯示本發明運動模擬控制裝置第三實施例之電路方塊圖。
第10圖顯示本發明運動模擬控制裝置在一人使用時之示意圖。
第11圖顯示本發明運動模擬控制裝置在多人使用時之示意圖。
參閱第1圖，本發明個人化運動模擬系統第一實施例之電路方塊圖。如圖所示，本發明個人化運動模擬系統包括一運動模擬控制裝置100連接於一運動設備200。運動模擬控制裝置100中包括有一微處理單元21、一顯示器22、一外部顯示器23、一按鍵單元25、一實境控制參數傳輸埠26、一外部信號傳輸埠27、一控制信號輸出埠28。
微處理單元21連接一顯示器22及一可選配的外部顯示器23。按鍵單元25係供使用者鍵入輸入資料S1之用。
一實境控制參數單元31連接於實境控制參數傳輸埠26。實境控制參數單元31中儲存有一選定路徑的至少一筆路徑座標311及一路徑參數312。每一筆路徑座標311中儲存了選定路徑的座標參數。該路徑參數312包括該選定路徑之方向參數、高度參數、坡度 參數、座標參數、時間參數等。
一實境影像單元32連接於該實境控制參數傳輸埠26。一攝影鏡頭321可連接於該實境影像單元32，用以將實境影像予以攝取，並將至少一筆實境影像322儲存在實境影像單元32中，且該實境影像322係對應於該路徑座標311。
一路徑軌跡資料記憶體4連接於該微處理單元21，用以儲存至少一筆路徑軌跡資料。
外部信號傳輸埠27連接於該微處理單元21，可將人體信號感測器5所感測到的人體信號S2傳送至微處理單元21。
控制信號輸出埠28連接於該微處理單元21，並經由一運動設備控制界面7連接於一運動設備200，而該運動設備控制界面7中包括有一速度控制器71、一坡度控制器72和一阻力控制器73，可用以控制運動設備200之運動設備信號S3(包括速度、坡度、阻力)。而運動設備200之運動設備信號S3則可以由運動設備感測器6予以感測並經由外部信號傳輸埠27傳送至微處理單元21。
其中該運動模擬控制裝置100中之微處理單元21由實境控制參數單元31中擷取路徑座標311、一路徑參數312，再由該控制信號輸出埠28輸出設備控制信號S4至該運動設備200，而調節控制該運動設備200的速度、坡度、阻力之一。同時，該運動模擬控制裝置100之該微處理單元21由該實境影像單元32中擷取對應於該路徑座標311之實境影像322，並將該實境影像顯示於該顯示器22、外部顯示器23。
第2圖中顯示第1圖中之人體信號感測器及運動設備感測器之進一步實施例。其中，人體信號感測器5中可包括有一心跳感測單元51、血壓感測單元52、血糖感測單元53、溫度感測單元54、卡洛里或功率感測單元55，可分別用來感測使用者之心跳信號、血壓 信號、血糖信號、溫度信號、卡洛里信號、功率信號。
運動設備感測器6中可包括有一方向感測單元61、一高度感測單元62、一坡度感測單元63、一速度感測單元64、一距離計算單元65、一計時單元66，可分別用來感測方向信號、一高度信號、一坡度信號、速度信號、距離信號、計時信號。
參閱第3圖所示，其顯示一使用者8之身體選定部位配置有人體信號感測器5，用以感測該使用者之至少一人體信號S2。
參閱第4圖所示，其顯示一使用者8在使用運動設備200(例如一自行車)時，在身體選定部位配掛有人體信號感測器5，用以感測該使用者之至少一人體信號S2，且在運動設備200配置有各種不同的運動設備感測器6，並產生運動設備信號S3。當本發明應用在一自行車時，該運動設備信號S3包括有該自行車的速度、踏板速度、功率之一。
參閱第5圖所示，當使用者配戴本發明的運動模擬控制 裝置100或將運動模擬控制裝置100配掛於騎乘的自行車上，由一啟始位置P0沿著一運動路徑R行進時，會陸續經過數個位置P1~P7，最後到達目標位置P8。此時，透過各個感測單元，即可在路徑軌跡資料記憶體4中儲存運動路徑R，並將該運動路徑R中的各個位置P0~P8分別對應的路徑座標311及路徑參數312儲存在實境控制參數單元31中、以及將實境影像322儲存在實境影像單元32。
當使用者在完成一次上述的運動路徑時，藉由本發明即可將沿著運動路徑R的各個位置P0~P8分別對應的座標、路徑參數、攝影裝置所攝取儲存的實境影像一儲存在路徑軌跡資料記憶體4中，以在後續使用者據以控制運動設備200之動作。
該使用者欲進行第二次運動時，該運動模擬控制裝置將實境影像傳輸至顯示器。運動模擬控制裝置將各項座標、路徑參數傳 輸至運動設備而調節控制該運動設備的速度、坡度、阻力，故使用者感覺身歷其境。
第6圖顯示本發明在顯示器22及外部顯示器23上所呈現的顯示資訊示意圖一，其係在顯示器22及外部顯示器23上顯示了使用者的心跳信號、方向參數、高度參數、坡度參數、速度參數、時間參數、距離參數…等資訊。
第7圖顯示本發明在顯示器22及外部顯示器23上所呈現的顯示資訊示意圖二，其顯示在顯示器22及外部顯示器23上可顯示使用者的心跳信號、方向參數、高度參數、坡度參數、速度參數、時間參數、距離參數…等資訊。
參閱第8圖，其顯示本發明運動模擬控制裝置第二實施例之電路方塊圖。本實施例的大部份組成電路與第一實施例相同，故相同元件乃標示相同的元件編號，以資對應。在本實施例中，係在路徑軌跡資料記憶體4連結有一定位系統41(GPS)。藉由該定位系統41可擷取沿著運動路徑R的各個位置的座標、坡度、高度、路徑及方向等參數，並將這些參數儲存於路徑軌跡資料記憶體4中。
參閱第9圖，其顯示本發明運動模擬控制裝置第三實施例之電路方塊圖。本實施例的大部份組成電路與第一實施例相同，故相同元件乃標示相同的元件編號，以資對應。在本實施例中，係在路徑軌跡資料記憶體4連結有一地圖資訊42。使用者可透過網際網路將例如Google map或者Google Earth之地圖影像、坡度、高度、路徑及方向等參數下載作為地圖資訊42，並將該地圖資訊42儲存於路徑軌跡資料記憶體4中。
參閱第10圖，其顯示本發明運動模擬控制裝置在實際應用時之示意圖。當一使用者8欲進行運動時，本發明運動模擬控制裝置100將坡度、高度、路徑及方向之參數傳輸至運動設備200，以調節 控制該運動設備200的速度、坡度、阻力，並將實境影像傳輸至顯示器22。
參閱第11圖，其顯示本發明運動模擬控制裝置在實際應用時之示意圖。當至少一使用者8、8a、8b進行運動時，本發明運動模擬控制裝置100將坡度、高度、路徑及方向之參數傳輸至運動設備200，以調節控制該運動設備200的速度、坡度、阻力，並將實境影像傳輸至顯示器22。
在運動的同時，該複數個使用者8、8a、8b的人體信號S2亦可以一無線傳送器91採用無線傳輸的方式傳送至一監控中心92，由監控者監控各個使用者8、8a、8b的人體信號S2及運動狀況。
以上實施例僅為例示性說明本發明之結構設計，而非用於限制本發明。任何熟於此項技藝之人士均可在本發明之結構設計及精神下，對上述實施例進行修改及變化，唯這些改變仍屬本發明之精神及以下所界定之專利範圍中。因此本發明之權利保護範圍應如後述之申請專利範圍所列。
100‧‧‧運動模擬控制裝置
200‧‧‧運動設備
21‧‧‧微處理單元
22‧‧‧顯示器
23‧‧‧外部顯示器
25‧‧‧按鍵單元
26‧‧‧實境控制參數傳輸埠
27‧‧‧外部信號傳輸埠
28‧‧‧控制信號輸出埠
31‧‧‧實境控制參數單元
311‧‧‧路徑座標
312‧‧‧路徑參數
32‧‧‧實境影像單元
321‧‧‧攝影鏡頭
322‧‧‧實境影像
4‧‧‧路徑軌跡資料記憶體
5‧‧‧人體信號感測器
6‧‧‧運動設備感測器
7‧‧‧運動設備控制界面
71‧‧‧速度控制器
72‧‧‧坡度控制器
73‧‧‧阻力控制器
S1‧‧‧輸入資料
S2‧‧‧人體信號
S3‧‧‧運動設備信號
S4‧‧‧設備控制信號

Claims (10)

  1. 一種個人化運動模擬系統，包括一運動模擬控制裝置，連結於一運動設備，該運動模擬控制裝置包括有：一微處理單元；一顯示器，連接於該微處理單元；一實境控制參數傳輸埠，連接於該微處理單元；一實境控制參數單元，連接於實境控制參數傳輸埠，該實境控制參數單元中儲存有一選定路徑的至少一筆路徑座標及一路徑參數，每一筆路徑座標中儲存了一選定路徑的座標參數，該路徑參數包括該選定路徑之方向、高度、坡度、速度等參數；一實境影像單元，連接於該實境控制參數傳輸埠，該實境影像單元中儲存有至少一筆實境影像，且該實境影像係對應於該路徑座標；一路徑軌跡資料記憶體，連接於該微處理單元，用以儲存至少一筆路徑軌跡資料；一顯示器，連接於該微處理單元；一控制信號輸出埠，連接於該微處理單元，並經由一運動設備控制界面連接於該運動設備；其中該運動模擬控制裝置中之微處理單元由實境控制參數單元中擷取路徑座標、路徑參數，再由該控制信號輸出埠輸出設備控制信號至該運動設備，而調節控制該運動設備的速度、坡度、阻力之一；同時，該微處理單元由該實境影像單元中擷取對應於該路徑座標之實境影像，並將該實境影像顯示於該顯示器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，更包括有一外 部信號傳輸埠，連接於該微處理單元，該外部信號傳輸埠連接有一人體信號感測器、一運動設備感測器之一。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，其中該人體信號感測器係用以感測至少一人體信號，而該運動設備感測器用以感測該運動設備之至少一運動設備信號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之個人化運動模擬系統，其中該人體信號包括該使用者之心跳信號、血壓信號、血糖信號、溫度信號、卡洛里信號、功率信號之一。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，其中該運動設備信號包括有一自行車的速度、踏板速度、卡洛里、功率之一。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，其中該路徑參數係包括該路徑之方向參數、高度參數、坡度參數、座標參數、時間參數。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，其中該運動設備控制界面包括有一速度控制器、一坡度控制器和一阻力控制器。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，更包括有一攝影裝置，該攝影裝置連接於該路徑軌跡資料記憶體。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，更包括有一定位系統，該定位系統連接於該路徑軌跡資料記憶體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之個人化運動模擬系統，其中該路徑軌跡資料記憶體更連結有一地圖資訊。
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