一种体感式运动模拟系统技术方案

本发明专利技术提供一种体感式运动模拟系统，该模拟系统包括用户重心移动数据获取单元、规范运动模型生成单元、处理单元、安全保护单元和教学单元，本发明专利技术提供的模拟系统能够实时采集用户的重心移动数据，并根据用户的重心移动数据分析用户的动作是否规范，当与规范动作偏差大时，会发出提示或对正在进行的动作进行控制，以此对用户的运动行为进行纠正和改进等，进而加快用户掌握动作要领，保证运动的安全性，并且该系统适时保护、运动体感和运动负荷生成管理功能，能够帮助用户克服心理障碍，增加腰背和腿部力量，提升训练综合效果。

【技术实现步骤摘要】
一种体感式运动模拟系统
本专利技术属于模拟系统领域，特别涉及一种体感式运动模拟系统。
技术介绍
滑雪、山地自行车、越野摩托车、轮滑、滑水、冲浪以及模拟飞行等极限运动在世界各地深受大量的运动者喜爱，有关资料显示，2016年，全球仅滑雪运动人群就以达到1.3亿人，并且还在稳步增长。由于其伴随高风险，以及操作技术要求较高，人们选择各种模拟教学设备进行训练各种极限运动。滑雪等极限运动重心控制是非常关键的技术，特别是对于初学者，是一个技术难点，需要反复练习才能运用自如。应用于现有小型模拟设备的极限运动教学软件，内部储存多种滑雪场景等信息，软件运行控制大多只是通过集中采集用户脚底踏板部件的运动信息，通过计算，采用2D或3D虚拟成像技术生成动画，并对滑雪动作做出评价。但是，对于初级学员或做出高山速降大回转中大倾斜角的立刃转弯、快速换刃以及重心转换等技术动作的用户来说，现有技术公开的模拟系统不能够实时监测用户的重心变化情况，也不能够根据重心变化情况分析用户的动作是否正确，并且也没有对超出安全范围的动作给予提示或进行控制的功能。并且，现有模拟设备的运动模拟系统，不支持对用户上身运动体感的生成管理功能，极大限制了用户的运动体验水平。另一方面，现有设备运动模拟系统，不支持自动识别危险，并主动进行安全保护的功能，如果用户操作失误出现意外时，只有依靠自己抓握设备来保护自身的安全，否则会摔倒，甚至受伤，因此存在较大的安全隐患。
技术实现思路
为了解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种体感式运动模拟系统，该系统能够实时采集用户的重心移动数据，并根据用户的重心移动数据分析用户的动作是否规范，当与规范动作偏差大时，会发出提示或对正在进行的动作进行控制，以此对用户的运动进行纠正和改进等，进而加快用户掌握动作要领，保证运动的安全性。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术提供一种体感式运动模拟系统，该模拟系统包括：用户重心移动数据获取单元，用于获取用户的重心移动数据；规范运动模型生成单元，用于根据用户的身高、体重和虚拟运动空间信息生成用户规范运动模型，并获取规范运动模型的重心移动安全范围；处理单元，用于将用户的重心移动数据与重心移动安全范围进行比对分析，并根据比对分析结果向安全保护单元发送指令；安全保护单元，用于发出提示、控制运动启停及运动速度。进一步的改进，安全保护单元包括：提示模块，用于发出提示信号；速度控制模块，用于控制运动速度；安全保护模块，用于发出停止运动的指令。进一步的改进，所述处理单元包括：比对模块，用于将用户的重心移动数据θ与重心移动安全范围θ1、θ2、和θ3进行比对，θ1＜θ2＜θ3，当θ1＜θ＜θ2，处理单元不做处理；当θ＝θ1或θ＝θ2时，向提示模块发出提示指令；当θ＜θ1或θ≥θ3时，向安全保护模块发送指令，当θ2＜θ＜θ3时，向速度控制模块发送降低运动速度的指令，继续监测，当θ1＜θ＜θ2时，向速度控制模块发送提高运动速度的指令。进一步的改进，所述用户重心移动数据获取单元包括：第一角度传感器，用于实时获取用户的身体重心与地面所成的角度β，此时，重心移动数据θ＝β。进一步的改进，所述用户重心移动数据获取单元包括：第一压力传感器，用于实时获取双脚所在的脚踏板双侧压力P1和P2；压力差计算模块，用于计算脚踏板双侧压力差△Pa，△Pa＝P1-P2，此时，重心移动数据θ＝△Pa。进一步的改进，所述系统还包括教学单元，所述教学单元包括多个：第二角度传感器，分别用于采集用户运动过程中的脚部、腿部、腰部、臀部、头部及躯干与地面所成的角度；第二压力传感器，分别用于采集用户运动过程中的脚部、腿部、腰部、臀部、手部及躯干的运动压力；位置传感器，分别用于采集人体重心以及头部、手部、脚部和腰部的位置。进一步的改进，所述教学单元还包括：运动姿态变化动态信息获取模块，用于接收位置传感器采集的各位置数据，并形成运动姿态变化动态信息；教学模块，用于接收各第二角度传感器、第二压力传感器和运动姿态变化动态信息获取模块传输的数据，进行汇集、比较和分析后，形成报告，用于辅助教学。进一步的改进，所述教学单元还包括：计算模块，用于分别计算各部位第二角度传感器和第二压力传感器第N次采集的角度数据和压力数据与第一次采集的角度数据和压力数据的角度差△J和压力差△P，N≥2；第一判断模块，用于将角度差△J与规范运动模型对应的角度差阈值范围△J1-△J2-△J3进行比对，将压力差△P与规范运动模型对应的压力差阈值范围△P1-△P2-△P3进行比对，△J1＜△J2＜△J3，△P1＜△P2＜△P3，所有部位的△J1≤△J＜△J2，且△P1≤△P＜△P2时，不做处理，当某一部位的△J＜△J1且△P＜△P1，或△J＜△J1且P1≤△P＜△P2，或△J1≤△J＜△J2且△P＜△P1，或△J2≤△J＜△J3且△P＜△P1，向提示模块发出提示指令；当某一部位△J2≤△J＜△J3，且△P1≤△P＜△P2时，向速度控制模块发出降低运动速度的指令，当再次判断△J1≤△J＜△J2，且△P1≤△P＜△P2时，向速度控制模块发送调整运动速度到正常运动速度的指令；当某一部位的△P2≤△P＜△P3或△P≥△P3，向重心判断模块发送指令，当某一部位△J≥△J3时，向第三判断模块发送指令；重心判断模块，用于判断在特定时刻，人体躯干重心是否在规范运动模型的重心移动安全范围内，如果在，向第二判断模块发送判断指令，如果不在，向安全保护模块发送指令；第二判断模块，用于判断该部位对应△J与△J1、△J2和△J3的大小，当△P2≤△P＜△P3，判断出△J＜△J1时，向提示模块发出指令，判断出△J1≤△J＜△J3，向速度控制模块发送降低运动速度的指令，判断出△J≥△J3，向安全保护模块发送指令；当△P≥△P3，判断出△J＜△J1或△J1≤△J＜△J2时，向速度控制模块发出降低运动速度指令，判断出△J2≤△J＜△J3或△J≥△J3，向安全保护模块发送指令；第三判断模块，用于判断该部位是否为脚部角度变化，如果是，且当△P＜△P2时，向速度控制模块发送降低运动速度的指令，如果不是，且当△P＜△P2时，向安全保护模块发出指令。进一步的改进，所述系统还包括：虚拟空间管理单元：用于接收各第二角度传感器、第二压力传感器和位移传感器采集的数据，并根据接收的数据形成用户运动姿态、运动速度以及运动节奏相关数据，并根据运动姿态、运动速度和运动节奏相关数据生成用户运动情况同时与虚拟运动场地同步播放，并根据虚拟运动场景向运动体感生成单元提供参数；运动体感生成单元，用于接收虚拟空间管理单元发送的参数，并根据该参数生成用户模拟运动体感的控制参数并向运动体感模拟设备发送运动指令。进一步的改进，所述系统还包括：运动负荷生成单元，用于根据用户的身高、体重、虚拟运动空间信息及运动姿态变化动态信息生成虚拟运动教练运动模型，根据虚拟运动教练运动模型获取规范模型各部位规范运动负荷参数；运动负荷采集单元，用于采集用户各部分的运动负荷参数；模拟运动单元，当用户以预设半径转弯时，判断用户各部分的运动负荷参数是否与对应部位的规范运动负荷参数相符，如果不相符，根据规范运动负荷参数的变化输出运动模拟参数，所述预设半径为做出特定动作时的半径。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种体感式运动模拟系统，其特征在于，所述系统包括：用户重心移动数据获取单元(1)，用于获取用户的重心移动数据；规范运动模型生成单元(2)，用于根据用户的身高、体重和虚拟运动空间信息生成用户规范运动模型，并获取规范运动模型的重心移动安全范围；处理单元(3)，用于将用户的重心移动数据与重心移动安全范围进行比对分析，并根据比对分析结果向安全保护单元(4)发送指令；安全保护单元(4)，用于发出提示、控制运动启停及运动速度。

【技术特征摘要】
1.一种体感式运动模拟系统，其特征在于，所述系统包括：用户重心移动数据获取单元(1)，用于获取用户的重心移动数据；规范运动模型生成单元(2)，用于根据用户的身高、体重和虚拟运动空间信息生成用户规范运动模型，并获取规范运动模型的重心移动安全范围；处理单元(3)，用于将用户的重心移动数据与重心移动安全范围进行比对分析，并根据比对分析结果向安全保护单元(4)发送指令；安全保护单元(4)，用于发出提示、控制运动启停及运动速度。2.如权利要求1所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述安全保护单元(4)包括：提示模块(41)，用于发出提示信号；速度控制模块(42)，用于控制运动速度；安全保护模块(43)，用于发出停止运动的指令。3.如权利要求2所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述处理单元(3)包括：比对模块(31)，用于将用户的重心移动数据θ与重心移动安全范围θ1、θ2、和θ3进行比对，θ1＜θ2＜θ3，当θ1＜θ＜θ2，处理单元(3)不做处理；当θ＝θ1或θ＝θ2时，向提示模块(41)发出提示指令；当θ＜θ1或θ≥θ3时，向安全保护模块(43)发送指令，当θ2＜θ＜θ3时，向速度控制模块(42)发送降低运动速度的指令，继续监测，当θ1＜θ＜θ2时，向速度控制模块(42)发送提高运动速度的指令。4.如权利要求1所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述用户重心移动数据获取单元(1)包括：第一角度传感器(11)，用于实时获取用户的身体重心与地面所成的角度β，此时，重心移动数据θ＝β。5.如权利要求1所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述用户重心移动数据获取单元(1)包括：第一压力传感器(12)，用于实时获取双脚所在的脚踏板双侧压力P1和P2；压力差计算模块(13)，用于计算脚踏板双侧压力差△Pa，△Pa＝P1-P2，此时，重心移动数据θ＝△Pa。6.如权利要求1所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述系统还包括教学单元，所述教学单元包括多个：第二角度传感器(51)，分别用于采集用户运动过程中的脚部、腿部、腰部、臀部、头部及躯干与地面所成的角度；第二压力传感器(52)，分别用于采集用户运动过程中的脚部、腿部、腰部、臀部、手部及躯干的运动压力；位置传感器(53)，分别用于采集人体重心以及头部、手部、脚部和腰部的位置。7.如权利要求6所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述教学单元还包括：运动姿态变化动态信息获取模块(54)，用于接收位置传感器(53)采集的各位置数据，并形成运动姿态变化动态信息；教学模块(55)，用于接收各第二角度传感器(51)、第二压力传感器(52)和运动姿态变化动态信息获取模块(54)传输的数据、进行汇集、比较和分析后，形成报告，用于辅助教学。8.如权利要求7所述的体感式运动模拟系统，其特征在于，所述教学单元还包括：计算模块(56)，用于分别计算各部位第二角度传感器和第二压力传感器第N次采集的角度数据和压力数据与第一次采集的角度数据和压力数据的角度差△J和压力差△P，N≥2；第一判断模块(57)，用于将角度差△J与规范运动模型对应的角度差阈值范围△J1-△...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎东，阎世琪，
申请(专利权)人：阎东，
类型：发明
国别省市：北京,11