一种基于语音交互的自动跳绳控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于语音交互的自动跳绳控制系统及控制方法，包括带底座的支架，在支架上自下而上依次设有摄像头模块、自动绕绳装置、控制器模块和语音模块；自动绕绳装置依次连接在伺服电机轴上的第一摩擦动力部件、绕线轮、绕绳轮和第二摩擦动力部件；绕线轮和绕绳轮上依次饶有跳绳，且绕线轮上装有磁场方向与伺服电机轴同向的电磁模块，摩擦动力部件上设有沿伺服电机轴向的可变磁场模块；通过语音输入启动跳绳，通过摄像头模块采集跳绳图像，通过控制器模块控制两个伺服电机同步转动，并控制信号改变绕线轮和摩擦动力部件上磁极来驱动摩擦动力部件与绕线轮接触与分离，进而控制自动绕绳装置收放跳绳。该系统能够完成自动绕绳、调节绳长和确保跳绳安全。

An automatic skipping control system based on voice interaction and its control method

The invention discloses an automatic rope skipping control system and control method based on voice interaction, including a bracket with a base. A camera module, an automatic rope winding device, a controller module and a voice module are arranged from the bottom to the bottom, and the automatic rope winding device is connected to the first friction power part on the servo motor shaft in turn. Part, winding wheel, rope winding wheel and second friction power components; the winding wheel and the rope round wheel are in turn with a jump rope, and the winding wheel is equipped with an electromagnetic module with the direction of the magnetic field and the servo motor axis. The friction power component has a variable magnetic field module along the axis of the servo motor; the jump rope is started by the voice input and the camera is carried through the camera. The module collects the rope skipping image, controls the two servo motors to rotate synchronously through the controller module, and controls the signal to change the magnetic pole on the winding wheel and the friction power component to drive the contact and separation of the friction power components from the winding wheel, and then control the automatic rope winding device for the rope skipping. The system can complete automatic rope winding, adjust rope length and ensure rope skipping safety.

【技术实现步骤摘要】
一种基于语音交互的自动跳绳控制系统及控制方法
本专利技术涉及运动健身领域，具体涉及一种基于语音交互的自动跳绳控制系统及控制方法。
技术介绍
随着我国整体经济水平的提高和居民消费需求的升级，国民越来越关注运动和健康，参加体育运动的热情持续升温，人数不断增加。据统计，2014年我国经常参加体育锻炼的人口约为4亿，体育产业规模为1.35万亿。到2020年上述两个指标有望达到4.35亿和3万亿。目前，国民在休闲运动方面面临两大难题。其一是缺少闲暇时间。我国居民日均休闲时间为2.55小时，不足发达国家一半。缺少休闲时间的意味着选择运动种类的余地偏少。其二是缺乏趣味性。体育运动需要长时间坚持，趣味性的缺失将致使众多参与者半途而废。有效解决休闲健身过程中的问题对于国民身体素质的提高具有重要意义。针对上述问题，跳绳运动是一个不错的选择。跳绳能促进血液循环，保护心脏，提高肺活量。长期坚持跳绳能训练人的弹跳、速度、平衡、耐力和爆发力，还能培养准确性、灵活性、协调性。从运动量来说，持续跳绳10分钟，与慢跑30分钟或跳健身舞20分钟相差无几，可谓一种耗时少、耗能大的力量训练，可以很好解决居民空闲时间缺乏的难题。多人跳绳、花式跳绳等形式，既能互相鼓励，又增加了趣味性，可以无形中督促参与者坚持下去。目前市场上大多数跳绳器材都有一定的局限性：第一，大多数器材针对个人开发，对于多人跳绳装置的涉及较少。第二，带有自动绕绳功能的跳绳器材很少，目前大多数还是以人工绕绳为主。绕绳工作枯燥、乏味而且很消耗体力。这一问题对于老人和小孩来说尤为突出。第三，对于跳绳装置中涉及的安全问题和注意事项考虑不足。针对上述问题，本专利技术提出了一种新的跳绳健身装置。通过特定结构和电气装置完成自动绕绳功能，而且可以自动调节绳长。采用图像和特殊的结构设计来确保跳绳过程中的安全问题。结合语音交互技术，实现跳绳装置的调节和运动过程中的安全提示。
技术实现思路
本专利技术提供了一种自动跳绳装置，能够根据需求自动调节绳长以适应不同人数的跳绳需求。基于图像和特定结构设计保证自动跳绳装置可以可靠停止，确保跳绳过程中的安全性。结合语音交互技术，方便调节绳速、切换跳绳模式等操作。另外通过语音播报，方便指导用户规范跳绳，起到更好的健身效果。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，包括带底座的支架，在支架上自下而上依次设有摄像头模块、自动绕绳装置、控制器模块和语音模块；所述自动绕绳装置包括伺服电机，和依次连接在伺服电机电机轴上的第一摩擦动力部件、绕线轮、绕绳轮和第二摩擦动力部件；绕线轮和绕绳轮上依次绕有跳绳，且绕线轮上装有磁场方向与伺服电机电机轴同向的电磁模块，摩擦动力部件上设有沿伺服电机电机轴轴向的可变磁场模块；通过语音输入启动跳绳，通过摄像头模块采集跳绳图像，通过控制器模块控制两个伺服电机同步转动，并控制信号改变绕线轮和摩擦动力部件上磁极来驱动摩擦动力部件与绕线轮接触与分离，进而控制自动绕绳装置收放跳绳。对于上述技术方案，本专利技术还有进一步的优化的实施方案：进一步，所述绕线轮和绕绳轮上分别设有第一刹车部件和第二刹车部件。进一步，所述底座将支架固定在地面上，在底座下部安装有万向轮和相应的锁死机构。进一步，所述第一摩擦动力部件、第二摩擦动力部件与电机轴之间通过键连接，且两摩擦动力部件可以沿着电机轴做轴向小范围运动。进一步，当驱动第一摩擦动力部件的可变磁场模块与绕线轮的电磁模块接触面磁极不同时，两者吸在一起，第一摩擦动力部件带动绕线轮转动；当两个接触面的磁极相同时，两者分离，第二刹车部件与绕线轮接触，绕线轮停止转动。进一步，当跳绳意外发生时，跳绳作用在绕线轮上的力沿摩擦动力部件与绕线轮接触面的分力大于接触面的摩擦力，两个部件发生相对滑动；绕绳轮正常转动，绕线轮转速降低，两者之间速度差导致增加绳长。进一步，所述控制器模块包括微控制器和电源模块，微控制器和电源模块分别连接语音模块、通过驱动模块连接的电磁模块和伺服电机、存储模块、时钟复位模块、联网服务模块和图像处理模块；图像处理模块上设有摄像头模块。相应地，本专利技术进而给出了基于语音交互的自动跳绳控制系统的控制方法，包括以下步骤：1)接通自动跳绳装置电源，启动各个模块；语音模块指导用户做热身运动；2)通过语音模块输入跳绳的人数并得到对应的绳长数据，控制器模块从ROM中读取初始绳长数据，并根据此数据控制电机转动得到期望绳长，然后将此刻的绳长数据写入ROM中保存；3)锁死支架底部的万向轮，通过语音模块启动跳绳和设置跳绳速度，自动绕绳装置开始绕绳，并加速到设定速度，通过语音提示用户开始跳绳；4)自动绕绳装置根据用户通过语音模块输入调节绳长、绳速，实现在跳绳过程中动态调整绳长，并将修改后的绳长写回ROM中，然后再一次提醒用户开始跳绳；5)摄像头模块间隔采样，判断是否有失误，若有失误，绕线轮与第一摩擦动力部件发生相对滑动而增加绳长；若有重大失误，立即停止绕绳；同时摄像头模块图像也会检测出异常，控制器模块控制伺服电机快速增加绳长，然后停止绕绳；6)之后重新开始跳绳前需要语音调整绳长信息，此绳长信息不进行ROM的读写；7)跳绳运动结束后，将两个跳绳支架放到一起，然后通过语音模块发送指令控制自动绕绳装置收拢跳绳；控制器模块将从ROM中读取绳长信息，然后设置绕线轮转动指定圈数完成收拢跳绳的操作。进一步，所述步骤7)中，ROM中读取的绳长信息中，若计算值大于实际值，绕线轮和摩擦动力部件发生相对滑动而避免自动跳绳控制系统毁坏；若计算值小于实际值，则绳子没有收拢完毕，通过语音控制来实现增量收拢过程，每次收拢一小段，直到收拢完成。本专利技术基于语音交互的自动跳绳控制系统，主要为了给人们提供一种方便且实用的健身辅助器材。系统首先通过特殊结构设计和电气化操作，解决跳绳运动中的绕绳问题。然后通过图像和结构设计，双重保险保证跳绳过程的安全性。最后引入语音控制模块，方便用户在跳绳过程中更加方便调节调节装置。本专利技术的有益效果：1.通过自动绕绳装置，不仅保证绳速的一致性，而且不用义务绕绳，可以全身心投入跳绳运动中。2.由于同步运动在跳绳运动中占大部分时间，若使用两个电机还需要保证在跳绳过程中两个电机同步运动。本专利技术装置利用电磁原理，通过一个伺服电机，实现绕绳和调节绳长。这样既节省成本，又很方便地保证绕线轮和绕绳轮同步运动，3.利用图像技术和特定的结构设计，确保用户跳绳过程中安全性。4.通过语音输入，方便用户在跳绳过程中各种调节操作。5.语音输出，方便指导用户规范跳绳，同时也方便用户获取信息和进行娱乐，增加跳绳的趣味性。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为本专利技术中一种基于语音交互的自动跳绳控制系统整体结构示意图；图2为本专利技术中一种基于语音交互的自动跳绳控制系统中自动绕绳装置结构原理图；图3为本专利技术中一种基于语音交互的自动跳绳控制系统的电路原理框图；图4为本专利技术中一种基于语音交互的自动跳绳控制系统的工作流程图。图中：Ⅰ为底座，Ⅱ为支架，Ⅲ为摄像头模块，Ⅳ为自动绕绳装置，Ⅴ为控制器模块，Ⅵ为语音模块。1.伺服电机，21.第一摩擦动力部件，22第二摩擦动力部件，3.绕线轮，4.绕绳轮，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，包括带底座(Ⅰ)的支架(Ⅱ)，在支架(Ⅱ)上自下而上依次设有摄像头模块(Ⅲ)、自动绕绳装置(Ⅳ)、控制器模块(Ⅴ)和语音模块(Ⅵ)；所述自动绕绳装置(Ⅳ)包括伺服电机(1)，和依次连接在伺服电机电机轴(6)上的第一摩擦动力部件(21)、绕线轮(3)、绕绳轮(4)和第二摩擦动力部件(22)；绕线轮(3)和绕绳轮(4)上依次饶有跳绳(5)，且绕线轮(3)上装有磁场方向与伺服电机电机轴(6)同向的电磁模块，摩擦动力部件上设有沿伺服电机电机轴(6)轴向的可变磁场模块；通过语音输入启动跳绳(5)，通过摄像头模块(Ⅲ)采集跳绳图像，通过控制器模块(Ⅴ)控制两个伺服电机(1)同步转动，并控制信号改变绕线轮(3)和摩擦动力部件上磁极来驱动摩擦动力部件与绕线轮(3)接触与分离，进而控制自动绕绳装置(Ⅳ)收放跳绳。

【技术特征摘要】
1.一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，包括带底座(Ⅰ)的支架(Ⅱ)，在支架(Ⅱ)上自下而上依次设有摄像头模块(Ⅲ)、自动绕绳装置(Ⅳ)、控制器模块(Ⅴ)和语音模块(Ⅵ)；所述自动绕绳装置(Ⅳ)包括伺服电机(1)，和依次连接在伺服电机电机轴(6)上的第一摩擦动力部件(21)、绕线轮(3)、绕绳轮(4)和第二摩擦动力部件(22)；绕线轮(3)和绕绳轮(4)上依次饶有跳绳(5)，且绕线轮(3)上装有磁场方向与伺服电机电机轴(6)同向的电磁模块，摩擦动力部件上设有沿伺服电机电机轴(6)轴向的可变磁场模块；通过语音输入启动跳绳(5)，通过摄像头模块(Ⅲ)采集跳绳图像，通过控制器模块(Ⅴ)控制两个伺服电机(1)同步转动，并控制信号改变绕线轮(3)和摩擦动力部件上磁极来驱动摩擦动力部件与绕线轮(3)接触与分离，进而控制自动绕绳装置(Ⅳ)收放跳绳。2.根据权利要求1所述的一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，所述绕线轮(3)和绕绳轮(4)上分别设有第一刹车部件(71)和第二刹车部件(72)。3.根据权利要求1所述的一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，所述底座(Ⅰ)将支架(Ⅱ)固定在地面上，在底座(Ⅰ)下部安装有万向轮和响应锁死机构。4.根据权利要求1所述的一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，所述第一摩擦动力部件(21)、第二摩擦动力部件(22)与电机轴(6)之间通过键连接，且两摩擦动力部件可以沿着电机轴做轴向小范围运动。5.根据权利要求1所述的一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，当驱动第一摩擦动力部件(21)的可变磁场模块与绕线轮(3)的电磁模块接触面磁极不同时，两者吸在一起，第一摩擦动力部件(21)带动绕线轮(3)转动；当两个接触面的磁极相同时，两者分离，第二刹车部件(72)与绕线轮(3)接触，绕线轮(3)停止转动。6.根据权利要求1所述的一种基于语音交互的自动跳绳控制系统，其特征在于，当跳绳意外发生时，跳绳(5)作用在绕线轮(3)上的力沿摩擦动力部件与绕线轮(3)接触面的分力大于接触面的摩擦力，两个部件发生相对滑动；绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓斌，杜敬利，赵泽，保宏，丰博，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61