木人桩运动系统及其运动优化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种木人桩运动系统及其运动优化方法。木人桩运动系统包括木人桩(1)、测量木人桩(1)所经受作用力的测量装置(2)、用于测量用户运动状态的惯性测量模块(3)、测量用户生理状态的生理测量模块(4)以及无线连接所述测量装置(2)、惯性测量模块(3)和生理测量模块(4)的服务器(5)，本发明专利技术能够实时测量用户在打击木人桩时所产生的作用力的方向、位置以及打击频率，测量用户打击木人桩的运动状态变化、以及由运动变化组成的各种运动姿势，以及测量用户的生理参数，自动形成特别适合用户个人的运动状态、运动姿势乃至套路，形成有针对性的指导以显著提高训练效果。

Motion system of wooden pile and its motion optimization method

The invention relates to a wooden pile motion system and a motion optimization method thereof. The motion system of the wooden pile includes a measuring device (2) for measuring the force exerted on the wooden pile (1), an inertial measuring module (3) for measuring the motion state of the user, a physiological measuring module (4) for measuring the physiological state of the user, and a suit wirelessly connected with the measuring device (2), an inertial measuring module (3) and a physiological measuring module (4). The device (5) can measure the direction, position and frequency of the action force produced by the user when hitting the wooden pile in real time, measure the change of the movement state of the user when hitting the wooden pile, as well as the various movement postures composed of the movement changes, and measure the physiological parameters of the user, so as to automatically form a special suitable individual for the user. People's movement state, posture and even routine form targeted guidance to significantly improve the training effect.

【技术实现步骤摘要】
木人桩运动系统及其运动优化方法
本专利技术属于体育训练器材领域，特别涉及一种木人桩运动系统及其运动优化方法。
技术介绍
木人桩是中国功夫咏春拳锻炼身手的一种常见器材，目前市面上出现的木人桩，其结构与功能均较为单一，只能满足用户的日常练习需求，无法实现对用户在打击木人桩时所产生的作用力的大小、方向、位置以及打击频率进行精准的测量，也无法实现对用户打击木人桩的运动状态变化、以及由运动变化组成的各种运动姿势的准确性进行测量，更无法实现对用户的生理参数，特别是对发力的肌肉进行测量，而发力的正确与否是锻炼身手的关键因素之一，由于用户的生理状态，如力量大小、身高或反应速度快慢均各有差异，同一个套路并不适合每个人使用，这样，对于用户而言，现有的木人桩很难快速掌握动作的练习要领，特别是适合用户本身的发力、由运动变化组成的运动姿势、乃至多个运动姿势组成的套路，现有的木人桩难以精确地针对用户基于自身生理条件的差异以进行有针对性的指导，提高训练效果。专利文献1公开的一种功夫桩，包括一桩身，在所述桩身的上端垂直于所述桩身设有第一桩手和第二桩手，在所述桩身的中部垂直于所述桩身还设有第三桩手，所述桩身的下端还设有垂直于所述桩身的桩脚，所述桩身的底端还设有桩身底盘，所述第一桩手、第二桩手、第三桩手以及所述桩脚均设置在所述桩身的同一侧，在所述桩身与所述第一桩手、第二桩手、第三桩手以及所述桩脚的连接处均设置有测力装置，所述桩身底盘上也设有测力装置，在所述桩身上端的一侧还设有显示装置，所述显示装置与所述测力装置均与计算机相连。该专利在功夫桩内设置测力装置，但该专利没有解决对用户在打击木人桩时所产生的作用力的方向、位置以及打击频率进行精准的测量，也无法实现对用户打击木人桩的运动状态变化、以及由运动变化组成的各种运动姿势的准确性进行测量，更无法实现对用户的生理参数进行测量，无法自动形成特别适合用户个人的运动状态、运动姿势乃至套路，无法进行有针对性的指导以提高训练效果。专利文献2公开的一种武术散打力量训练器，主要包括底座(1)、立柱(3)、训练基座(5)和训练桩(6)，所述底座(1)上开有若干螺栓孔(2)以实现和地面的锁紧固定；所述底座(1)的上端中心处固定有立柱(3)，所述立柱(3)的高矮可调，通过调节旋钮(4)固定在适当的位置；所述立柱(3)的上端与训练基座(5)固定连接，在训练基座(5)上分别开有训练桩竖向插入孔道(7)和若干训练桩周向插入孔道(8)；所述训练桩(6)的内部中空，内置有一个单片机构成的智能控制系统，所述智能控制系统配合有无线数据发送模块、存储器单元、语音驱动单元和扬声器；所述训练桩(6)的外壁由内置外依次分布压力传感层和皮垫层，所述压力传感层由若干压力传感器沿训练桩(6)周向分布而构成；若干压力传感器的采样信号输出端分别经信号电缆连接至所述单片机的对应采样信号输入端；所述训练桩(6)与训练基座(5)之间为插拔式连接。该专利当受训者所进行的武术散打力量不符合要求时及时发出语音提醒，并通过无线模块告知教练前来及时纠正，从而提高训练效果，但该专利没有解决对用户在打击木人桩时所产生的作用力的位置以及打击频率进行精准的测量，也无法实现对用户打击木人桩的运动状态变化、以及由运动变化组成的各种运动姿势的准确性进行测量，更无法实现对用户的生理参数进行测量，无法自动形成特别适合用户个人的运动状态、运动姿势乃至套路，无法进行有针对性的指导以提高训练效果。专利文献3公开了一种木人桩游戏机，包括桩身(1)和控制器，桩身(1)上安装至少两个桩手(2)，每个桩手(2)上均安装有传感器，桩身(1)上安装指示灯(5)，指示灯(5)的数量与桩手(2)的数量相等，控制器包括控制器壳体(7)，控制器壳体(7)内安装线路板(8)，线路板(8)上安装控制芯片(9)，控制器壳体(7)上安装防守指示灯(10)、攻击指示灯(11)和错误提示灯(12)，桩身(1)上安装压力传感器(6)，压力传感器(6)、防守指示灯(10)、攻击指示灯(11)、错误提示灯(12)、各指示灯(5)和各传感器分别通过导线与线路板(8)连接。该专利装有控制器、传感器和压力传感器，既可煅炼使用者的反应速度，又可测得、显示和记录使用者的练习成果，但该专利没有解决对用户在打击木人桩时对用户打击木人桩的运动状态变化、以及由运动变化组成的各种运动姿势的准确性进行测量，更无法实现对用户的生理参数进行测量，无法自动形成特别适合用户个人的运动状态、运动姿势乃至套路，无法进行有针对性的指导以提高训练效果。因此，有必要提供一种能够实时测量用户在打击木人桩时所产生的作用力的方向、位置以及打击频率，测量用户打击木人桩的运动状态变化、以及由运动变化组成的各种运动姿势，以及测量用户的生理参数，自动形成特别适合用户个人的运动状态、运动姿势乃至套路，形成有针对性的指导以显著提高训练效果的木人桩运动系统及其运动优化方法。现有技术文献专利文献专利文献1：中国专利公开CN201832387U号专利文献2：中国专利公开CN203329319U号专利文献3：中国专利公开CN201431769Y号
技术实现思路
本专利技术人等为了达成上述目的而进行了深入研究，具体而言，本专利技术提供一种木人桩运动系统，木人桩运动系统包括木人桩、测量木人桩所经受作用力的测量装置、用于测量用户运动状态的惯性测量模块、测量用户生理状态的生理测量模块以及无线连接所述测量装置、惯性测量模块和生理测量模块的服务器。所述木人桩包括：底座，所述底座为配重结构，桩身，其可升降地连接所述底座，所述桩身包括至少一个环绕桩身的打击层、第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔和第四安装孔，可拆卸连接第一安装孔的第一桩手、第二安装孔的第二桩手和第三安装孔的第三桩手包括逐渐变细的桩手本体和用于固定安装的固定件，可拆卸连接第四安装孔的桩脚包括水平的第一段和倾斜向下的第二段。测量装置包括分别测量所述第一桩手、第二桩手、第三桩手、桩脚和/或打击层的作用力大小及方向的第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器、第四力传感器和第五力传感器，当木人桩被打击时，第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器、第四力传感器和第五力传感器测量作用力的大小和方向且测量装置同时记录作用力位置和打击时间，所述惯性测量模块包括分别测量拳头、手臂、手肘、腰部、腿部、膝盖和脚背的三维位移矢量的惯性测量单元以及测量用户重心变化的重心传感器，所述惯性测量单元包括测量三维平移矢量的加速度传感器和测量三维转动矢量的陀螺仪，生理测量模块包括分别测量拳头、手臂、腰部、腿部、腹部和背部的肌肉振动的麦克风振动传感器、测量心率的心率传感器、测量血压的血压传感器、测量呼吸频率的频率传感器和测量血氧浓度的红外血氧浓度传感器，服务器包括数据采集装置和处理装置，其中，数据采集装置，其采集不同打击状态下测量装置测量作用力信号、所述惯性测量模块测量的用户运动信号和生理测量模块测量的用户生理信号，所述作用力信号包括基于每次打击时间下的作用力位置、作用力大小和作用力方向数据，所述运动信号包括拳头、手臂、手肘、腰部、腿部、膝盖和脚背的三维位移矢量和重心变化数据，所述生理信号包括拳头、手臂、腰部、腿部、腹部和背部肌肉振动数据、心率、血压、呼吸频率和血压浓度数据；处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木人桩运动系统，其包括木人桩(1)、测量木人桩(1)所经受作用力的测量装置(2)、用于测量用户运动状态的惯性测量模块(3)、测量用户生理状态的生理测量模块(4)以及无线连接所述测量装置(2)、惯性测量模块(3)和生理测量模块(4)的服务器(5)，其特征在于：所述木人桩(1)包括：底座(6)，所述底座(6)为配重结构，桩身(7)，其可升降地连接所述底座(6)，所述桩身(7)包括至少一个环绕桩身(7)的打击层(8)、第一安装孔(9)、第二安装孔(10)、第三安装孔(11)和第四安装孔(14)，可拆卸连接第一安装孔(9)的第一桩手(15)、第二安装孔(10)的第二桩手(16)和第三安装孔(11)的第三桩手(17)分别包括逐渐变细的桩手本体(18)和用于固定安装的固定件(19)，可拆卸连接第四安装孔(14)的桩脚(20)包括水平的第一段(21)和倾斜向下的第二段(22)，测量装置(2)包括分别测量所述第一桩手(15)、第二桩手(16)、第三桩手(17)、桩脚(20)和/或打击层(8)的作用力大小及方向的第一力传感器(23)、第二力传感器(24)、第三力传感器(25)、第四力传感器(26)和第五力传感器(27)，当木人桩(1)被打击时，第一力传感器(23)、第二力传感器(24)、第三力传感器(25)、第四力传感器(26)和第五力传感器(27)测量作用力的大小和方向且测量装置(2)同时记录作用力位置和打击时间，所述惯性测量模块(3)包括分别测量拳头、手臂、手肘、腰部、腿部、膝盖和脚背的三维位移矢量的惯性测量单元(28)以及测量用户重心变化的重心传感器(29)，所述惯性测量单元(28)包括测量三维平移矢量的加速度传感器(30)和测量三维转动矢量的陀螺仪(31)，生理测量模块(4)包括分别测量拳头、手臂、腰部、腿部、腹部和背部的肌肉振动的麦克风振动传感器(32)、测量心率的心率传感器(33)、测量血压的血压传感器(34)、测量呼吸频率的频率传感器(35)和测量血氧浓度的红外血氧浓度传感器(36)，服务器(5)包括数据采集装置(37)和处理装置(12)，其中，数据采集装置(37)，其采集不同打击状态下测量装置(2)测量作用力信号、所述惯性测量模块(3)测量的用户运动信号和生理测量模块(4)测量的用户生理信号，所述作用力信号包括基于每次打击时间下的作用力位置、作用力大小和作用力方向数据，所述运动信号包括拳头、手臂、手肘、腰部、腿部、膝盖和脚背的三维位移矢量和重心变化数据，所述生理信号包括拳头、手臂、腰部、腿部、腹部和背部肌肉振动数据、心率、血压、呼吸频率和血压浓度数据；处理装置(12)，用于大数据训练得出优化的运动姿势及相应的作用力信号和生理信号的处理装置(12)包括：数据预处理装置(38)，其对作用力信号、运动信号和生理信号进行FIR低通降噪和FFT蝶形频域变换得到特征参数；归一模块(39)，其对特征参数进行归一化获得归一化特征向量；分类器模型模块(40)，其基于特征向量对用户的运动状态进行分类，建立多种运动姿势的分类器模型；粒子群优化单元(41)，其利化粒子群算法不断优化分类器模型得到最优分类器模型；训练模块(42)，其训练模型和测试数据；显示界面(43)，将特征参数导入最优分类器模型显示所得到的运动姿势数据，所述运动姿势数据包括随着运动信号变化的优化的作用力信号和生理信号。...

【技术特征摘要】
1.一种木人桩运动系统，其包括木人桩(1)、测量木人桩(1)所经受作用力的测量装置(2)、用于测量用户运动状态的惯性测量模块(3)、测量用户生理状态的生理测量模块(4)以及无线连接所述测量装置(2)、惯性测量模块(3)和生理测量模块(4)的服务器(5)，其特征在于：所述木人桩(1)包括：底座(6)，所述底座(6)为配重结构，桩身(7)，其可升降地连接所述底座(6)，所述桩身(7)包括至少一个环绕桩身(7)的打击层(8)、第一安装孔(9)、第二安装孔(10)、第三安装孔(11)和第四安装孔(14)，可拆卸连接第一安装孔(9)的第一桩手(15)、第二安装孔(10)的第二桩手(16)和第三安装孔(11)的第三桩手(17)分别包括逐渐变细的桩手本体(18)和用于固定安装的固定件(19)，可拆卸连接第四安装孔(14)的桩脚(20)包括水平的第一段(21)和倾斜向下的第二段(22)，测量装置(2)包括分别测量所述第一桩手(15)、第二桩手(16)、第三桩手(17)、桩脚(20)和/或打击层(8)的作用力大小及方向的第一力传感器(23)、第二力传感器(24)、第三力传感器(25)、第四力传感器(26)和第五力传感器(27)，当木人桩(1)被打击时，第一力传感器(23)、第二力传感器(24)、第三力传感器(25)、第四力传感器(26)和第五力传感器(27)测量作用力的大小和方向且测量装置(2)同时记录作用力位置和打击时间，所述惯性测量模块(3)包括分别测量拳头、手臂、手肘、腰部、腿部、膝盖和脚背的三维位移矢量的惯性测量单元(28)以及测量用户重心变化的重心传感器(29)，所述惯性测量单元(28)包括测量三维平移矢量的加速度传感器(30)和测量三维转动矢量的陀螺仪(31)，生理测量模块(4)包括分别测量拳头、手臂、腰部、腿部、腹部和背部的肌肉振动的麦克风振动传感器(32)、测量心率的心率传感器(33)、测量血压的血压传感器(34)、测量呼吸频率的频率传感器(35)和测量血氧浓度的红外血氧浓度传感器(36)，服务器(5)包括数据采集装置(37)和处理装置(12)，其中，数据采集装置(37)，其采集不同打击状态下测量装置(2)测量作用力信号、所述惯性测量模块(3)测量的用户运动信号和生理测量模块(4)测量的用户生理信号，所述作用力信号包括基于每次打击时间下的作用力位置、作用力大小和作用力方向数据，所述运动信号包括拳头、手臂、手肘、腰部、腿部、膝盖和脚背的三维位移矢量和重心变化数据，所述生理信号包括拳头、手臂、腰部、腿部、腹部和背部肌肉振动数据、心率、血压、呼吸频率和血压浓度数据；处理装置(12)，用于大数据训练得出优化的运动姿势及相应的作用力信号和生理信号的处理装置(12)包括：数据预处理装置(38)，其对作用力信号、运动信号和生理信号进行FIR低通降噪和FFT蝶形频域变换得到特征参数；归一模块(39)，其对特征参数进行归一化获得归一化特征向量；分类器模型模块(40)，其基于特征向量对用户的运动状态进行分类，建立多种运动姿势的分类器模型；粒子群优化单元(41)，其利化粒子群算法不断优化分类器模型得到最优分类器模型；训练模块(42)，其训练模型和测试数据；显示界面(43)，将特征参数导入最优分类器模型显示所得到的运动姿势数据，所述运动姿势数据包括随着运动信号变化的优化的作用力信号和生理信号。2.根据权利要求1所述的木人桩运动系统，其特征在于：数据数据预处理装置(38)包括基于预定条件筛选作用力信号的筛选器，所述预定条件为作用力位置处于预定位置范围和/或所述作用力大小和方向处于预定作用力矢量范围，所述数据预处理装置(38)对符合预定条件的作用力信号，以及相应时间下的运动信号和生理信号进行FIR低通降噪和FFT蝶形频域变换得到特征参数。3.根据权利要求1所述的木人桩运动系统，其特征在于：所述生理测量模块(4)设有计算基于时间的生理状态曲线的计算单元。4.根据权利要求1所述的木人桩运动系统，其特征在于：分类器模型模块(40)包括PCA...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金亮，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京,11