用于确定用户运动速度和运动方向的系统及应用该系统的万向运动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及运动器材设备技术领域，特别涉及用于确定用户运动速度和运动方向的系统，包括随用户运动跟转动的球体，所述球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，每个帧作为信号区覆盖不同的颜色，并以球体的球心为原点，建立笛卡尔坐标系，以每个帧的中心坐标位置代表该帧的坐标；至少一个正对球体的摄像头，信号接收模块以及数据处理模块。本发明专利技术所提供的用于确定用户运动速度和运动方向的系统将运动机构球体划分为若干个帧作为信号区域，以捕捉摄像头所对帧的坐标变化根据算法计算出用户运动位移、运动方向和运动速度，可以满足用户多样化需求。

【技术实现步骤摘要】
用于确定用户运动速度和运动方向的系统及应用该系统的万向运动装置
本专利技术涉及运动器材设备
，特别涉及用于确定用户运动速度和运动方向的系统及应用该系统的万向运动装置。
技术介绍
全向跑步机是指一类水平运动方向可随操作者脚步变化的跑步机，它可以为室内用户提供无限的自由行走空间。现有技术中完成全向移动的方式主要有以下几种：专利CN106178399A公开了一种万向跑步机，该装置通过在跑步台上设置呈矩阵排列的滚动件，且每个滚动件均能独立绕水平的第一转动轴转动和绕竖直的第二转动轴转动，从而统一控制各滚动件的转动形式，该装置结构复杂，这样的结构在使用过程中容易出现各种故障，维修也很麻烦。专利CN206792896U所公开的装置则采用发散状的结构，从圆盘中心向四周呈发散状，这种结构需要用户自己改变站立点的位置，才能实现不同方向的移动，使用起来非常不便。专利CN104906750A公开了一种全方位跑步机，包括支撑系统、控制系统、驱动系统、转向系统和动态平衡传感系统，以及供操作者在其内跑动的载体，该装置通过转向系统实现全方位跑动，其控制系统通过动态平衡传感系统采集载体内操作者的重心偏移信息后传递给驱动系统和转向系统，从而使跑步机与操作者跑步方向和速度相适应。但是，使用该装置时，操作者在球内，进出非常不方便，对操作者的身高体重都有限制，而且该装置也不能很好记录跑步速度和距离，从而造成一定的使用局限。专利CN202422477U公开了一种全方位行走跟踪装置，包括腰部固定装置、工作台、滚动球、制动装置、万向滚珠、测速装置、可升降支撑架和万向滚珠固定环，通过万向滚珠实现全方位行走，测速装置为机械式或光电式等，分布于滚动球的赤道处。操作者在使用过程中，腰部有束缚装置，强烈影响使用时的舒适感，体验感受较差。此外，现有的跑步机一般置于室内，占地面积大，空间利用率不高，而且，现有装置也很难同时获得用户运动时的运动位移、速度和方向，因此，为了满足用户日益增长的需求，十分有必要开发出一种室内占地面积小且适用范围广、能测速的万向跑步机以及满足该多样化需求的系统。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于确定用户运动速度和运动方向的系统及应用该系统的万向运动装置，解决上述现有技术问题中一个或多个。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于确定用户运动速度和运动方向的系统，包括：随用户运动跟转动的球体，球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，每个帧作为信号区覆盖不同的颜色，并以球体的球心为原点，建立笛卡尔坐标系，以每个帧的中心坐标位置代表该帧的坐标；至少一个正对球体的摄像头，摄像头的数量为一个或两个时至少有一个摄像头位于球体的正下方；信号接收模块，用于接收摄像头检测到的单个帧的颜色信号，数据处理模块，将接收到的颜色信号转换成坐标信号，并计算出用户的运动速度、单位时间内的位移和/或运动方向；M、N为自然数。其中，数据处理模块根据以下步骤进行数据处理：第一个摄像头采集的前一帧坐标为(X1,Y1,Z1)和后一帧坐标为(X2,Y2,Z2)，前一帧和后一帧的位置变化形成一个矢量(X1-X2,Y1-Y2,Z1-Z2)，以此类推，第n个摄像机捕捉的前一帧和后一帧形成的矢量为(X2n-1-X2n,Y2n-1-Y2n,Z2n-1-Z2n)，将这些矢量进行比较，就可以得到一个最长矢量的方向，这个也就是这个跑步球运动的方向；n为自然数。再有，数据处理模块根据以下方法计算用户的运动位移：假设最长矢量为第m个矢量，那么这个矢量的长度l为：那么这个矢量多对应的圆弧长L就是用户某个时间段内运动位移：式中，m为自然数，且m≤n，R为跑步球的半径。还有，数据处理模块根据以下方法计算用户的运动速度：将最长矢量方向的圆弧长度L除以摄像机每两帧的时间间隔t就得出了用户的运动速度V：V＝L/t。由此，通过该系统，将运动机构球体划分为若干个帧作为信号区域，以捕捉摄像头所对帧的坐标变化根据算法计算出用户运动位移、运动方向和运动速度，可以满足用户多样化需求。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种万向运动装置，包括可往任意方向转动的运动机构、使运动机构与地面脱离的支撑机构以及用于确定用户运动速度和运动方向的系统；运动机构为球体，球体转动至上方的部位为始终与用户脚底接触的运动平台；支撑机构为位于运动机构下方的支撑底座或位于运动机构下方使得运动机构悬浮的悬浮系统，悬浮系统包括磁悬浮系统、光悬浮系统、声悬浮系统、气流悬浮系统、电悬浮系统、粒子束悬浮系统或者是能够让运动机构浮起来的液体；支撑底座设有放置球体的容腔，容腔与球体大小匹配，且球体可在容腔内转动；用于确定用户运动速度和运动方向的系统，包括：随用户运动跟转动的球体，球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，每个帧作为信号区覆盖不同的颜色，并以球体的球心为原点，建立笛卡尔坐标系，以每个帧的中心坐标位置代表该帧的坐标；至少一个正对球体的摄像头，摄像头的数量为一个或两个时至少有一个摄像头位于球体的正下方；信号接收模块，用于接收摄像头检测到的单个帧的颜色信号，数据处理模块，将接收到的颜色信号转换成坐标信号，并计算出用户的运动速度、单位时间内的位移和/或运动方向；M、N为自然数。其中，数据处理模块根据以下步骤进行数据处理：第一个摄像头采集的前一帧坐标为(X1,Y1,Z1)和后一帧坐标为(X2,Y2,Z2)，前一帧和后一帧的位置变化形成一个矢量(X1-X2,Y1-Y2,Z1-Z2)，以此类推，第n个摄像机捕捉的前一帧和后一帧形成的矢量为(X2n-1-X2n,Y2n-1-Y2n,Z2n-1-Z2n)，将这些矢量进行比较，就可以得到一个最长矢量的方向，这个最长矢量的反方向也就是用户的运动方向；n为自然数。数据处理模块根据以下方法计算用户的运动位移：假设最长矢量为第m个矢量，那么这个矢量的长度l为：那么这个矢量所对应的圆弧长L就是用户某个时间段内运动位移：式中，m为自然数，且m≤n，R为运动机构球体的半径。数据处理模块根据以下方法计算用户的运动速度：将最长矢量方向的圆弧长度L除以摄像机每两帧的时间间隔t就得出了用户的运动速度V：V＝L/t。由此，将该系统置于万向运动装置，当球体随用户运动而滚动时，信号接收模块将变化的信息传输给数据处理模块，根据上述算法，可以得到用户各项运动参数。在一些实施方式中，容腔内的上部设有至少三个凹槽，用于滚子轮凸出与运动机构接触，容腔内的底部设有至少三个放置槽，每一个放置槽内放置一个滚子球，滚子球支撑球体并随球体的转动而转动。由此，此设计使滚子球凸出部分与运动机构接触并随其转动而转动，既可对运动机构起支撑作用，又可保证运动机构顺畅运转，用以协助运动机构球体滚动。在一些实施方式中，还可以包括安全装置，设于运动平台的四周，安全装置包括扶手及用于固定扶手的立柱，且安全装置一侧设有便于用户出入的入口，且入口处设有挡板以及控制挡板开合的控制开关。由此，具有保障用户安全的效果，且方便装置用户进行管理。在一些实施方式中，使每帧覆盖不同颜色的方法为：取三原色中的两种颜色分别分配在经度和纬度上，将经度和纬度分别分成M和N份，将颜色按0-255等级根据经纬度份数分成颜色带，根据计算可以得出M份纬度颜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于确定用户运动速度和运动方向的系统，其特征在于，包括：随用户运动跟转动的球体，所述球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，每个帧作为信号区覆盖不同的颜色，并以球体的球心为原点，建立笛卡尔坐标系，以每个帧的中心坐标位置代表该帧的坐标；至少一个正对球体的摄像头，摄像头的数量为一个或两个时至少有一个摄像头位于球体的正下方；信号接收模块，用于接收摄像头检测到的单个帧的颜色信号，数据处理模块，将接收到的颜色信号转换成坐标信号，并计算出用户的运动速度、单位时间内的位移和/或运动方向；M、N为自然数。

【技术特征摘要】
1.用于确定用户运动速度和运动方向的系统，其特征在于，包括：随用户运动跟转动的球体，所述球体有N条纬线和M条经线，纬线和经线将球体表面划分为2M(N+1)个帧，每个帧作为信号区覆盖不同的颜色，并以球体的球心为原点，建立笛卡尔坐标系，以每个帧的中心坐标位置代表该帧的坐标；至少一个正对球体的摄像头，摄像头的数量为一个或两个时至少有一个摄像头位于球体的正下方；信号接收模块，用于接收摄像头检测到的单个帧的颜色信号，数据处理模块，将接收到的颜色信号转换成坐标信号，并计算出用户的运动速度、单位时间内的位移和/或运动方向；M、N为自然数。2.根据权利要求1所述的用于确定用户运动速度和运动方向的系统，其特征在于，所述数据处理模块根据以下步骤进行数据处理：第一个摄像头采集的前一帧坐标为(X1,Y1,Z1)和后一帧坐标为(X2,Y2,Z2)，前一帧和后一帧的位置变化形成一个矢量(X1-X2,Y1-Y2,Z1-Z2)，以此类推，第n个摄像机捕捉的前一帧和后一帧形成的矢量为(X2n-1-X2n,Y2n-1-Y2n,Z2n-1-Z2n)，将这些矢量进行比较，就可以得到一个最长矢量的方向，这个也就是这个跑步球运动的方向；n为自然数。3.根据权利要求2所述的用于确定用户运动速度和运动方向的系统，其特征在于，所述数据处理模块根据以下方法计算用户的运动位移：假设最长矢量为第m个矢量，那么这个矢量的长度l为：那么这个矢量多对应的圆弧长L就是用户某个时间段内运动位移：式中，m为自然数，且m≤n，R为跑步球的半径。4.根据权利要求3所述的用于确定用户运动速度和运动方向的系统，其特征在于，所述数据处理模块根据以下方法计算用户的运动速度：将最长矢量方向的圆弧长度L除以摄像机每两帧的时间间隔t就得出了用户的运动速度V：V＝L/t。5.万向运动装置，其特征在于，包括可往任意方向转动的运动机构、使运动机构与地面脱离的支撑机构以及用于确定用户运动速度和运动方向的系统，所述运动机构为球体，所述球体转动至上方的部位为始终与用户脚底接触的运动平台，所述支撑机构为位于所述运动机构下方的支撑底座或位于所述运动机构下方使得运动机构悬浮的悬浮系统，所述支撑底座设有放置球体的容腔，容腔与球体大小匹配，且球体可在容腔内转动，所述悬浮系统包括磁悬浮系统、光悬浮系...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴悦明，鄢鑫，何汉武，张俊坤，李健，杨贤，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44