一种辅助游泳的智能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种辅助游泳的智能系统，包括：手环模块，用于佩戴在游泳者的手腕处，用于采集游泳者的手部动作信息，并将采集到的手部动作信息通过无线传输方式发送至主控模块；超声波模块，设置在泳镜上，用于发射超声波，以及检测超声波的反射时间；主控模块，根据接收到的手部动作信息和反射时间获取游泳者的游泳参数，将获得的游泳参数和预设的标准参数进行比对，根据比对结果获取预设的语音信息；骨传导模块，用于播放获得的语音信息，以辅助游泳者训练。本发明专利技术通过手环实时采集手臂的运动信息，根据运动信息判断游泳动作是否标准，并通过骨传导模块及时反馈给游泳者，更有利于系统分析泳姿错误。本发明专利技术可广泛应用于游泳辅助智能产品。能产品。能产品。

【技术实现步骤摘要】
一种辅助游泳的智能系统


[0001]本专利技术涉及游泳辅助智能产品，尤其涉及一种辅助游泳的智能系统。

技术介绍

[0002]现有的泳姿提升方案主要有线下私教课，朋友教学，看视频、文章或者跟随APP训练计划等方式。其中，私教课价格昂贵，只有少部分泳者愿意花费高昂的价格提升旧泳姿水平；而朋友教学往往面临着朋友时间不固定或水平不确定的风险。看视频，文章学习或者跟随APP计划虽保证了训练计划的相对科学性，但并没有做到根据每位泳者身体情况的定制化教学，计划和泳者的匹配度不高，且有“下水就忘”的风险，费时费力，学习效率偏低。

技术实现思路

[0003]为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本专利技术的目的在于提供一种辅助游泳的智能系统。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种辅助游泳的智能系统，包括：
[0006]手环模块，用于佩戴在游泳者的手腕处，用于采集游泳者的手部动作信息，并将采集到的手部动作信息通过无线传输方式发送至主控模块；
[0007]超声波模块，设置在泳镜上，用于发射超声波，以及检测超声波的反射时间；
[0008]主控模块，根据接收到的手部动作信息和反射时间获取游泳者的游泳参数，将获得的游泳参数和预设的标准参数进行比对，根据比对结果获取预设的语音信息；
[0009]骨传导模块，用于播放获得的语音信息，以辅助游泳者训练。
[0010]进一步地，所述手环模块上设有三轴加速度计、定位装置、陀螺仪和光学心率传感器，所述手部动作信息包括三轴加速度计采集的加速度数据a0和陀螺仪采集角速度数据ω0。
[0011]进一步地，主控模块接收到加速度数据a0和陀螺仪采集角速度数据ω0后，对数据进行以下处理：
[0012]获取三轴加速度计和陀螺仪的零偏；
[0013]获取三轴加速度计和陀螺仪对应的标定因数；
[0014]根据加速度数据a0、角速度数据ω0，结合获得的零偏、标定因数，以及预设的误差模型和残差函数计算获得补偿后的加速度a＝[a
x
，a
y
，a
z
]和角速度ω＝[ω
x
，ω
y
，ω
z
]。
[0015]进一步地，所述根据接收到的手部动作信息获取游泳者的游泳参数，包括：
[0016]根据角速度ω计算旋转矩阵
[0017]根据旋转矩阵和加速度a计算速度v
k
；
[0018]根据速度v
k
和加速度a计算移动距离Δp；
[0019]根据反射时间t计算手臂相对泳镜的位移p
i
；
[0020]根据位移p
i
获取翻腕位移p
f
和前伸手位移p
q
。
[0021]进一步地，所述旋转矩阵通过以下方式计算获得：
[0022]旋转矩阵R
wb
的微分方程为：
[0023]R
wb
＝R
wb
[ω]x
[0024][0025]式中，ω
x
，ω
y
，ω
z
分别为角速度ω的xyz轴的角速度；
[0026]根据微分方程得到k时刻旋转矩阵的积分形式如下：
[0027][0028]因等效旋转矢量的微分方程当时间趋近无穷小时，近似为零，故可简化为积分后，可得等效旋转矢量
[0029]因实际运动中，t是离散的；故k
‑
1时刻至k时刻物体做匀加速运动，有：
[0030][0031]故旋转矩阵的积分形式可化简为：
[0032][0033]所述速度v
k
的表达式如下：
[0034][0035]其中，v
k
‑1表示(k
‑
1)时刻的速度，表示k时刻的旋转矩阵，表示(k
‑
1)时刻的旋转矩阵，g为重力加速度；t
k
为k时刻，t
k
‑1为(k
‑
1)时刻。
[0036]进一步地，所述根据反射时间t计算手臂相对泳镜的位移p
i
，包括：
[0037]超声波模块发射超声波，当超声波触碰到人体产生返回信号；其中超声波从发射到接收到返回信号这段时间为反射时间t；
[0038]计算反射时间t内手臂上每一点到超声波模块的距离p，获取反射时间t内最大的距离值p
max
作为手臂相对泳镜的位移p
i
。
[0039]进一步地，所述根据位移p
i
获取翻腕位移p
f
和前伸手位移p
q
，包括：
[0040]根据角速度ω计算z轴的欧拉角θ
z
，公式如下：
[0041][0042]式中，ω
z
为z轴角速度；
[0043]当Δθ
z
＞θ
th
时，记为一个翻腕点r
i
，θ
th
为预设角度；
[0044]取奇数次翻腕点r
i
(i＝2k+1，k∈N＊)时的位移p
i
作为翻腕位移p
f
；
[0045]获取一个划手周期T中，手环与超声波模块之间的最远距离p
max
作为伸手位移p
q
。
[0046]进一步地，所述将获得的游泳参数和预设的标准参数进行比对，包括：
[0047]根据一个预设周期的移动距离Δp，获取位移关键点序列；
[0048]根据获得的关键点序列与预设序列进行对比，以识别泳姿类型；
[0049]根据识别获得的泳姿类型调取标准参数；
[0050]将获得的游泳参数和标准参数进行比对，以分析游泳者泳姿的标准度。
[0051]进一步地，所述将获得的游泳参数和标准参数进行比对，包括：
[0052]若速度v
k
小于预设速度值，判定为速度过慢；
[0053]若前伸手位移p
q
小于第一预设距离值，判定为未伸直手臂；
[0054]若翻腕位移p
f
小于第二预设距离值，判定为翻腕过快；若翻腕位移p
f
大于第三预设距离值，判定为翻腕过慢。
[0055]进一步地，所述智能系统还包括AR模块，所述AR模块设置在泳镜上，用于显示游泳参数；
[0056]所述智能系统还包括脚环模块，用于佩戴在游泳者的脚腕处，用于采集游泳者的脚部动作信息，并将采集到的脚部动作信息通过无线传输方式发送至主控模块。
[0057]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过手环实时采集手臂的运动信息，根据运动信息判断游泳动作是否标准，并通过骨传导模块及时反馈给游泳者，更有利于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辅助游泳的智能系统，其特征在于，包括：手环模块，用于佩戴在游泳者的手腕处，用于采集游泳者的手部动作信息，并将采集到的手部动作信息通过无线传输方式发送至主控模块；超声波模块，设置在泳镜上，用于发射超声波，以及检测超声波的反射时间；主控模块，根据接收到的手部动作信息和反射时间获取游泳者的游泳参数，将获得的游泳参数和预设的标准参数进行比对，根据比对结果获取预设的语音信息；骨传导模块，用于播放获得的语音信息，以辅助游泳者训练。2.根据权利要求1所述的一种辅助游泳的智能系统，其特征在于，所述手环模块上设有三轴加速度计和陀螺仪，所述手部动作信息包括三轴加速度计采集的加速度数据a0和陀螺仪采集角速度数据ω0。3.根据权利要求2所述的一种辅助游泳的智能系统，其特征在于，主控模块接收到加速度数据a0和陀螺仪采集角速度数据ω0后，对数据进行以下处理：获取三轴加速度计和陀螺仪的零偏；获取三轴加速度计和陀螺仪对应的标定因数；根据加速度数据a0、角速度数据ω0，结合获得的零偏、标定因数，以及预设的误差模型和残差函数计算获得补偿后的加速度a＝[a
x
,a
y
,a
z
]和角速度ω＝[ω
x
,ω
y
,ω
z
]。4.根据权利要求3所述的一种辅助游泳的智能系统，其特征在于，所述根据接收到的手部动作信息获取游泳者的游泳参数，包括：根据角速度ω计算旋转矩阵根据旋转矩阵和加速度a计算速度v
k
；根据速度v
k
和加速度a计算移动距离Δp；根据反射时间t计算手臂相对泳镜的位移p
i
；根据位移p
i
获取翻腕位移p
f
和前伸手位移p
q
。5.根据权利要求4所述的一种辅助游泳的智能系统，其特征在于，所述旋转矩阵通过以下方式计算获得：旋转矩阵R
wb
的微分方程为：R
wb
＝R
wb
[ω]
×
式中，ω
x
，ω
y
，ω
z
分别为角速度ω的xyz轴的角速度；根据微分方程得到k时刻旋转矩阵的积分形式如下：因等效旋转矢量的微分方程当时间趋近无穷小时，近似为零，故可简化为积分后，可得等效旋转矢量因实际运动中，t是离散的；故k
‑
1时刻至k时刻物体做匀加速运动，有：
故旋转矩阵的积分形式可化简为：所述速度v
k
的表达式如下：其中，v
k
‑1表示k
‑
1时刻的速度，表示k时刻的旋转矩...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳波，曾沁月，蒋雯西，黄雨柔，牟辰轩，黄昂驰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：