一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，包括：可穿戴惯性测量单元和上位机；其中，可穿戴惯性测量单元将时间序列、加速度和角速度信息组成的初始数据传输给数据接收模块；数据接收模块将初始数据传输给数据解析模块；数据解析模块从初始数据中得到游泳数据，将游泳数据传输给数据处理模块；数据处理模块将游泳数据经数据处理算法得到游泳运动转动参量，将游泳运动转动参量传输给数据展示模块；数据展示模块接收并展示游泳运动转动参量。本发明专利技术解决了游泳监测设备影响运动员发挥的问题，实现了通过游泳数据解析出泳姿，并由惯性可穿戴设备得到游泳运动转动参量，全程不需要人工干预，可直接供教练员及训练员参考。训练员参考。训练员参考。

【技术实现步骤摘要】
一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统


[0001]本专利技术属于运动测量
，尤其涉及一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统。

技术介绍

[0002]游泳比赛竞争激烈，世界顶尖水平运动员的成绩也只有毫厘之差，微弱的优势就决定了比赛结果。因此，游泳运动员和教练员不断努力寻找提升发挥的方法和策略。这方面工作的一个基本问题是将游泳数据量化分析，来评估技术细节从而寻求技术发展。
[0003]现有的游泳运动监测方式为视频定位的形式，运动员身上涂抹特殊“涂料”，然后摄像机就行跟踪，优点是准确率十分高，但是测试前准备时间太长，而且每次都需要架设相机，视频定位时也易受水花等物体的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，实现了使用可穿戴惯性测量单元自动提取游泳运动转动参量的方法，解决了游泳监测设备影响运动员发挥的问题，实现了通过游泳数据解析出泳姿，并由惯性可穿戴设备得到游泳运动转动参量，全程不需要人工干预，可直接供教练员及训练员参考。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，包括：可穿戴惯性测量单元和上位机；其中，所述上位机包括数据接收模块、数据解析模块、数据处理模块和数据展示模块；所述可穿戴惯性测量单元，设置于运动员身上监测游泳运动，用于测量人体肩部、髋部或胸部位置的加速度和角速度信息，将时间序列、加速度和角速度信息组成的初始数据传输给所述数据接收模块；所述数据接收模块将初始数据传输给所述数据解析模块；所述数据解析模块从初始数据中得到游泳数据，将游泳数据传输给所述数据处理模块；所述数据处理模块将游泳数据经数据处理算法得到游泳运动转动参量，将所述游泳运动转动参量传输给所述数据展示模块；所述数据展示模块接收并展示所述游泳运动转动参量。
[0006]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，所述可穿戴惯性测量单元包括若干个IMU传感器，IMU传感器能够敏感到的时间序列、加速度及角速度信息。
[0007]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，所述IMU传感器内置数据存储模块、WIFI通信模块及可反复充电的聚合物理电池。
[0008]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，IMU传感器开机后，处于待连接WiFi状态，连接WiFi后上位机显示在线状态，IMU传感器收到上位机发出“离线存储开始指令”后，IMU传感器开始测量并实时回复“正在离线存储”；IMU传感器通过WIFI通信模块向上位机发出“离线存储结束指令”后，上位机显示在线状态，然后IMU传感器通过WIFI通信模块将离线存储的数据传输到上位机；如果未接收到“离线存储结束指令”但数据存储
模块此时已经存满，无法继续离线存储，则IMU传感器在发送完最后一帧数据后，按预设协议主动发送一次“离线存储结束回复帧”，IMU传感器已停止存储，上位机显示离线状态。
[0009]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，所述游泳数据包括运动状态和泳姿。
[0010]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，所述游泳运动转动参量包括转动角度、转动时间、转动速度、转动对称指数。
[0011]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，所述数据解析模块将收取到的初始数据进行分析，判断是否每帧数据的帧头校验和均无误、帧序号连续无丢帧，如果发现存在帧头校验和有误、帧序号不连续的问题会给出“数据不完整”提示；如果每帧数据的帧头校验和均无误、帧序号连续无丢帧进行姿态解算得到游泳数据。
[0012]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，在姿态解算中，根据加速度和磁场强度信息得到IMU传感器姿态角，进而得到载体坐标系到导航坐标系的初始姿态矩阵，之后由不断更新的四元数计算得到新姿态角。
[0013]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，以一圈50m游泳距离为判定泳姿最小单位，参考佩戴于髋部的IMU传感器数据，若天向加速度均值接近+1g(9.81m/s2)，则判为仰泳；若天向加速度均值接近
‑
1g(
‑
9.81m/s2)，且Y轴数据的幅值变化大于其他两轴则判为自由泳；当排除以上两种泳姿，若X轴中心频率远大于动作频率则判为蝶泳，否则为蛙泳；然后提取自由泳与仰泳的横滚角，蝶泳与蛙泳的俯仰角。
[0014]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，对游泳数据通过过滤算法识别出有效峰值点和谷值点，从而得到对称性的游泳数据，进而得出转动角度、转动时间、转动速度、转动对称指数。
[0015]上述基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统中，在过滤算法中，先去除每圈游泳运动数据中第一伪极值点，即两个峰值点间没有谷值点或两个谷值点间没有峰值点，然后去除转身阶段的第二伪极值点；其中，判定方式为若同一划动周期内峰值点与谷值点相差预设个划动周期以上，时刻点小的则判为伪极值点。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0017]本专利技术通过可穿戴惯性测量单元自动提取游泳运动转动参量，首先根据传感器的时间序列、角速度信息及加速度信息，通过模式识别方法得到运动状态和泳姿，再通过我们设计的过滤算法识别出有效峰值点和谷值点，从而得到对称性的游泳数据，进而输出游泳运动转动参数相关的数据，全程不需要人工干预，可直接供教练员及训练员参考。
附图说明
[0018]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0019]图1是本专利技术实施例提供的基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统的结构框图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的算法中处理异常波峰的示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例提供的算法中处理异常波谷的示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例提供的算法中处理异常游泳周期的示意图。
具体实施方式
[0023]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0024]图1是本专利技术实施例提供的基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统的结构框图。如图1所示，该基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统包括：可穿戴惯性测量单元和上位机。其中，
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，其特征在于包括：可穿戴惯性测量单元和上位机；其中，所述上位机包括数据接收模块、数据解析模块、数据处理模块和数据展示模块；所述可穿戴惯性测量单元，设置于运动员身上监测游泳运动，用于测量人体肩部、髋部或胸部位置的加速度和角速度信息，将时间序列、加速度和角速度信息组成的初始数据传输给所述数据接收模块；所述数据接收模块将初始数据传输给所述数据解析模块；所述数据解析模块从初始数据中得到游泳数据，将游泳数据传输给所述数据处理模块；所述数据处理模块将游泳数据经数据处理算法得到游泳运动转动参量，将所述游泳运动转动参量传输给所述数据展示模块；所述数据展示模块接收并展示所述游泳运动转动参量。2.根据权利要求1所述的基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，其特征在于：所述可穿戴惯性测量单元包括若干个IMU传感器，IMU传感器能够敏感到的时间序列、加速度及角速度信息。3.根据权利要求2所述的基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，其特征在于：所述IMU传感器内置数据存储模块、WIFI通信模块及可反复充电的聚合物理电池。4.根据权利要求3所述的基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，其特征在于：IMU传感器开机后，处于待连接WiFi状态，连接WiFi后上位机显示在线状态，IMU传感器收到上位机发出“离线存储开始指令”后，IMU传感器开始测量并实时回复“正在离线存储”；IMU传感器通过WIFI通信模块向上位机发出“离线存储结束指令”后，上位机显示在线状态，然后IMU传感器通过WIFI通信模块将离线存储的数据传输到上位机；如果未接收到“离线存储结束指令”但数据存储模块此时已经存满，无法继续离线存储，则IMU传感器在发送完最后一帧数据后，按预设协议主动发送一次“离线存储结束回复帧”，IMU传感器已停止存储，上位机显示离线状态。5.根据权利要求1所述的基于惯性传感器自动提取游泳运动转动参量的系统，其特征在于：所述游泳数据包括运动状态和泳...

【专利技术属性】
技术研发人员：付尧顺，孟祥涛，向政，葛宏升，赵合，褚天琪，马晓洁，
申请(专利权)人：北京航天时代光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：