專利名稱：虛擬鍛煉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍛煉裝置，更具體地涉及虛擬鍛煉裝置。
背景技術(shù)：
常用的呼啦圈是一種流行的裝置，其用于所有年齡人群的娛樂和鍛煉。在其常用形式中，人們使用很大的圈以完成重復(fù)的，有時(shí)是無聊的運(yùn)動(dòng)。常用的呼啦圈為由塑料、橡膠或一些其它材料制成的簡單的圈，其可以包括可選的特征，比如燈、轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)數(shù)器等。使用呼啦圈需要在其中移動(dòng)呼啦圈的大的直接區(qū)域。缺點(diǎn)是，當(dāng)作為鍛煉裝置使用時(shí)，呼啦圈不為用戶提供數(shù)據(jù)或反饋，比如鍛煉的持續(xù)性和有效性。而且，沒有已知的呼啦圈容許用戶記錄當(dāng)前和歷史的使用數(shù)據(jù)，比如時(shí)間和強(qiáng)度，以及不考慮地點(diǎn)將一個(gè)用戶與其它用戶比較的能力。這種數(shù)據(jù)和反饋對于鍛煉制度的成功是關(guān)鍵的并鼓勵(lì)進(jìn)一步的使用。另外，有效 使用呼啦圈所需的空間一般至少是所使用的呼啦圈直徑的兩倍。這明顯增大了撞擊周圍物體、墻壁或人的機(jī)會(huì)，其可能引起傷害。比如在鍛煉小組、比賽或者舞臺表演中希望同時(shí)使用呼啦圈的一群人所需的空間，經(jīng)常將場地限制為更大的區(qū)域，比如體育館、戶外或各種大的租借空間。在較小或局限的空間中，比如俱樂部或教室內(nèi)使用呼啦圈是不實(shí)際的或者在一些情況下是不可能的?，F(xiàn)在呼啦圈被認(rèn)為在教室內(nèi)對于兒童是重要和實(shí)際的鍛煉形式。然而，搬動(dòng)和運(yùn)輸呼啦圈所需的空間使其不方便并且在一些情況下是不可能的。呼啦圈笨重的尺寸和規(guī)格使得運(yùn)輸困難；當(dāng)為需要不同強(qiáng)度鍛煉的用戶或者為表演和演示而運(yùn)輸各種尺寸或不同類型的呼啦圈時(shí)，這點(diǎn)是最明顯的。盡管存在可折疊成一半的呼啦圈，但未涉及限制空間的問題。在鍛煉或娛樂期間，呼啦圈的用戶可能經(jīng)常希望使用音樂來伴隨其使用。然而，這樣可能需要運(yùn)輸和使用額外的設(shè)備，其可能增大了呼啦圈的重量和平衡。存在一些具有嵌入式音樂播放裝置的呼啦圈，但限制了音樂或聲音的種類。音樂和其它聲音可使呼啦圈裝置更加令人興奮、有趣和鼓勵(lì)使用。對于比賽、舞臺表演等，尤其是如果可控制音量的話，其會(huì)具有特別的用途。因此，需要能夠模仿常用呼啦圈的運(yùn)動(dòng)并且克服上面所述的缺點(diǎn)的鍛煉裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種檢測用戶身體部分的重復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置，所述裝置包括傳感器，用于當(dāng)用戶重復(fù)移動(dòng)身體部分時(shí)沿至少兩個(gè)軸線檢測G力；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)對應(yīng)于理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)的參考數(shù)據(jù)；處理器/計(jì)算單元，其與所述傳感器和所述存儲(chǔ)器通信，用于接收與沿至少兩個(gè)軸線檢測到的G力有關(guān)的數(shù)據(jù)，所述處理/計(jì)算單元比較理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)和與由傳感器沿所述至少兩個(gè)軸線檢測到的G力有關(guān)的數(shù)據(jù)；和至少一個(gè)反饋組件，其被連接到所述處理器/計(jì)算單元，用于為用戶提供表示目標(biāo)已實(shí)現(xiàn)的信號。 在一個(gè)實(shí)施例中，沿X-和Z-軸線檢測G力。在另一個(gè)實(shí)施例中，沿x-、y_和Z-軸線檢測G力。在另一個(gè)實(shí)施例中,所述X-軸線上的G力使用X=Asin (Bt+C)+D計(jì)算，其中，周期=2pi/B,相位=C/B,且所述Z-軸線上的G力使用Z=Asin (Bt+C) +D計(jì)算，其中，周期=2pi/B ;相=C/B，其中D表示從用于代表具體用戶的曲線的中軸線處的偏移，A表示振幅，B表示角頻率,且C表示相位。在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳感器為加速計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述傳感器為陀螺儀。 在另一個(gè)實(shí)施例中，所述傳感器、所述存儲(chǔ)器、所述處理器/計(jì)算單元和所述反饋組件被設(shè)置為整主體。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置適合穿著在用戶的皮帶或腰上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述至少一個(gè)反饋組件包括揚(yáng)聲器和放大器、LED燈、IXD屏或無線收發(fā)器。在一個(gè)實(shí)施例中，在所述裝置中，從轉(zhuǎn)動(dòng)其臀部好像正在移動(dòng)虛擬呼啦圈的用戶處取得在X-和Z-軸線上檢測到的X-和Z-值。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置為手機(jī)、PDA、智能電話或音樂播放設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種檢測用戶身體部分的重復(fù)運(yùn)動(dòng)的方法，所述方法包括當(dāng)用戶重復(fù)移動(dòng)所述身體部分時(shí)，實(shí)時(shí)地沿至少兩個(gè)軸線電子地檢測G力；將與沿至少兩個(gè)軸線實(shí)時(shí)檢測到的G力有關(guān)的第一數(shù)據(jù)與第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)比較，所述第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)為在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的沿所述至少兩個(gè)軸線檢測到的G力，所述第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)從所述第一數(shù)據(jù)中獨(dú)立取得；和當(dāng)用戶獲得了第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)時(shí)，為所述用戶實(shí)時(shí)提供反饋。在一個(gè)實(shí)施例中,所述至少兩個(gè)軸線為X-和Z-軸線。與X-軸線有關(guān)的值表示用戶臀部的前后運(yùn)動(dòng)，且與Z-軸線有關(guān)的值表示用戶臀部的橫向運(yùn)動(dòng)。所述方法包括獲得最大和最小X和I值并將所述值存儲(chǔ)為等于單獨(dú)i值的單獨(dú)組。所述方法包括獲得3組最大和最小值；并使用下面的式子計(jì)算這些值的平均值(Max_Xi+Min_Xi)/2所述方法包括使用下面的式子計(jì)算所述平均值的平均值以獲得DX和DZ (AverageXl+AverageX2+…+AverageXi ) /i=DX)所述方法包括在X-和Z-軸線上電子地檢測另一組的G力數(shù)據(jù)組，并使用DX和DZ在兩個(gè)軸線上標(biāo)準(zhǔn)化所述另一組數(shù)據(jù)。所述方法包括在X-和Z-軸線上確定所述G力的最大和最小值；確定在所述X-和Z-軸線上被發(fā)現(xiàn)的所述最大和最小值之間的周期；匕匕較最大/最小數(shù)據(jù)與通常的最大/最小數(shù)據(jù)；并對于相對于通常周期值的周期進(jìn)行重復(fù)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述方法包括當(dāng)獲得所述第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)時(shí)，為所述用戶提供聽覺或視覺反饋。所述用戶移動(dòng)其腰部好像正在模仿呼啦圈的運(yùn)動(dòng)。在另一方面中，提供了一種虛擬鍛煉裝置，其包括如上面所述的裝置，用于模擬呼啦圈的運(yùn)動(dòng)。所述鍛煉裝置被穿著在用戶的腰部上。


為了使本發(fā)明可易于理解，通過附圖中的示例說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1例示了附著至皮帶的虛擬鍛煉裝置的透視圖；圖2為表示虛擬鍛煉裝置的組件的框圖；圖3為表示裝置程序的循環(huán)I的方法步驟的流程圖；圖4為圖3的流程圖的延續(xù)，表示循環(huán)2的方法步驟；圖5為曲線圖，示出為min_x、max_x和average x數(shù)據(jù)所采集數(shù)據(jù)的繪制；和
圖6為曲線圖，示出為min_z、max_zx和average z數(shù)據(jù)所采集數(shù)據(jù)的繪制。其它細(xì)節(jié)和優(yōu)勢通過下面所包括的詳細(xì)說明而顯而易見。
具體實(shí)施例方式在下面對實(shí)施例的說明中，以示例說明的方式參考所附附圖，通過其可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。可以理解在不脫離本發(fā)明所公開的保護(hù)范圍的情況下可以完成其它的實(shí)施例。1、虛擬鍛煉裝置現(xiàn)在參考圖1，示出了用于檢測用戶身體運(yùn)動(dòng)的裝置10。裝置10可以為便攜式電子裝置，例如手機(jī)、智能電話、PDA或音樂播放設(shè)備。裝置10典型被連接到用戶的皮帶或腰上并被用于當(dāng)用戶臀部轉(zhuǎn)動(dòng)以模擬呼啦圈的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測用戶臀部的運(yùn)動(dòng)。在例示的實(shí)例中，裝置10被連接到皮帶12。裝置10可以使用任何已知方式，使用例如鉤環(huán)扣、彈簧夾、膠帶、維可牢(一種尼龍搭扣的商標(biāo)名稱)或者粘合劑被安全地放置在用戶的身上。裝置10包括外殼14、LED屏16 (用于輸出視覺數(shù)據(jù))和設(shè)置為用戶容易使用的多個(gè)開關(guān)/按鈕18。當(dāng)用在腰上時(shí)，裝置10為整主體，其在空間上非常有效并與常用的智能電話有近似相同的尺寸。該裝置被穿著在圍繞身體的柔性皮帶上。該裝置重量輕因此容易運(yùn)輸。各種呼啦圈鍛煉程序需要使用不同直徑的圈和不同的圈重量。一般地，圈越小，越難于保持圈的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。對于給定的圈直徑，重量具有相反的影響。使用我們的裝置，對軟件組件中的變量進(jìn)行操作可以表示任何尺寸或重量的圈，所有都在小的容易運(yùn)輸?shù)难b置中。有利地，所用的電子裝置靠近身體穿著，與常用圈的直徑的兩倍相比(約8英尺)，其顯著地將進(jìn)行呼啦圈運(yùn)動(dòng)、進(jìn)行鍛煉、表演或比賽所需的空間量降低至人體直徑的大致兩倍。當(dāng)與下面所描述的軟件結(jié)合使用時(shí)，裝置10的處理能力允許具有多個(gè)重要特征，其對于任何已知的現(xiàn)有呼啦圈或其仿真是不存在的。此外，裝置10具有記錄、傳輸和與其他用戶與使用呼啦圈有關(guān)的所有數(shù)據(jù)(比如在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)中的當(dāng)前時(shí)間、累計(jì)時(shí)間、有關(guān)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度和強(qiáng)度)以及與呼啦圈的各種尺寸和重量有關(guān)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的能力。另外，所述裝置提供了在裝置自身水平上的，或者當(dāng)在裝置中使用不同的收發(fā)器時(shí)通過其它更大的遠(yuǎn)程裝置、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的視覺和聽覺反饋和指導(dǎo)。裝置10也可以提供廣泛種類的音樂和聲音從而提高娛樂價(jià)值、使用樂趣和使用其的愿望?，F(xiàn)在參考圖2，示出裝置10的示意性框圖，該框圖示出其組件。裝置10包括傳感器20、存儲(chǔ)器22、處理器/計(jì)算單元24和多個(gè)反饋組件26。在用戶轉(zhuǎn)動(dòng)其臀部，好像正在模仿呼啦圈轉(zhuǎn)動(dòng)的呼啦圈實(shí)例中，傳感器20，一般為加速計(jì)，在至少兩個(gè)軸線上，例如在X-和Z-軸線上檢測與G力相關(guān)的運(yùn)動(dòng)。使用加速計(jì)也可以測量在y_軸線上的G力。因此，傳感器20允許在x_、y_和Z-軸線上檢測與G力相關(guān)的運(yùn)動(dòng)。在下面示例性說明的呼啦圈示例中，與X-和Z-軸線的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)從傳感器20被傳輸?shù)教幚砥?計(jì)算單元24，由此允許傳感器20和裝置10之間的通信。這也可使用與X-、y-和Z-軸線運(yùn)動(dòng)相關(guān)的數(shù)據(jù)而獲得。開關(guān)/按鈕18為多位置的且是通過與裝置10進(jìn)行電通信而控制裝置10的操作。在所示的實(shí)例中，開關(guān)為對應(yīng)于啟動(dòng)、暫停和停止功能的3位置開關(guān)。處理器/計(jì)算單元24被連接到多個(gè)反饋組件26，從而為用戶提供表示已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)鍛煉水平的信號。如所例示的，反饋組件26可包括提供聽覺反饋的揚(yáng)聲器和放大器；LED燈；LCD屏16 ;無線收發(fā)機(jī)，比如Wifi/藍(lán)牙，從而使數(shù)據(jù)與個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。Wifi和藍(lán)牙收發(fā)機(jī)在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)操作。LCD屏16通過文字和可視化信息為用戶提供視覺反饋。處理器/計(jì)算單元24被連接至傳感器20和存儲(chǔ)器22并與其通信；其控制單元、其內(nèi)部程序和附屬于所述單元的所有輸出/輸入裝置的所有特征。存儲(chǔ)器22被連接至處理器/計(jì)算單元24并與其進(jìn)行電通信。存儲(chǔ)器22存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，比如從擅長維持常用呼啦圈保持連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)的個(gè)人采集的理想范圍的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器22的實(shí)例包括但不限于可移動(dòng)介質(zhì)、SD卡。當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動(dòng)其臀部，好像正在模仿呼啦圈的運(yùn)動(dòng)時(shí)，處理器/計(jì)算單元24比較存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中的理想范圍的數(shù)據(jù)與傳感器20所收集的數(shù)據(jù)。一旦獲得了理想范圍的數(shù)據(jù)，處理器/計(jì)算 單元24將信號傳輸?shù)椒答伣M件26，所述反饋組件被啟動(dòng)，從而為用戶提供反饋，聽覺、視覺或其它信息，其表示已獲得理想范圍的數(shù)據(jù)且用戶從使用裝置10中獲得益處。在另一個(gè)實(shí)例中，傳感器20可包括如在iPhone 4中的陀螺儀和其它對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的裝置。陀螺儀允許對相對于起點(diǎn)的空間位置變化進(jìn)行測量。因此，人們可更精確地確定在鍛煉程序或體育活動(dòng)期間用戶是否保持正確姿勢，比如監(jiān)控高爾夫球或網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的身體擺動(dòng)。一般來講，裝置10比較用戶的實(shí)際身體運(yùn)動(dòng)與身體運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)版本，并為用戶提供視覺或聽覺的反饋，以表明實(shí)際用戶身體運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)身體運(yùn)動(dòng)之間的對應(yīng)性。沿X-和Z-軸線檢測運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)參數(shù)，并用于量化實(shí)際的身體運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)表示對應(yīng)于例如使用呼啦圈的運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)身體運(yùn)動(dòng)(與實(shí)際的身體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行比較)。傳感器20—般構(gòu)造為局部測量運(yùn)動(dòng)的特定參數(shù)。所測量的兩個(gè)典型參數(shù)為沿X-和Z-軸線的G力。傳感器20包括檢測機(jī)構(gòu)和微控制器(未示出)，微控制器被構(gòu)造和配置為將來自檢測機(jī)構(gòu)的測量信號轉(zhuǎn)化為電形式。可以使用的傳感器實(shí)例包括但不局限于具有以下規(guī)格的商業(yè)上可獲得的加速計(jì)*+/-8g三軸加速計(jì)*2mg 分辨率 O6OHz*寬供電電壓范圍2. 4V至5. 25V* 低功率在 VS=2. 4V 時(shí) 350μ A*良好的零g偏離穩(wěn)定性*良好的靈敏度精度*具有單個(gè)電容器的BW調(diào)節(jié)器*單電源操作*10，OOOg 沖擊存活*與Sn/Pb和無Pb的焊接過程兼容處理器/計(jì)算單元24的實(shí)例包括具有下面規(guī)格的那些產(chǎn)品
ATMega328*AVR 核8_bit*硬件乘法器*閃存32k字節(jié)*內(nèi)含啟動(dòng)代碼*低功耗的低壓操作
*USB轉(zhuǎn)串口解碼器多路數(shù)字和模擬輸入/輸出同樣包括在裝置10中，比如可編程EEPR0M。根據(jù)所用的檢測機(jī)構(gòu)(例如關(guān)于組件質(zhì)量或數(shù)字對模擬的信號輸出)，其它電子組件以適合于本領(lǐng)域所知的具體操作要求的方式含有例如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器、帶通濾波器和放大器。然后被轉(zhuǎn)換的信號被提供給處理器/計(jì)算單元24。通過將測量的實(shí)際運(yùn)動(dòng)參數(shù)與對應(yīng)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)比較，微控制器確定實(shí)際身體運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)身體運(yùn)動(dòng)之間的對應(yīng)程度。一般地，在連續(xù)的范圍上考慮該對應(yīng)程度，但是，只是為了簡化定量的目的，一般可以按照實(shí)際身體運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)身體運(yùn)動(dòng)之間的較大差異、實(shí)際身體運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)身體運(yùn)動(dòng)之間的中等差異和實(shí)際身體運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)身體運(yùn)動(dòng)之間基本上無差異來考慮。傳感器20、存儲(chǔ)器22、處理器/計(jì)算單元24和反饋組件26可以通過導(dǎo)線等物理連接，或其可以設(shè)置有RF發(fā)射器或接收器以在其中間發(fā)送和接收信息。另外，僅以示例的方式提出分離的元件100、102和103?？扇菀桌斫獾氖?，構(gòu)成元件可以多種組合的形式布置或組合。例如，存儲(chǔ)器124和處理單元102的微控制器126可以并入反饋機(jī)構(gòu)103中(作為示例，由耳機(jī)/聽筒實(shí)施)，從而消除對單獨(dú)元件102的需要。2、軟件和其操作現(xiàn)在參考圖3和4，其示出所述裝置檢測和處理實(shí)時(shí)收集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的方法的流程圖。我們建立了計(jì)算過程，其用于確定是否任何使用裝置10的個(gè)人正在模擬為保持常用呼啦圈圍繞臀部連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的運(yùn)動(dòng)。首先，從擅長保持常用呼啦圈連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)技術(shù)的個(gè)人收集的參考加速計(jì)數(shù)據(jù)。這被稱為理想數(shù)據(jù)范圍并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中并用于建立運(yùn)動(dòng)的理想范圍、速度和強(qiáng)度。理想數(shù)據(jù)范圍是當(dāng)使用裝置10時(shí)用戶力爭并取得成功的目標(biāo)。在模擬呼啦圈實(shí)例中，我們最初在三維，即X-軸線、y_軸線和Z-軸線上繪制運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，但是我們發(fā)現(xiàn)，由于數(shù)據(jù)的微小偏差，可以忽略運(yùn)動(dòng)的垂直I分量。我們的大量模型證明，在剩余的兩個(gè)水平軸線X和z上的運(yùn)動(dòng)的每一個(gè)可以用具有下面形式的等式通過正弦曲線來表示X=Asin (Bt+C)+D ;其中，周期=2pi/B,相位=C/B......... (I)Z=Asin (Bt+C)+D ;其中，周期=2pi/B，相位=C/B......... (2)其中，D表示從用于代表具體用戶的曲線的中軸線處的偏移汸表示振幅；B表示角頻率；且C表示相位。然而，要注意的是對于其它應(yīng)用，可以沿X-、y-和Z-軸線測量G力。這些等式允許從具有不同運(yùn)動(dòng)模式和強(qiáng)度的用戶身上獲得的數(shù)據(jù)之間的相互比較。通過對用戶的可能引起失敗的對應(yīng)運(yùn)動(dòng)的詳細(xì)分析來確定X和Z的最大和最小允許值。該失敗可包括，例如由于重力引起轉(zhuǎn)動(dòng)的圈落下。我們將這些等式轉(zhuǎn)變?yōu)榫幊谭椒?，其可以通過使用具有計(jì)算能力的裝置10取得，如圖3的流程圖中特別例示。
流程圖為邏輯樹，當(dāng)用戶在步驟28中初始化全局變量時(shí)，該邏輯樹開始于循環(huán)I。如果用戶第一次使用裝置10，在啟動(dòng)如圖4所例示的循環(huán)2之前需要在步驟30中的校準(zhǔn)。如果用戶以前沒有用過裝置10，則為了獲得最佳性能，需要校準(zhǔn)裝置10。在步驟32中，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動(dòng)其臀部以模仿想象的呼啦圈運(yùn)動(dòng)達(dá)I秒鐘時(shí)，傳感器20在X-和Z-軸線上檢測并讀取G力。X值表示用戶臀部的前后運(yùn)動(dòng)；y值表示用戶臀部的側(cè)向(橫向)運(yùn)動(dòng)。在步驟34中，獲得最大和最小X和y值并儲(chǔ)存為等于單獨(dú)i值的單獨(dú)組，如果需要的話其被重復(fù)。如果在步驟36中，獲得了 3組最大和最小值，則在步驟38中，使用下面的式子計(jì)算這些值的平均值(Max_Xi+Min_Xi)/2......... (3)如果沒有獲得3組最大和最小值，則重復(fù)步驟32。在步驟40中，然后使用下面的等式，軟件從每個(gè)最小和最大值之間的平均值中計(jì)算這些平均值的平均值，以獲得DX和DZ·(DX和DZ為標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范)(AverageXl+AverageX2+··· +AverageXi) /i=DX)......... (4)在這之后，然后如圖4所示啟動(dòng)循環(huán)2。在步驟42中，當(dāng)用戶轉(zhuǎn)動(dòng)其臀部以模仿想象的呼啦圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，用5秒鐘收集另外一組數(shù)據(jù)。傳感器20在X-和Z-軸線上檢測并讀取第二組G力數(shù)據(jù)。在步驟44中，使用循環(huán)I中獲得的DX和DZ，在兩個(gè)軸線上標(biāo)準(zhǔn)化第二組數(shù)據(jù)。在步驟46中，在X-和Z-軸線上獲得G力的最大和最小值，然后在步驟48中，在X-和Z-軸線上獲得最大和最小值之間的周期。在步驟50中，相對于常用的最大/最小數(shù)據(jù)檢查最大/最小數(shù)據(jù)。如果這些值偏離，則其因此被加到誤差計(jì)數(shù)器中。這以相對于常用周期值的周期進(jìn)行重復(fù)。短語“常用數(shù)據(jù)”指的是從初學(xué)者到專家的所有用戶身上取得的數(shù)據(jù)。理想的參考數(shù)據(jù)從體育領(lǐng)域的專家，例如專業(yè)呼啦圈手、專業(yè)高爾夫球手等身上收集。數(shù)據(jù)從廣泛范圍的用戶身上收集，以驗(yàn)證所述方法起作用。在步驟52中，然后程序檢查誤差計(jì)數(shù)器。如果數(shù)據(jù)超出范圍，則程序退出并且為用戶示出其分?jǐn)?shù)。存在兩種誤差計(jì)數(shù)器；一種是基于循環(huán)的，另一種是全局的。在步驟54中，在完成循環(huán)I后，比較來自以前循環(huán)中的數(shù)據(jù)。如果這些數(shù)據(jù)超出范圍，或者所述比較偏離預(yù)定百分?jǐn)?shù)，則該數(shù)據(jù)被加到誤差計(jì)數(shù)器中(全局的和基于循環(huán)的計(jì)數(shù)器)。在步驟56中，保存誤差計(jì)數(shù)器、周期和最大/最小誤差數(shù)據(jù)。在步驟58中，如果達(dá)到了最大誤差計(jì)數(shù)，則程序退出且在步驟60中為用戶顯示基于誤差計(jì)數(shù)器的分?jǐn)?shù)。在步驟58中，如果沒有達(dá)到最大誤差，則程序循環(huán)返回至步驟42并且收集在X-和Z-軸線上的另外數(shù)據(jù)。在程序進(jìn)行的任何時(shí)間，用戶可以退出。分?jǐn)?shù)系統(tǒng)建立在誤差計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上。現(xiàn)在參考圖5和6，提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其例示了使用軟件發(fā)現(xiàn)X-和Z-值和周期的必需的最大和最小數(shù)據(jù)和其怎樣實(shí)際匹配。數(shù)值為作為加速器的輸出從專業(yè)呼啦圈手身上取得的(Gs中的)數(shù)據(jù)。在圖5中，曲線圖中的線60是對周期數(shù)據(jù)的繪制，而線62和64分別代表通過軟件沿X-軸線取得的數(shù)據(jù)的最大和最小值。在圖6中，線66代表周期數(shù)據(jù)，而線68和70分別代表通過軟件沿Z-軸線取得的數(shù)據(jù)的最大和最小值。如所例示的，數(shù)據(jù)匹配得很好。一般來講，當(dāng)多位置開關(guān)被切換至ON的位置時(shí)，其啟動(dòng)處理器/計(jì)算單元24。在這一點(diǎn)上，除藍(lán)牙收發(fā)器和W1-Fi收發(fā)器外，裝置10的所有組件將被啟動(dòng)，藍(lán)牙收發(fā)器和W1-Fi收發(fā)器可以通過在IXD屏上顯示的圖像用戶界面(⑶I)由用戶啟動(dòng)。⑶I由處理器/計(jì)算單元24控制。如果在GUI上選項(xiàng)被選擇，則將根據(jù)由用戶作出的新的選擇而改變存儲(chǔ)器22。用戶也可以通過⑶I訪問存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中的以前收集的數(shù)據(jù)。一旦用戶啟動(dòng)程序并移動(dòng)其身體，則傳感器20獲得基于用戶在在運(yùn)動(dòng)期間在X-和Z-軸線上產(chǎn)生的G力的值。這些值通過處理器/計(jì)算單元24計(jì)算并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器22中。如果達(dá)到了特定目標(biāo)，則LCD屏、LED燈和/或放大器將接收新的數(shù)據(jù)，根據(jù)放大器接收的數(shù)據(jù)類型引起揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。用戶通過開關(guān)或按鈕18中的一個(gè)選擇操作模式，在此之后，IXD屏將顯示信息、數(shù)據(jù)和選項(xiàng)。用戶將選擇其希望用裝置10做什么，然后裝置10將繼續(xù)完成這些指令。如果用戶希望比如在鍛煉程序中玩涉及虛擬呼啦圈的游戲，則裝置10將開始倒計(jì)時(shí)程序并且用戶因此必須將其自身定位在正確的開始位置上，如當(dāng)使用真的呼啦圈時(shí)人們會(huì)通常作的那樣。然后游戲?qū)㈤_始。數(shù)據(jù)將通過傳感器20被收集并傳輸?shù)教幚砥?計(jì)算單元24，其在該處理器/計(jì)算單元24中被處理。根據(jù)用戶在游戲期間成功或失敗地取得理想的數(shù)據(jù)范·圍，IXD屏、LED燈和揚(yáng)聲器將提供聽覺和/或視覺信號給用戶。然后用戶能夠通過藍(lán)牙收發(fā)器或W1-Fi收發(fā)器無線地將其成功情況上傳至個(gè)人計(jì)算機(jī)。如果用戶想要在手機(jī)、智能電話、PDA、音樂播放設(shè)備或含有合適組件的其它任何電子裝置中使用裝置10，則軟件組件可以安裝在該裝置中。如果所述裝置作為由此處所描述的電子設(shè)備以及軟件組件構(gòu)成的完整系統(tǒng)被購買，則不需要安裝軟件。在使用之前，必須啟動(dòng)運(yùn)行所述軟件的裝置。在裝置10的首次使用中，輸入用戶名。在后續(xù)使用中，可以輸入新的(另外的)用戶名或選擇現(xiàn)有的一個(gè)。當(dāng)用戶使用除了此處所描述的電子設(shè)備外的任何裝置時(shí)，用戶必須詳細(xì)說明方向(水平對垂直)和在身體上的位置或定位(前面、側(cè)面或后面)。選擇所希望的性能標(biāo)準(zhǔn)或水平。在這一點(diǎn)上，用戶可選擇在使用裝置10期間所用的音樂、聲音或視覺效果和參數(shù)。如果數(shù)據(jù)、聲音或視覺效果要被傳輸至計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、放大或顯示裝置，則必須啟動(dòng)合適的收發(fā)器。典型地，用戶會(huì)通過按下啟動(dòng)或就緒或類似按鈕來開始使用裝置10，在其之后，將會(huì)開始聽覺信號或視覺倒計(jì)時(shí)。這給了用戶充足的時(shí)間，使得在啟用該電子設(shè)備時(shí)，可將所述裝置附著在皮帶或其它位置上，如上面所輸入那樣位于身體的合適位置上。在這一點(diǎn)上，個(gè)人會(huì)開始與保持常用呼啦圈處于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)的必要的身體運(yùn)動(dòng)。解釋希望的運(yùn)動(dòng)的指示視頻被嵌入軟件組件內(nèi)。該運(yùn)動(dòng)的最初10秒用于初始化或校準(zhǔn)所述裝置，從而為不同類型、程度和強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)計(jì)數(shù)，該運(yùn)動(dòng)從一個(gè)人到另一個(gè)人可能會(huì)變化。該校準(zhǔn)可以被存儲(chǔ)并與個(gè)人的用戶名相關(guān)，因此不必在每次使用裝置10時(shí)重復(fù)校準(zhǔn)。裝置10可以被用在兩個(gè)不同的配置中。軟件組件可以只安裝在現(xiàn)有的電子設(shè)備上(手機(jī)、智能電話、PDA或含有必需的電子組件的便攜式音樂播放器)?？蛇x地，軟件可以與此處所描述的專用硬件一起使用。盡管參考想象或虛擬的呼啦圈對裝置10進(jìn)行例示和描述，可以理解的是，機(jī)械或生物機(jī)械的且需要在空間中在特定方向上的運(yùn)動(dòng)的與理想運(yùn)動(dòng)相比在精確的公差范圍內(nèi)的幾乎任何其它系統(tǒng)可以從該裝置10中獲益?？梢允褂迷撗b置的其它實(shí)例可以是機(jī)器人裝置，該機(jī)器人裝置被設(shè)計(jì)成完成特定運(yùn)動(dòng)或任務(wù)或用于需要身體部分的特定運(yùn)動(dòng)的體育活動(dòng)，其當(dāng)被測量時(shí)可以將反饋提供給用戶，從而用戶可以改進(jìn)該運(yùn)動(dòng)，例如，用球棒擊打棒球，揮動(dòng)高爾夫球桿，或使用網(wǎng)球拍。預(yù)計(jì)使用的其它實(shí)例包括典型的鍛煉，例如俯臥撐、仰臥起坐、引體向上等。可以提供正面和負(fù)面的反饋，從而使用戶的運(yùn)動(dòng)盡可能接近理想狀態(tài)。采取如上所述的相同方式，在為了取得希望的效果需要物理治療并且需要精確的關(guān)節(jié)或肌肉運(yùn)動(dòng)的康復(fù)期間也可以使用所述裝置。有利地，可以存儲(chǔ)、記錄和傳輸治療鍛煉的持續(xù)時(shí)間和重復(fù)數(shù)量到數(shù)據(jù)庫用于醫(yī)師進(jìn)行分析。這樣可以允許醫(yī)師緊密跟蹤康復(fù)的進(jìn)度。盡管以上描述涉及到目前預(yù)計(jì)的特定的實(shí)施例，但可以理解，本發(fā)明在其廣泛方 面中包括此處所描述的元件的機(jī)械和功能的等同物。
權(quán)利要求
1.一種檢測用戶身體部分的重復(fù)運(yùn)動(dòng)的裝置，所述裝置包括傳感器，用于當(dāng)用戶重復(fù)移動(dòng)身體部分時(shí)檢測沿至少兩個(gè)軸線的G力；存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)對應(yīng)于理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)的參考數(shù)據(jù)；處理器/計(jì)算單元，其與所述傳感器和所述存儲(chǔ)器通信，用于接收與沿至少兩個(gè)軸線檢測到的G力有關(guān)的數(shù)據(jù)，所述處理/計(jì)算單元比較理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)和與所述傳感器沿所述至少兩個(gè)軸線檢測到的G力的有關(guān)的數(shù)據(jù)；和至少一個(gè)反饋組件，其被連接到所述處理器/計(jì)算單元，用于為用戶提供表示已獲得目標(biāo)的信號。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，沿X-和Z-軸線檢測所述G力。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，沿X-、y-和Z-軸線檢測所述G力。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，使用X=Asin(Bt+C)+D計(jì)算所述x_軸線上的G力；其中，周期=2pi/B,相位=C/B ;且使用Z=Asin (Bt+C)+D計(jì)算所述z_軸上的G力,其中，周期=2pi/B，相位=C/B，其中，D表示從用于代表具體用戶的曲線的中軸線處的偏移，A表示振幅，B表示角頻率,且C表示相位。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述傳感器為加速計(jì)。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述傳感器為陀螺儀。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述傳感器、所述存儲(chǔ)器、所述處理器/計(jì)算單元和所述反饋組件被設(shè)置為整主體。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其適合穿著在用戶的皮帶或腰上。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述至少一個(gè)反饋組件包括揚(yáng)聲器和放大器、LED燈、LCD屏或無線收發(fā)器。
10.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，從轉(zhuǎn)動(dòng)其臀部好像正在移動(dòng)虛擬呼啦圈的用戶處取得在X-和Z-軸線上檢測到的X-和Z-值。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置為手機(jī)、PDA、智能電話或音樂播放設(shè)備。
12.—種檢測用戶身體部分的重復(fù)運(yùn)動(dòng)的方法，所述方法包括當(dāng)所述用戶重復(fù)移動(dòng)所述身體部分時(shí)，實(shí)時(shí)地沿至少兩個(gè)軸線電子地檢測G力；將與沿至少兩個(gè)軸線實(shí)時(shí)檢測到的G力的有關(guān)第一數(shù)據(jù)與第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)比較，所述第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)為在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的沿所述至少兩個(gè)軸線檢測到的G力，所述第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)從所述第一數(shù)據(jù)中獨(dú)立取得；和當(dāng)所述用戶獲得了第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)時(shí)，為所述用戶提供反饋。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述至少兩個(gè)軸線為X-和Z-軸線。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，與X-軸線有關(guān)的值表示所述用戶臀部的前后運(yùn)動(dòng)，且與Z-軸線有關(guān)的值表示所述用戶臀部的橫向運(yùn)動(dòng)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其包括獲得最大和最小X和y值并將所述值存儲(chǔ)為等于單獨(dú)i值的單獨(dú)組。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其包括獲得3組最大和最小值；并使用下面的式子計(jì)算這些值的平均值(Max Xi+Min Xi)/2。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其包括使用下面的等式計(jì)算所述平均值的平均值，以獲得DX和DZ (AverageXl+AverageX2+··· +AverageXi ) /i=DX)。
18.如權(quán)利要求13所述的方法，其包括在X-和Z-軸線上電子地檢測另一組G力數(shù)據(jù)組，并使用DX和DZ標(biāo)準(zhǔn)化在兩個(gè)軸線上的所述另一組數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其包括在X-和Z-軸線上確定所述G力的最大和最小值；確定在所述X-和Z-軸線上獲取的所述最大和最小值之間的周期；比較最大/最小數(shù)據(jù)與通常的最大/最小數(shù)據(jù)；并以相對于通常的周期值的周期進(jìn)行重復(fù)。
20.如權(quán)利要求12所述的方法，其包括當(dāng)獲得所述第二理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)時(shí)，為所述用戶提供聽覺或視覺反饋。
21.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述用戶移動(dòng)其腰部好像正在模仿呼啦圈的運(yùn)動(dòng)。
22.—種虛擬鍛煉裝置，其包括如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的裝置，用于模擬呼啦圈的運(yùn)動(dòng)。
23.如權(quán)利要求22所述的鍛煉裝置，其被穿著在用戶的腰部上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對用戶身體部分的重復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測的裝置。所述裝置具有傳感器，當(dāng)用戶重復(fù)地運(yùn)動(dòng)身體部分時(shí)，傳感器檢測沿至少兩個(gè)軸線的G力；存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)對應(yīng)于理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)的參考數(shù)據(jù)；處理器/計(jì)算單元，其與傳感器和存儲(chǔ)器通信，并接收與G力有關(guān)的數(shù)據(jù)。處理/計(jì)算單元比較理想?yún)⒖紨?shù)據(jù)和與檢測到的G力有關(guān)的數(shù)據(jù)。反饋組件被連接到處理器/計(jì)算單元，從而當(dāng)已獲得目標(biāo)時(shí)為用戶提供信號。本發(fā)明也公開了計(jì)算所述裝置接收的數(shù)據(jù)的方法，以及模擬呼啦圈運(yùn)動(dòng)的鍛煉裝置。
文檔編號A63B19/00GK103002803SQ201180021631
公開日2013年3月27日 申請日期2011年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者尼爾斯·格林伯格, 尼爾·特立維克 申請人:尼爾斯·格林伯格, 尼爾·特立維克