一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法、装置及设备

技术领域

本申请涉及可穿戴设备技术领域，尤其涉及一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测的技术。

背景技术

跳绳是一种对场地要求不高但对身体协调性要求较高的有氧运动，是一种安全、并有一定的技巧性及趣味性的健身方式。跳绳不但可以减肥瘦身，还可以让全身肌肉匀称有力，同时会让你的呼吸系统、心脏、心血管系统得到充分的锻炼，已作为我国义务教育阶段的一个体育项目。通常人们开展跳绳运动需要准备一根跳绳，需要一定的空间，在跳绳运动过程中还需要专注计数或计时，以评估运动量。

可穿戴设备是可直接穿戴在用户身体上，或是整合到用户的衣服或配件上的一种便携式设备。随着智能手表、智能手环等可穿戴设备越来越普及，现有市场上的一些可穿戴设备可支持跳绳计数的跳绳模式，仅通过测量跳跃次数来计算跳绳次数，没有加入对用户摆臂的判断，不能确认用户的动作是否是真正的跳绳动作，无法判断跳绳成功还是失败，不能排除无效的跳绳计数，用户体验不是很好。

发明内容

本申请的目的是提供一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法、装置及设备，用以解决现有可穿戴设备的跳绳模式用户体验不佳的技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法，其中，所述方法包括：

获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据及加速度传感器数据；

基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置；

基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态；

基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

可选地，其中，所述陀螺仪数据包括：

所述可穿戴设备坐标系下的三轴角速度。

可选地，其中，所述基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置包括：

基于预设时间内获取的可穿戴设备坐标系下的三轴角速度，确定用户无绳跳绳的摆臂周期；

基于所述摆臂周期，计算所述可穿戴设备与垂直地面方向的角度，以确定虚拟绳子的位置。

可选地，其中，所述基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态包括：

基于所述加速度传感器数据，若加速度传感器数据符合第一预设阈值，确定用户处于腾空状态，若加速度传感器数据符合第二预设阈值，确定用户处于着地状态。

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法还包括：

基于所述加速度传感器数据，确定重力方向；

其中，所述基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置包括：

将所述可穿戴设备坐标系下的三轴角速度映射到所述重力方向的角速度；

基于所述重力方向的角速度，确定用户无绳跳绳的摆臂周期；

基于所述摆臂周期，计算所述可穿戴设备与重力方向的角度，以确定虚拟绳子的位置。

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法还包括：

反馈用户无绳跳绳检测的结果。

可选地，所述方法还包括：

根据用户无绳跳绳检测的结果进行统计。

根据本申请的另一方面，还提供了一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测装置，其中，所述装置包括：

第一模块，用于获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据集加速度传感器数据；

第二模块，用于基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置；

第三模块，用于基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态；

第四模块，用于基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测装置还包括：

第五模块，用于反馈用户无绳跳绳检测的结果。

可选地，所述装置还包括：

第六模块，用于根据用户无绳跳绳检测的结果进行统计。

与现有技术相比，本申请提供一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法、装置，首先获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据集加速度传感器数据，接着基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置，然后基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态，最后基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。该方法可对用户的无绳跳绳动作进行较准确的检测，用户可根据检测结果评估无绳跳绳运动，提升了用户体验。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本申请一个方面的一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法流程图；

图2示出一个实施例的无绳跳绳的示意图；

图3示出一个实施例的无绳跳绳的陀螺仪数据曲线示意图；

图4示出根据本申请另一个方面一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测装置示意图；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

在本申请一个典型的配置中，系统各模块和可信方均包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

为更进一步阐述本申请所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及优选实施例，对本申请的技术方案，进行清楚和完整的描述。

图1示出本申请一个方面的一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法流程图，其中，一个实施例的方法包括：

S11获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据及加速度传感器数据；

S12基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置；

S13基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态；

S14基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

在本申请中，所述方法通过设备1执行，所述设备1为支持人机交互的可穿戴设备，所述可穿戴设备包括但不限于智能手表、智能手环、智能眼镜等。在此，不作限定，其他现有的或者今后可能出现的支持人机交互的可穿戴设备如适用于本申请也应包含在本申请的保护范围内。

在该实施例中，用户在模拟跳绳开始前，将所述设备1设置为跳绳模式。

在所述步骤S11中，所述设备1获取用户模拟跳绳时的加速度传感器数据集陀螺仪数据。

可选地，其中，所述陀螺仪数据包括：

所述可穿戴设备坐标系下的三轴角速度。

其中，所述可穿戴设备坐标系是以设备1为坐标系原点的三轴坐标系，三轴角速度为通过陀螺仪获取的陀螺仪数据的三个坐标轴的角速度分量数据。

继续在该实施例中，在所述步骤S12中，所述设备1基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置。

跳绳动作可以看作包括下肢的跳跃动作以及上肢的摆臂动作的协调组合运动，其中，无论是跳跃动作还是摆臂动作，都具有很强周期性。通过实验发现，对于佩戴在手腕处的可穿戴设备，其加速度数据受到跳跃动作及摆臂动作的共同作用，而陀螺仪数据则主要受到摆臂动作的作用，且其数据曲线呈现周期性波动。

如图2所示的无绳跳绳的示意图，用户摆臂运动可等同于圆周运动，虚拟绳子的运动和用户摆臂运动密切相关也可等同于圆周运动。因此，对应无绳跳绳动作所获取到的如图3所示的陀螺仪数据曲线中，每一次周期性波动对应一次完整的圆周摆臂动作，波峰和波谷分别对应陀螺仪所获取的与地面垂直方向的轴角速度分量数据的最大值和最小值，分别对应摆臂运动达到的最高点和最低点，即对应虚拟绳子的空中轨迹的高点和低点。从而可通过陀螺仪数据计算出虚拟绳子的空中位置，获得虚拟绳子的空中轨迹。

可选地，其中，所述步骤S12包括：

基于预设时间内获取的可穿戴设备坐标系下的三轴角速度，确定用户无绳跳绳的摆臂周期；

基于所述摆臂周期，计算所述可穿戴设备与垂直地面方向的角度，以确定虚拟绳子的位置。

比如，通过获取陀螺仪的角速度数据，可将一定时间范围内角速度数据曲线中稳定、周期性的一段波峰->波谷->波峰曲线所消耗的时间确定为一个摆臂动作的周期T，虚拟绳子作圆周运动的角速度可基于实验数据确定的数学模型来确认(在摆臂动作周期中，手臂上摆时的角速度应该与手臂下摆时的角速度有所不同)，简化起见，可假设摆臂动作是一个匀速的圆周运动，则虚拟绳子的运动角速度ω可通过如下公式获得：

ω＝2π/T

可通过虚拟绳子与垂直地面方向的夹角来确认虚拟绳子的位置。比如，如图2中所示，设备1与垂直地面方向的夹角A可认为是虚拟绳子与垂直地面方向的夹角，虚拟绳子与垂直地面方向的夹角A即可以参照如下公式计算获得：

A＝ωt

其中，t为一个运动周期[0,T)范围内的时间点，根据当前时间以及由陀螺仪数据得到的运动周期T，以及起始时间t

当虚拟绳子接触地面时，A为0°，当虚拟绳子在最高点时，A为180°。

继续在该实施例中，在所述步骤S13中，所述设备1基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态。

设备1获取的加速度传感器数据的模及方向根据用户跳跃状态而变化，其中，若所述加速度传感器数据为三轴向量A，则根据设备1获取的所述加速度传感器数据，可以确定所述加速度传感器数据的模L＝||A||。若不考虑摆臂动作影响，当用户在地面静止状态时，L等于重力加速度g；当用户腾空时处于失重状态，L接近于0；当用户着地或起跳时对地面施加有反作用力，L大于g，达到最大。因此，加速度传感器数据可反映跳绳动作中的跳跃状态。

可选地，其中，所述步骤S13包括：

基于所述加速度传感器数据，若加速度传感器数据符合第一预设阈值，确定用户处于腾空状态，若加速度传感器数据符合第二预设阈值，确定用户处于着地状态。

其中，设备1根据获取的加速度传感器数据进行判断，并考虑摆臂动作影响，若加速度传感器数据符合第一预设阈值，比如，获取的加速度传感器数据的模L小于0.5g，则确定用户处于腾空状态，若加速度传感器数据符合第二预设阈值，比如，获取的加速度传感器数据的模L大于1.5g，则确定用户处于着地状态。

继续在该实施例中，在所述步骤S14中，所述设备1基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

例如，当设备1基于获取的陀螺仪数据计算得到虚拟绳子与垂直地面位置的夹角为0°，可确定此时虚拟绳子接触地面，若此时设备1基于获取的加速度传感器数据确定用户处于腾空状态，则可确定用户成功完成了一次无绳跳绳；若在虚拟绳子接触地面时用户处于着地状态，则可确定用户这次无绳跳绳没有成功完成，从而实现了对用户无绳跳绳的较真实的检测。

进一步地，由于在实际跳绳运动中受绳子的长度、材质、重量等因素的影响，绳子通常会稍稍拖后于摆臂。为了提升用户体验，能尽可能模拟实际跳绳的检测，在本申请中，可认为虚拟绳子与垂直地面方向的夹角为A，与通过陀螺仪数据计算得到设备1与垂直地面方向的夹角A’之间有偏差△A，其中，

A＝A’+△A

另外，偏差△A还受跳绳速度的影响，速度越快，偏差效果越不明显。

为简化起见，该实施例的一个应用场景中，可认为该偏差△A只与虚拟绳子的圆周运动速度ω有关，可通过如下公式计算：

△A＝log

其中，a是在(0，1)范围的超参数，可在开发阶段先预设初值，在测试阶段根据实验数据进行修正，在实验定型后，该超参数在出厂阶段固化在固件中。

实际跳绳动作中除了跳跃动作、摆臂动作，还包括身体的整体协调动作，此时用户设备上加速度陀螺仪传感器的坐标方向往往不是指向地面方向，需要用通过对加速度传感器数据作高通滤波后获得的重力方向来校准陀螺仪坐标系方向，使其垂直指向地面，从而获取到当设备空中轨迹垂直于地面方向时刻的修正的运动周期T以及起始时间t

为了提升用户体验，本申请中，可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法还包括：

基于所述加速度传感器数据，确定重力方向；

其中，所述步骤S12包括：

将所述可穿戴设备坐标系下的三轴角速度映射到所述重力方向的角速度；

基于所述重力方向的角速度，确定用户无绳跳绳的摆臂周期；

基于所述摆臂周期，计算所述可穿戴设备与重力方向的角度，以确定虚拟绳子的位置。

其中，上述实施例中，可认为虚拟绳子与重力方向的夹角为A，与通过陀螺仪数据集加速度数据计算得到设备1与重力方向的夹角A’之间有偏差△A，其中，

A＝A’+△A

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法还包括：

反馈用户无绳跳绳检测的结果。

其中，可将每次无绳跳绳检测的结果向用户反馈，例如，通过设备1的扬声器向用户反馈每次无绳跳绳动作是成功完成还是失败，还可以通过设备1的马达不同的震动方式向用户反馈每次无绳跳绳动作是成功完成还是失败，以提升用户体验。

还可以通过设备1的扬声器模拟绳子空中甩动的呼呼声、在腾空状态下绳子触地的啪啪声或者在着地状态下绳子触脚的声音，还可同时结合设备1的马达震动的不同方式(比如，腾空状态下绳子触底，马达轻微震动，着地状态下绳子触脚，马达长震动)，给用户反馈无绳跳绳的动作状态，进一步提升用户体验。

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测方法还包括：

根据用户无绳跳绳检测的结果进行统计。

其中，根据每次无绳跳绳检测的结果，可实现对用户持续无绳跳绳的各类统计，比如：跳绳次数(成功/失败/总次数)统计，还可以基于获取的陀螺仪数据及加速度传感器数据，计算每次无绳跳绳的腾空时间、跳跃高度等，并进行相应统计。

图4示出根据本申请另一个方面的一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测装置示意图，其中，所述装置包括：

第一装置41，用于获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据集加速度传感器数据；

第二装置42，用于基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置；

第三装置43，用于基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态；

第四装置44，基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

在该实施例中，所述装置集成在设备1中。

其中，该装置的第一模块41获取获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据及加速度传感器数据，接着该装置的第二模块42基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置，然后该装置的第三模块43基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态，最后该装置的第四模块44基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测装置还包括：

第五模块45(未示出)，用于反馈用户无绳跳绳检测的结果。

其中，还通过所述装置的第五模块45反馈用户无绳跳绳检测的结果。所述装置的第五模块45将用户无绳跳绳检测的结果通过设备1的扬声器向用户反馈，比如，每次无绳跳绳动作是成功完成还是失败，还可以通过设备1的马达不同的震动方式向用户反馈每次无绳跳绳动作是成功完成还是失败，以提升用户体验。

可选地，所述一种基于可穿戴设备的无绳跳绳检测装置还包括：

第六模块46(未示出)，用于根据用户无绳跳绳检测的结果进行统计。

其中，还通过所述装置的第六模块46统计用户无绳跳绳检测的结果。根据每次无绳跳绳检测的结果，通过所述装置的第六模块46进行记录，可实现对用户持续无绳跳绳的各类统计，比如：跳绳次数(成功/失败/总次数)统计。

根据本申请的又一方面，还提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现前述方法。

根据本申请的又一方面，还提供了一种无绳跳绳检测设备，其中，该设备包括：

一个或多个处理器；以及

存储有计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令在被执行时使所述处理器执行如前述方法的操作。

例如，计算机可读指令在被执行时使所述一个或多个处理器：获取用户无绳跳绳时的陀螺仪数据集加速度传感器数据；基于所述陀螺仪数据，确定虚拟绳子的位置；基于所述加速度传感器数据，确定用户的跳跃状态；基于所述虚拟绳子的位置及所述跳跃状态，确定用户无绳跳绳是否成功，以实现对用户无绳跳绳的检测。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件和/或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示编号，而并不表示任何特定的顺序。