基于力量型健身设备的实时交互系统及方法

技术领域

本发明涉及健身交互技术领域，特别是涉及一种基于力量型健身设备的实时交互系统及方法。

背景技术

目前，随着科技进步及社会经济发展，人们对健身器材提出了更高的要求。在现有的技术中，传统的力量型健身器材在使用时，需要健身者将插销手动插入砝码箱内对应的配重砝码位进行配重训练；并记录相应的运动次数以调整健身计划。而运动次数的记录方式主要有两种：一种是由健身者自行记录运动次数；另一种是在力量型器材砝码箱的砝码两旁装有红外对管，砝码在移动时通过红外对管记录相应的运动次数。然而，上述力量型健身器材只具备简单的计数功能，不能对砝码箱内的配重砝码进行包括使用磅数、位置及速度在内的状态识别，即无法实时监测健身者当前所使用配重砝码的重量、运动行程及运动速度等数据，也无法给健身者提供动态的健身信息反馈，致使健身者不能及时调整不当动作，健身智能化与自助化体验感差。

发明内容

本发明提供一种基于力量型健身设备的实时交互系统，以解决传统力量型器械不能给健身者的动作作出有效的反馈信息，以及无法正确引导健身者使用健身器材的问题。

为解决本发明存在的问题，本发明提供了一种基于力量型健身设备的实时交互系统，该实时交互系统包括：

显示装置，用于显示健身者的实时运动状态信息；

健身器材，其包括砝码箱体、配置于砝码箱体内的配重砝码以及设于配重砝码上的识别标识；

光学拍摄模块，其设于砝码箱体内并置于配重砝码识别标识相邻的一侧，用于连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像；

示教模块，其与显示装置电性连接，该示教模块用于接收健身者所用配重砝码的电子运动指导内容，并对所述电子运动指导内容进行分析处理，预估出健身者至少在一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的预估状态数据，并依据所述预估状态数据生成表征信号输出至显示装置上；

数据处理模块，其与光学拍摄模块及显示装置电性连接，该数据处理模块对光学拍摄模块连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像进行分析处理，得到健身者在同一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的实际状态数据，并依据所述实际状态数据实时生成位置反馈信号输出至显示装置上；

评价模块，其与示教模块、数据处理模块及显示装置电性连接，该评价模块用于将所述实际状态数据与对应的所述预估状态数据进行比较，经比较后生成评价信号输出至显示装置上。

作为本发明的进一步改进，还包括云端，所述云端与所述示教模块、数据处理模块以及显示装置通信连接，用于相互传输数据。

作为本发明的进一步改进，所述示教模块连接有行程标定模块，所述行程标定模块通过光学拍摄模块拍摄健身者所用配重砝码在一次动作往返过程中，从数据处理模块所得到的所述实际状态数据中分别标定出配重砝码从初始位置被健身者以正确姿态拉伸至最高时的第一位置数据和被健身者以正确姿态回退至最低时的第二位置数据；所述示教模块相应在一个动作周期中，从该第一位置数据提取最大预估位置值，从该第二位置数据提取最小预估位置值，并将该最大预估位置值与最小预估位置值传输至所述云端存储。

作为本发明的进一步改进，所述显示装置连接有身份识别模块，所述身份识别模块用于采集健身者的身份信息、以及识别确认健身者是否与预先储存的身份信息相符；所述示教模块在所述身份识别模块确认健身者的身份信息相符后，从所述云端调用该健身者的预先存储的所述最大预估位置值和最小预估位置值，或者从所述行程标定模块提取所述最大预估位置值和最小预估位置值。

作为本发明的进一步改进，所述示教模块根据所述最小预估位置值与最大预估位置值所确定的数值区间和电子运动指导内容给定的动作周期，生成健身者所用配重砝码的动作标准曲线输出至显示装置上，其中所述动作标准曲线在显示装置上是由包含有时间坐标及配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的多个象征点组成。

作为本发明的进一步改进，所述云端预先存储有与健身者相关的电子运动指导内容，确认健身者的身份信息相符后将对应身份信息的电子运动指导内容发送至示教模块中。

本发明还提供了一种实现上述实时交互系统的实时交互方法，该实时交互方法包括如下步骤：

S1.接收健身者所用配重砝码的电子运动指导内容，并对所述电子运动指导内容进行分析处理，预估出健身者至少在一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的预估状态数据，并依据所述预估状态数据生成表征信号，并输出显示该表征信号；

S2.连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像并进行分析处理，得到健身者在同一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的实际状态数据，并依据所述实际状态数据实时生成位置反馈信号，并输出显示该位置反馈信号；

S3.基于所述实际状态数据与对应的所述预估状态数据作比较并生成评价信号，并输出显示该评价信号。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1之前，还包括判断所述系统中是否存在健身者的行程标定数据，若是则开始步骤S1，否则进入行程标定步骤：从健身者所用配重砝码在一次动作往返过程中所得到的所述实际状态数据中，分别标定出配重砝码从初始位置被健身者以正确姿态拉伸至最高时的第一位置数据和被健身者以正确姿态回退至最低时的第二位置数据，并从该第一位置数据提取最大预估位置值，从该第二位置数据提取最小预估位置值，并存储该最大预估位置值与最小预估位置值，之后开始步骤S1。

作为本发明的进一步改进，在行程标定步骤之前，通过身份识别确认健身者是否与预先储存的身份信息相符，当确认健身者的身份信息相符后，选择调用预先存储的该健身者的最大预估位置值和最小预估位置值，或者选择开始所述行程标定步骤。

作为本发明的进一步改进，在步骤S3之前，还根据所述最小预估位置值与最大预估位置值所确定的数值区间和电子运动指导内容给定的动作周期，生成健身者所用配重砝码的动作标准曲线，并输出显示该动作标准曲线，其中所述动作标准曲线在显示时由包含有时间坐标及配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的多个象征点组成。

本发明的有益效果在于：本发明能够在力量型健身器材的使用过程中，将健身者所用配重砝码的实际状态与作为示教的标准状态之间的差异通过可视化的方式呈现出来，方便健身者及时、清楚地了解自身的运动状况，并及时引导其调整不当动作并使其达到自助训练的目的。本发明不仅能全面、准确地对使用力量型健身器材的运动状态进行监测，也能通过可视化的反馈方式，实现健身过程中的人机互动。在此基础上，本发明还能够融合多媒体技术，通过趣味性较强的人机互动界面优化健身者的配重训练过程，提高人机交互体验，使健身者充分保持轻松愉悦的心态开展训练，而不至于一直关注于枯燥的数字目标而产生对健身效果不利的挫败感或焦虑感。

附图说明

图1为本发明实施例的基于力量型健身设备的实时交互方法实现的流程图。

图2为本发明实施例显示装置上的可视化交互界面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

现有的力量型健身器材只具备简单的计数功能，不能对砝码箱内的配重砝码进行包括使用配重、位置及速度在内的状态识别，即无法实时监测健身者当前所使用配重砝码的重量、运动行程及运动速度等数据，也无法给健身者提供动态的健身信息反馈，致使健身者不能及时调整不当动作，健身智能化与自助化体验感差。为了克服上述技术问题，本发明公开了一种基于力量型健身设备的实时交互系统，该实时交互系统可应用于对各种使用配重砝码进行训练的力量型健身器材中,通过图像识别技术对砝码箱内健身者所用配重砝码进行状态识别，包括当前健身者所用配重砝码的磅数、运动方向、位置坐标等信息进行识别，并能够将得到该健身者所用配重砝码的实际状态数据与对应的预估状态数据通过显示装置显示出来，方便健身者了解自身的运动状况，从而正确完成配重训练过程。

更详尽地，如图1、图2所示，本发明公开的一种基于力量型健身设备的实时交互系统，该实时交互系统包括：

显示装置，用于显示健身者的实时运动状态信息；

健身器材，其包括砝码箱体、配置于砝码箱体内的配重砝码以及设于配重砝码上的识别标识；

光学拍摄模块，其设于砝码箱体内并置于配重砝码识别标识相邻的一侧，用于连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像；

示教模块，其与显示装置电性连接，该示教模块用于接收健身者所用配重砝码的电子运动指导内容，并对所述电子运动指导内容进行分析处理，预估出健身者至少在一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的预估状态数据，并依据所述预估状态数据生成表征信号输出至显示装置上；

数据处理模块，其与光学拍摄模块及显示装置电性连接，该数据处理模块对光学拍摄模块连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像进行分析处理，得到健身者在同一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的实际状态数据，并依据所述实际状态数据实时生成位置反馈信号输出至显示装置上；

评价模块，其与示教模块、数据处理模块及显示装置电性连接，该评价模块用于将所述实际状态数据与对应的所述预估状态数据进行比较，经比较后生成评价信号输出至显示装置上。

在本实施例中，光学拍摄模块包括摄像头和光源，光源安装于摄像头上；摄像头安装于配重砝码识别标识相邻的一侧，该摄像头以一定帧率连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像，数据处理模块对摄像头所连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像进行分析处理，得到摄像头对应区域内包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的实际状态数据。更详尽地，将摄像头放置在砝码箱内配重砝码一侧的特定距离上，摄像头朝向配重砝码且光轴垂直于配重砝码侧面，其中，每一块配重砝码面向对应摄像头的一侧均有识别标识，摄像头可设置固定帧率，摄像头带有可同步控制的照明光源，摄像头连接到数据处理模块上，当健身者使用健身器材时，摄像头逐帧拍摄并采集包含有配重砝码识别标识的图像，通过数据处理模块用特定算法提取出相应识别标识在砝码运动方向上的位置坐标，结合摄像头帧率进而获得包含该健身者所用配重砝码识别标识运动方向、位置坐标、运动速度等的实际状态数据，数据处理模块输出实际状态数据配合示教模块进行应用，并依据实际状态数据实时生成位置反馈信号输出至显示装置上，给健身者在显示装置所提供的可视化界面上直观地反馈出所用配重砝码实际被拉伸到的位置状况。

在本实施例中，该实时交互系统还包括云端，云端与示教模块、数据处理模块以及显示装置通信连接，用于相互传输数据，该云端存储有健身者的身份信息和对应身份信息的电子运动指导内容和相关运动数据。

进一步地，示教模块连接有行程标定模块，行程标定模块主要用于标定基于健身者个人的标准动作行程，以及辅助形成相应动作标准曲线输出至显示装置上。更详尽地，该行程标定模块通过光学拍摄模块拍摄健身者所用配重砝码在一次动作往返过程中，从数据处理模块得到的实际状态数据中分别标定出配重砝码从初始位置被健身者以正确姿态拉伸至最高时的第一位置数据和被健身者以正确姿态回退至最低时的第二位置数据。进一步地，示教模块相应在一个动作周期中，从第一位置数据提取最大预估位置值，从第二位置数据提取最小预估位置值，并将该最大预估位置值与最小预估位置值传输至云端进行存储，该存储方式比如可以是云端的存储形式，也可以是本地预设的存储模块进行存储，以便系统在健身者后续锻炼时直接调用相关数据。所谓标准动作行程，即为所用配重砝码基于健身者从最大用力(对应前述将配重砝码拉伸至最高时)恢复到最小用力(对应前述将配重砝码回退至最低时)时所产生的移动距离，并据此作为健身者当前健身时的个性化动作基准之一。实际实施中，该标定过程可以重复三个回合及以上，以便更为精准地计算出健身者个人的标准动作行程。

在本实施例中，示教模块根据最小预估位置值与最大预估位置值所确定的数值区间和电子运动指导内容给定的动作周期，形成健身者所用配重砝码的动作标准曲线输出至显示装置上，这样通过可视化的手段能够方便健身者根据动作标准曲线进行自助式的拉伸动作监测，尽可能按照该动作标准曲线完成配重训练的全过程。

为了进一步说明本实施例实时交互系统能通过动作标准曲线调整健身者不当动作及正确引导其完成配重训练，以下以具体例子进行说明：

如图2所示，参照显示装置上的可视化界面，以推举器训练为例进行说明。

首先，标定健身者的标准动作行程：因健身者体格的不同，标准动作行程也会不同，该过程将结合光学拍摄模块、数据处理模块、行程标定模块及示教模块完成。例如，在推举器训练前：①通过光学拍摄模块拍摄健身者手臂与手肘成90度夹角时的配重砝码识别标识的图像，由数据处理模块获取此时配重砝码的实际状态数据，再由行程标定模块得到第一位置数据，最后由示教模块提取出最大预估位置值；②通过光学拍摄模块拍摄健身者推起后保持肘关节微屈时的配重砝码识别标识的图像，由数据处理模块获取此时配重砝码的实际状态数据，再由行程标定模块得到第二位置数据，最后由示教模块提取出最小预估位置值。针对该标定过程，可进一步执行三个回合及以上，以处理得出更为精准的标准动作行程。标准动作行程是基于健身者个人量身定制的动作幅度范围。在如图2中，显示装置对动作标准曲线进行可视化呈现时，是以标准动作行程(最大预估位置值与最小预估位置值所确定的数值区间)为幅度值形成的正弦波形态曲线。

其次，动作标准曲线输出至显示装置的界面上时，出于趣味性考量，如图2进一步通过多媒体技术处理，形成由多个间断的象征点(如草莓及葡萄)排列而成的正弦波形曲线，但曲线的呈现形式并不限于此。图中位于底端的葡萄代表最小预估位置值，位于顶端的葡萄代表最大预估位置值，草莓则代表处于最大预估位置值与最小预估位置值所确定的数值区间的路径的位置值。该动作标准曲线自波峰位置开始到下一相邻波峰位置止所用时间代表一个动作周期，动作周期具体由电子运动指导内容给定。根据电子运动指导内容给定的动作周期，连续的多个象征点按时间顺序分别与示教模块在该周期内连续生成的预估状态数据相对应，具体包含有时间坐标及预估的配重砝码识别标识运动方向、位置坐标等数据。实际开展训练时，电子运动指导内容中也会确定出运动次数，该动作标准曲线据此重复呈现出动作周期即可。该些象征点用于向健身者提供配重训练过程中更为直观的人机交互体验，使得评价模块就健身者的实际运动状态与既定标准状态之间的比较变得一目了然，进而提高了自助化的健身体验。

然后，界面中的小鸟代表健身者所用配重砝码的实际状态数据，具体包含有实际的配重砝码识别标识运动方向、位置坐标等数据，并直观地以位置反馈信号向健身者呈现。为实现自动统计健身者运动数据，增强人机互动性，界面上还设置有“配重”、“次数”、“组数”、“卡路里”、“积分”等运动数据统计模块，可以帮助健身者即时了解与训练过程相关的运动数据，同时支持将运动数据发送至云端，让云端具体分析健身者的运动趋势、运动效果并作反馈，也据此将电子运动指导内容作更新，保证健身者运动的循序渐进，实现科学健身。如图2所示，代表普通路径的草莓分值较低，代表最大/最小预估位置值的葡萄分值较高，具体在动作标准曲线的引导下(基于给定的动作周期在可视界面作横向移动的方式)，健身者通过控制小鸟的上下移动，使其尽可能多地吃到草莓和葡萄。若健身者动作标准，在动作速率和动作幅度上都与曲线基本一致，由评价模块实时输出草莓或葡萄被小鸟所吃并输出得到积分的评价信号，由此能够激发健身者的健身积极性；若健身者动作不标准，在动作速率或动作幅度与曲线有较大不一致，则由评价模块实时输出草莓或葡萄未被小鸟所吃并输出不得积分或少得积分的评价信号，以便用户调整不当动作并向最佳训练效果努力。

在本实施例中，为了识别不同健身者的身份信息而调用与之相对应的运动数据，在上述实施例的基础上，显示装置连接有身份识别模块；更详尽地，身份识别模块用于采集健身者的身份信息、以及识别确认健身者是否与预先储存的身份信息相符，确认健身者的身份信息相符后通过云端调用该健身者相关的运动数据，包括预先存储的最大预估位置值和最小预估位置值。进一步地，云端预先存储有与健身者相关的电子运动指导内容，确认健身者的身份信息相符后将对应身份信息的电子运动指导内容和相关运动数据发送至示教模块中。

本发明还提供了一种实现上述实时交互系统的实时交互方法，该实时交互方法包括如下步骤：

S1.接收健身者所用配重砝码的电子运动指导内容，并对所述电子运动指导内容进行分析处理，预估出健身者至少在一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的预估状态数据，并依据所述预估状态数据生成表征信号，并输出显示该表征信号；

S2.连续拍摄包含有配重砝码识别标识的图像并进行分析处理，得到健身者在同一个动作周期内连续的包含有配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的实际状态数据，并依据所述实际状态数据实时生成位置反馈信号，并输出显示该位置反馈信号；

S3.基于所述实际状态数据与对应的所述预估状态数据作比较并生成评价信号，并输出显示该评价信号。

在步骤S1之前，还包括识别确认健身者是否与预先储存的身份信息相符，确认健身者的身份信息相符后将对应身份信息的电子运动指导内容和相关运动数据发送至示教模块中。

在步骤S1之前，还可包括判断所述系统中是否存在健身者的行程标定数据，若是则开始步骤S1，否则进入行程标定步骤：从健身者所用配重砝码在一次动作往返过程中所得到的所述实际状态数据中，分别标定出配重砝码从初始位置被健身者以正确姿态拉伸至最高时的第一位置数据和被健身者以正确姿态回退至最低时的第二位置数据，并从该第一位置数据提取最大预估位置值，从该第二位置数据提取最小预估位置值，并存储该最大预估位置值与最小预估位置值，之后开始步骤S1。在行程标定步骤之前，还可进一步通过身份识别确认健身者是否与预先储存的身份信息相符，当确认健身者的身份信息相符后，选择调用预先存储的该健身者的最大预估位置值和最小预估位置值，或者选择开始所述行程标定步骤。

在步骤S3之前，还根据最小预估位置值与最大预估位置值所确定的数值区间和电子运动指导内容给定的动作周期，生成健身者所用配重砝码的动作标准曲线，并输出显示该动作标准曲线，其中所述动作标准曲线在显示时由包含有时间坐标及配重砝码识别标识运动方向、位置坐标的多个象征点组成。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以不再进行赘述，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上对发明的具体实施方式进行了详细说明，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施方式。对于本领域的技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改或替代也都在本发明的范畴中，因此，在不脱离本发明的精神和原则范围下所作的均等变换和修改、改进等，都应涵盖在本发明的范围内。