一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统及方法

本发明涉及智能跑步机控制领域，特别涉及一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统及方法。

背景技术：

1、通过人工智能技术，对室内跑步机上跑者的跑姿进行标准化检测，是跑步机智能化的重要方向，其中一方面深度学习模型的学习需要大量不同视角的跑者姿态图像，另一方面，智能跑步机进行跑姿标准化检测也需要多视角的跑姿图像。因此，建立观察者-被观察者的视觉系统是智能跑步系统的必然要求，其中观察者在系统中的定位是分体式智能跑步系统的核心技术之一。

2、目前，常规设备的观察者位置固定，获得的运动图像视角单一，而多设备同时观察的经济成本较大。另一种可行的方案是安装了观察设备的智能小车，在采集运动图像的同时根据图像内容确定运动轨迹，但是这种基于视觉的移动方法避免不了误检测，从而产生错误的定位动作。基于视觉的定位方法推理计算量大，存在鲁棒性问题，并且模型的训练成本和设备的经济成本较高。因此，能在场景中漫游的低成本鲁棒观察者是智能跑步系统的应用需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种面向分体式跑步系统观察者模块的雷达定位装置和方法，本发明能够在低成本下，通过算法驱动观察者自主移动到指定区域并完成对应的拍摄观察，具有成本低、计算量小、鲁棒性较高的特点。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统，包括图像采集模块、移动模块、超声波模块、控制模块和电源模块，所述电源模块为观察者模块、移动模块、超声波模块、控制模块供电；所述控制模块的输出端分别连接至图像采集模块、移动模块、超声波模块；所述超声波模块用于探测图像采集模块与跑步机的间隔距离；所述移动模块用于根据控制模块的运动指令而移动并带动超声波模块以及图像采集模块跟随移动；所述图像采集模块在移动过程中或移动结束时采集跑步机上运动者图像。

4、所述系统还包括底盘，所述超声波模块、控制模块、电源模块均设置在底盘上并由移动模块驱动而移动。

5、所述控制模块内置雷达定位方法，控制模块运行内置的雷达定位方法来获取得到运动指令。

6、一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，所述方法包括如下步骤：

7、s1、确定坐标系：

8、以跑步机机尾一侧的端点为原点o，以原点所在沿跑步机一侧机身所在边为y轴，y轴正方向指向跑步机机头一侧端点p，以垂直y轴指向跑步机外侧方向为正方向建立x轴；初始观察者模块头尾方向与跑步机方向一致，将观察者放置在跑步机所在的坐标系第一象限中任意位置，并保持机身与y轴平行，设跑姿拍摄的理想区域为：

9、；

10、其中表示跑步机机身沿y轴的长度，为可调节的参数；

11、s2、观察者纵轴坐标校准：

12、驱动观察者模块移动至其纵轴坐标为0的位置并停止，该位置记为准备位置；在所述准备位置，横坐标为通过超声波测距得到的观察者与跑步机间距，纵坐标为0；

13、s3、控制观察者执行前进动作：

14、确定前进终点位置；当观察者横坐标小于的最小横坐标范围时，控制观察者按照所述偏移角度偏离跑步机并前进；当观察者横坐标超过的最大横坐标范围时，控制观察者按照所述偏移角度偏向跑步机方向并前进；

15、控制观察者到达前进终点位置停止后，将观察者回正至初始角度，更新观察者当前坐标；

16、s4、控制观察者执行后退动作：

17、确定后退终点位置；当观察者横坐标小于的最小横坐标范围时，控制观察者按照所述偏移角度偏离跑步机并后退；当观察者横坐标超过的最大横坐标范围时，控制观察者按照所述偏移角度偏向跑步机并后退；

18、控制观察者到达后退终点位置停止后，将观察者回正至初始角度，更新观察者当前坐标；

19、s5：控制观察者执行字型移动：

20、循环交替执行步骤s3和步骤s4；在每次观察者停止行驶时，判断观察者当前位置是否到达预设的跑姿拍摄理想区域，若未到达，则继续执行下一循环，若已到达，则结束移动。

21、在观察者模块移动过程中，判断观察者模块是否到达准备位置或前进/后退终点位置的停止条件，当超声波模块检测到跑步机机头端点p或跑步机机尾端点o后一时刻，超声波测距值产生突变，控制观察者停止移动，并更新自身位置坐标。

22、当检测到超声波数据突变并控制观察者停止后，所述超声波模块重复执行n次检测，并计算滑动均值vi，所述滑动均值vi为本次超声波检测数据与前两次超声波检测数据的平均值，n为根据跑步机仰角γ的变化而动态调整的检查次数；

23、若所有滑动均值vi中，超过半数的数值相对于观察者停止前一时刻的超声波测距数据发生突变，则判定观察者已到达准备位置或前进/后退终点位置；否则，判定超声波模块工作异常，控制观察者继续移动。

24、所述步骤3或步骤4中计算观察者前进/后退终点位置和偏移角度的步骤包括：

25、设观察者当前坐标为；

26、s3.1、计算前进/后退终点位置的横坐标：

27、若此次移动偏离跑步机，则计算公式为：

28、；

29、其中为跑姿拍摄理想区域中心的横坐标，为观察者横向移动比例参数；

30、若本次移动偏向跑步机，则计算公式为：

31、；

32、s3.2、确定前进/后退终点位置：

33、构建以观察者当前位置和跑步机端点的连线为直径的圆，计算直线与所述圆的交点，根据交点数量确定终点位置：

34、若存在两个交点，选取离观察者当前位置较远的交点作为终点位置；

35、若仅存在一个交点，将该交点作为终点位置；

36、若没有交点，则不设置终点位置；

37、s3.3、确定偏移角度：

38、若已设置终点位置，则将观察者当前和所述终点位置的连线同坐标轴y轴的夹角作为观察者偏移角度；

39、若未设置终点位置，则观察者偏移角度设定为预设角度值。

40、当所述观察者到达前进/后退终点位置时，根据超声波测距得到的测量值更新观察者的真实坐标。

41、跑步机机身的仰角为0到10度。

42、本发明的优点在于：仅依据超声波数据，通过定位算法规划装置移动路径，完成多视角运动图像采集，装置移动不受室内光照影响，无需额外训练神经网络模型，机械结构简单，鲁棒性较好，经济成本较低。

1.一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统，其特征在于：包括图像采集模块、移动模块、超声波模块、控制模块和电源模块，所述电源模块为图像采集模块、移动模块、超声波模块、控制模块供电；所述控制模块的输出端分别连接至图像采集模块、移动模块、超声波模块；所述超声波模块用于探测图像采集模块与跑步机的间隔距离；所述移动模块用于根据控制模块的运动指令而移动并带动超声波模块以及图像采集模块跟随移动；所述图像采集模块在移动过程中或移动结束时采集跑步机上运动者图像。

2.如权利要求1所述的一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统，其特征在于：所述系统还包括底盘，所述图像采集模块、超声波模块、控制模块、电源模块均设置在底盘上并由移动模块驱动而移动。

3.如权利要求1所述的一种面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统，其特征在于：所述控制模块内置雷达定位方法，控制模块运行内置的雷达定位方法来获取得到运动指令。

4.一种如权利要求1-3任一所述的面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

5.如权利要求4所述的面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，其特征在于：

6.如权利要求5所述的面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，其特征在于：

7.如权利要求4所述的面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，其特征在于：

8.如权利要求4所述的面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，其特征在于：当所述观察者到达前进/后退终点位置时，根据超声波测距得到的测量值更新观察者的真实坐标。

9.如权利要求6所述的面向分体式跑步系统观察者模块的控制系统的控制方法，其特征在于：跑步机机身的仰角为0到10度。