基于运动体征与姿态的用于提升运动技能水平的训练系统及方法与流程

1.本发明属于运动训练技术领域，更具体而言，涉及基于运动体征与姿态的用于提升运动技能水平的训练系统及方法。


背景技术：

2.传统的专项竞技运动中，在进行技能训练时，通过肉眼观察无法准确判断动作是否标准，而且教练员时间和精力有限，无法顾及多个学员，尤其无法一对多地观察每个学员的动作完成情况，只能一对一地进行指导纠正，严重影响教学效率和教学质量。
3.随着科技的发展，现有通过视频录像的方式将运动技能练习者所练习的运动技能记录下来，通过视频的方式回馈给运动技能练习者，由运动技能练习者观摩自己的动作，以便于运动技能练习者对自己的动作进行修正，如发明专利公开号cn110853416a公开的一种运动技能学习视频反馈训练系统所示；
4.现有技术中，还存在通过姿态评估将运动技能练习者的动作生成姿态信息，再将姿态信息与信息库对比的方式来判断动作是否到位，运动技能练习者可以根据分析结果来修正自己的动作，如发明专利公告号cn108256433b公开的一种运动姿态评估方法及系统所示；
5.而上述的方案存在的缺陷在于，其只能对运动技能练习者的动作进行分析；
6.而在实际应用中，运动技能一般会涉及动作幅度大，运动强度大的动作，在运动的过程中，若运动技能练习者没有充分热身或身体条件差的状态下进行运动训练，则容易拉伤或出现身体不适的情况或出现身体条件不适合剧烈运动的情况，当出现上述情况时，运动技能练习者若继续运动，则容易对身体造成损伤。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供基于运动体征与姿态的用于提升运动技能水平的训练系统，其可预防运动伤害。
8.根据本发明的第一方面，提供了基于运动体征与姿态的用于提升运动技能水平的训练系统，包括处理设备、摄像设备以及显示屏，所述摄像设备、显示屏与所述处理设备连接，摄像设备拍摄练习者的动作并将其反馈到显示屏上，还包括一用于收集练习者的体征数据的智能穿戴设备，所述智能穿戴设备与所述处理设备连接；所述处理设备包括体征数据对比模块，所述体征数据对比模块内储存有体征数据正常范围值；还包括一警告装置，所述警告装置与所述处理设备连接；
9.当练习者进行运动训练时，练习者穿戴上智能穿戴设备，智能穿戴设备将收集到的特征数据传递给处理设备并由体征数据对比模块对其进行对比分析，若体征数据不在体征数据正常范围值内，所述处理设备控制所述警告装置发出警告。
10.本发明一个特定的实施例中，所述智能穿戴设备为智能手环，所述智能手环收集
的体征数据包括但不限于心率、血压、血氧浓度、体温。
11.本发明一个特定的实施例中，所述处理设备还包括姿态分析模块、第一标准动作储存模块以及姿态评估模块；
12.所述姿态分析模块内置有姿态分析算法，用于分析摄像设备收集的练习者的运动姿态并生成姿态信息；
13.所述第一标准动作储存模块内储存有运动技能的标准动作；
14.所述姿态评估模块内置有姿态评估算法，用于将姿态分析模块生成的姿态信息与标准动作进行对比并生成姿态评估结果；
15.练习运动技能的动作的姿态评估结果为第一姿态评估结果，处理设备将第一姿态评估结果反馈到所述显示屏上。
16.本发明一个特定的实施例中，所述处理设备还包括用于储存多个训练方案的训练方案储存模块，处理设备根据第一姿态评估结果读取对应的训练方案并将其展示在显示屏上。
17.本发明一个特定的实施例中，所述训练方案为动作训练方案；所述处理设备包括用于储存训练方案的标准动作的第二标准动作储存模块；
18.练习训练方案的动作的姿态评估结果为第二姿态评估结果，处理设备将第二姿态评估结果反馈到显示屏上。
19.本发明一个特定的实施例中，所述显示屏包括第一显示区、第二显示区、第三显示区、第四显示区、第五显示区以及第六显示区；
20.所述第一显示区用于展示运动技能的标准动作以供练习者模仿；
21.所述第二显示区用于展示练习者的动作；
22.所述第三显示区用于展示练习者的体征数据；
23.所述第四显示区用于展示第一姿态评估结果；
24.所述第五显示区用于展示训练方案；
25.所述第六显示区用于展示第二姿态评估结果。
26.本发明一个特定的实施例中，所述处理设备还包括用于储存运动信息的数据储存模块，所述运动信息包括摄像设备拍摄的视频、智能穿戴设备收集的体征数据以及姿态评估模块生成的第一姿态评估结果、第二姿态评估结果；所述运动信息可被读取并可展示在显示屏的对应的显示区上。
27.本发明一个特定的实施例中，所述警告装置为智能穿戴设备震动警告、声音警告、灯光闪烁警告的一种或三种的自由组合。
28.本发明一个特定的实施例中，所述警告装置为设置在处理设备或显示屏上的声音警告装置。
29.本发明一个特定的实施例中，所述智能穿戴设备上还设有报警模块，所述报警模块与所述处理设备连接，所述处理设备可根据所述报警模块的信号控制所述警告装置工作。
30.本发明还提出一种训练方法，一种训练方法，涉及上述的基于运动体征与姿态的用于提升运动技能的训练系统，步骤如下：
31.步骤1：摄像设备采集练习者的第一动作，第一动作基于运动技能的内容进行；
32.步骤2：姿态分析模块分析第一动作并生成第一姿态信息；
33.步骤3：姿态评估模块对第一姿态信息进行评估并生成第一姿态评估结果；
34.步骤4：若第一姿态评估结果不合格，则给出训练方案；
35.步骤5：摄像设备采集练习者的第二动作，第二动作基于训练方案的内容进行；
36.步骤6：姿态分析模块分析第二动作并生成第二姿态信息；
37.步骤7：姿态评估模块对第二姿态信息进行评估并生成第二姿态评估结果；
38.其中，第一姿态评估结果、训练方案、第二姿态评估结果均展示在显示屏上。
39.本发明一个特定的实施例中，练习者在进行第一动作时，佩戴有所述智能穿戴设备。
40.本发明一个特定的实施例中，练习者在进行第二动作时，佩戴有所述智能穿戴设备。
41.本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
42.在实际应用中，运动技能练习者的动作被摄像装置捕捉，捕捉后的动作由处理设备进行处理并将其展示在所述显示屏上，练习者可在显示屏上观摩并评估自己的动作，便于练习者对自己的动作进行修正，从而起到提升运动技能的作用；
43.在本发明中，练习者在运动训练时佩戴有智能佩戴设备，智能佩戴设备会收集练习者的体征数据并将体征数据传递给处理设备，由体征数据对比模块对其进行对比分析，若体征数据不在体征数据正常范围值内，所述处理设备控制所述警告装置发出警告，通过此方式来提醒练习者停止运动，从而起到预防运动伤害的作用。
附图说明
44.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
45.图1是本发明的实施例1的结构图；
46.图2是本发明的实施例1的结构示意图；
47.图3是本发明的实施例2的步骤图。
具体实施方式
48.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
49.实施例1
50.参照图1至图2所示，基于运动体征与姿态的用于提升运动技能水平的训练系统，包括处理设备1、摄像设备2以及显示屏3，所述摄像设备2、显示屏3与所述处理设备1连接，摄像设备2拍摄练习者的动作并将其反馈到显示屏3上，还包括一用于收集练习者的体征数据的智能穿戴设备4，所述智能穿戴设备4与所述处理设备1连接；所述处理设备1包括体征数据对比模块11，所述体征数据对比模块11内储存有体征数据正常范围值；还包括一警告装置5，所述警告装置5与所述处理设备1连接；
51.在实际应用中，运动技能练习者的动作被摄像装置捕捉，捕捉后的动作由处理设备1进行处理并将其展示在所述显示屏3上，练习者可在显示屏3上观摩并评估自己的动作，
便于练习者对自己的动作进行修正，从而起到提升运动技能的作用；
52.在本实施例中，当练习者进行运动训练时，练习者穿戴上智能穿戴设备4，智能穿戴设备4将收集到的特征数据传递给处理设备1并由体征数据对比模块11对其进行对比分析，若体征数据不在体征数据正常范围值内，所述处理设备1控制所述警告装置5发出警告，通过此方式来提醒练习者停止运动，从而起到预防运动伤害的作用。
53.具体来说，所述智能穿戴设备4可以为智能手表、智能手环或智能服饰等，其中，智能服饰可以为发明专利公开号cn206101612u公开的智能运动文胸或发明专利公开号cn202619644u公开的一种具有检测人体生命体征功能的衣物等，本实施例对此不作限制，作为本实施例的具体实现，所述智能穿戴设备4为智能手环，所述智能手环收集的体征数据包括但不限于心率、血压、血氧浓度、体温；
54.其中，所述智能手环为现有技术，通过蓝牙技术与所述处理设备1连接，其与发明专利公开号cn212489874u公开的体征数据采集系统及其健康手环所示，通过心率传感模块、血压传感模块、血氧浓度传感模块以及体温传感模块实现对体征数据的收集；
55.所述智能手环还可以设置汗液收集模块，通过汗液收集模块来实现对汗液的收集并对汗液内葡萄糖的分析，从而得到血糖数据，使得智能手环还可以收集血糖数据，本实施例对此不作限制。
56.作为本实施例的具体实现，若体征数据对比模块11监测到心率过快、血压过高或过低、血氧浓度过低等情况，则处理设备1会控制所述警告装置5进行工作，提示练习者停止运动。
57.在实际应用中，通过显示屏3反馈练习者的动作的方式来使练习者自己修正自己的动作，此种方式来提升练习者的运动技能，效果有限，所以，为了进一步提高练习者的运动技能的提升效果，作为本实施例的优选，所述处理设备1还包括姿态分析模块12、第一标准动作储存模块13以及姿态评估模块14；
58.所述姿态分析模块12内置有姿态分析算法，用于分析摄像设备2收集的练习者的运动姿态并生成姿态信息；
59.所述第一标准动作储存模块13内储存有运动技能的标准动作；
60.所述姿态评估模块14内置有姿态评估算法，用于将姿态分析模块12生成的姿态信息与标准动作进行对比并生成姿态评估结果；
61.练习运动技能的动作的姿态评估结果为第一姿态评估结果，处理设备1将第一姿态评估结果反馈到所述显示屏3上；
62.第一姿态评估结果的生成过程为：练习者进行运动技能练习，摄像设备2拍摄练习者的动作并将其上传到处理设备1，由姿态分析模块12进行分析并形成姿态信息，姿态评估模块14将姿态信息与第一标准动作储存模块13中的动作进行对比并生成第一姿态评估结果。
63.具体来说，所述姿态分析模块12、姿态评估模块14均为现有技术，如发明专利公告号公开的cn108256433b所示的一种运动姿态评估方法及系统所示，其中的特征提取模块相当于本实施例所述的姿态分析模块12；其中的第一评估模块相当于本实施例的姿态评估模块14；其中的姿态特征库相当于本实施例的第一标准动作储存模块13。
64.优选地，所述处理设备1还包括用于储存多个训练方案的训练方案储存模块16，处
理设备1根据第一姿态评估结果读取对应的训练方案并将其展示在显示屏3上；
65.具体来说，所述训练方案储存模块16与姿态评估模块14存在映射关系，处理设备1根据姿态评估模块14生成的第一姿态评估结果来读取对应的训练方案，并将对应的训练方案展示在显示屏3上；
66.其中，训练方案根据专业教练的建议制作形成配置文件；
67.以俯卧撑动作技能为例，其分为两个动作过程：一是身体下降；二是撑起身体；
68.当摄像设备2拍摄到练习者完成第一个动作过程，没有完成第二个动作过程的时候，姿态分析模块12对练习者的动作进行分析并生成姿态信息，该姿态信息只记录了身体下降这个动作；姿态评估模块14将该姿态信息与标准动作进行对比，生成姿态评估结果，该姿态评估结果记录了训练者没有完成撑起身体的这个第二个动作过程；
69.而俯卧撑的肢体动作过程为：在躯干与下肢保持笔直的状态下，上肢反复完成肘关节的屈伸与肩关节的外展、内收动作。
70.其中，因为肩的外展、肘的屈曲动作由重力驱动，所以肩、肘的运动主要锻炼了肱骨内收肌和前臂伸肌，也就是说整个俯卧撑动作的主要目标肌肉是胸肌(肩内收)，肱三头肌(伸肘)和下肢躯干的稳定肌(下肢、躯干保持笔直)。
71.而导致没有完成撑起身体这个第二部分动作的原因有：1、肩臂部力量不足；2、胸背部力量不足；3、躯干稳定性不足。
72.所以对应的训练方案是围绕胸肌、肱三头肌以及少量下肢躯干稳定肌等肌群展开练习，其中，训练上述肌群的动作有轻器械俯身飞鸟、侧平举、跪姿俯卧撑、俯身两头起、斜身引体、臀桥单腿外展等，所以，对应的训练方案由上述的动作组合形成。
73.处理设备1根据上述的没有完成撑起身体的这个第一姿态评估结果读取上述的训练方案，并将该训练方案展示在显示屏3上以供练习者进行参考。
74.其中，所述训练方案可以为文字的形式，也可以为动作演示的方式，也可以为两者的结合，本实施例对此不作限制，作为本实施例的具体实现，所述训练方案以文字与动作演示结合的方式显示；
75.具体来说，训练方案除了用于训练相关肌肉群的动作方案外，还包括对相关肌肉群的测评结果以及危害分析；以做蹲下动作为例，若练习者能蹲到底，但是跟脚无法落地，膝盖过度超过脚尖；经该系统分析，得出第一姿态评估结果，该第一姿态评估不合格，给出对应的训练方案；
76.其中，第一姿态评估结果以文字的方式展示为：能蹲到底，但是跟脚无法落地，膝盖过度超过脚尖；
77.训练方案的内容包括如下内容：
78.相关肌肉群的测评结果：跟腱弹性差，小腿肌肉过紧，足踝灵活性不够；
79.相关肌肉群的危害分析：跑步时容易导致跟腱炎、足底筋膜炎、小腿胫骨应力综合征、髌骨劳损；
80.以及锻炼相关肌肉群的动作训练方案，动作训练方案以文字与动作演示结合的方式展示。
81.在实际应用中，对于单次运动技能的训练，若第一姿态评估结果合格，则单次运动技能训练结束；若第一姿态评估结果不合格，则给出训练方案，练习者需要完成一次或多次
训练方案的动作且动作合格才能完成单次运动技能的训练；
82.作为本实施例的具体实现，所述处理设备1包括用于储存训练方案的标准动作的第二标准动作储存模块16；
83.练习训练方案的动作的姿态评估结果为第二姿态评估结果，处理设备1将第二姿态评估结果反馈到显示屏3上；
84.具体来说，若第一姿态评估结果不合格，练习者根据训练方案进行动作练习，摄像设备2拍摄练习者的动作并将其上传到处理设备1，由姿态分析模块12进行分析并形成姿态信息，姿态评估模块14将姿态信息与第二标准动作储存模块16中的动作进行对比并生成第二姿态评估结果；
85.通过对训练方案的动作进行姿态评估，练习者可自行对不到位的动作进行修正，也可以在无人指导的情况下进行规范的训练，增强肌群的力量，保证后续的运动技能的训练效果；
86.同时，练习者在练习训练方案的动作时，也可以佩戴智能佩戴设备4对练习者的体征数据进行监测，以避免运动伤害。
87.作为本实施例的具体实现，所述显示屏3包括第一显示区31、第二显示区32、第三显示区33、第四显示区34、第五显示区35以及第六显示区36；
88.所述第一显示区31用于展示运动技能的标准动作以供练习者模仿；
89.所述第二显示区32用于展示练习者的动作；
90.所述第三显示区33用于展示练习者的体征数据；
91.所述第四显示区34用于展示第一姿态评估结果；
92.所述第五显示区35用于展示训练方案；
93.所述第六显示区36用于展示第二姿态评估结果；
94.显示屏3分为多个区域，多个区域显示不同的信息，便于练习者对自己的训练效果进行观察。
95.在本实施例中，所述处理设备1还包括用于储存运动信息的数据储存模块17，所述运动信息包括摄像设备2拍摄的视频、智能穿戴设备4收集的体征数据以及姿态评估模块14生成的第一姿态评估结果、第二姿态评估结果；所述运动信息可被读取并可展示在显示屏3的对应的显示区上，使得练习者的练习视频可回溯，便于练习者重复观看以对自己的动作进行修正。
96.在本实施例中，所述警告装置5为智能穿戴设备4震动警告、声音警告、灯光闪烁警告的一种或三种的自由组合，本实施例对此不作限制；作为本实施例的具体实现，所述警告装置5为声音警告，该警告装置5设置在所述所述显示屏3上或处理设备1上，警告装置5在起到提示练习者的同时可以起到提醒教练的作用，使得教练可以及时得知练习者的不良状况以及可及时对该种不良状况进行处理。
97.具体来说，所述智能穿戴设备4上设有报警模块41，所述报警模块41与所述处理设备1连接，通过所述报警模块41可使处理设备1控制所述警告装置5工作，当练习者感到自身不适时，可以通过所述报警模块41来使所述警告装置5工作，便于通知教练到场处理。
98.在本实施例中，所述处理设备1可进行人机交互；
99.所述摄像设备2可以为摄像头、带有摄像功能的移动设备等，其通过有线或无线的
方式与所述处理设备1进行连接。
100.实施例2
101.参考图3，一种训练方法，涉及实施例1的基于运动体征与姿态的用于提升运动技能的训练系统，步骤如下：
102.步骤1：摄像设备采集练习者的第一动作，第一动作基于运动技能的内容进行；
103.步骤2：姿态分析模块分析第一动作并生成第一姿态信息；
104.具体来说，姿态分析模块内置有姿态分析算法，用于分析摄像设备收集的第一动作以生成第一姿态信息；
105.步骤3：姿态评估模块对第一姿态信息进行评估并生成第一姿态评估结果；
106.具体来说，内置有姿态评估算法，用于将姿态分析模块生成的第一姿态信息与第一标准动作储存模块内的标准动作进行对比并生成第一姿态评估结果；
107.步骤4：若第一姿态评估结果不合格，则给出训练方案；
108.若第一姿态评估结果为合格，则单次运动技能的训练结束；进行下一次运动训练时循环步骤1；具体来说，处理设备内置有姿态评估结果的评判算法；
109.其中，训练方案为训练对应第一动作所关联的肌肉群的动作或动作组；
110.步骤5：摄像设备采集练习者的第二动作，第二动作基于训练方案的内容进行；
111.步骤6：姿态分析模块分析第二动作并生成第二姿态信息；
112.步骤7：姿态评估模块对第二姿态信息进行评估并生成第二姿态评估结果；
113.具体来说，第二姿态评估结果用于展示第二动作的完成度，练习者可以参考第二姿态评估结果来判断自己的动作是否到位，从而判断训练是否达到效果。；
114.当第二姿态评估结果合格时，则单次运动技能的训练结束；若第二姿态评估结果不合格时，则练习者重复进行第二动作的训练，循环上述步骤5；
115.其中，第一姿态评估结果、训练方案、第二姿态评估结果均展示在显示屏上，以供练习者参考。
116.通过本实施例所述的训练方法，若练习者没有完成运动技能的训练，则通过给出训练方案的方式来训练相关联的肌肉群，以保证后续运动技能训练时有足够的肌肉力量来完成运动技能的练习，方法简单有效；同时，无需专业人员即可完成训练相关肌肉群的指导，效率高。
117.优选地，练习者在进行第一动作时，佩戴有所述智能穿戴设备，通过智能穿戴设备监测练习者在进行第一动作时的体征数据，当体征数据出现异常时，处理设备控制警告装置及时报警，可避免运动伤害。
118.更为优选地，练习者在进行第二动作时，佩戴有所述智能穿戴设备，通过智能穿戴设备监测练习者在进行第二动作时的体征数据，当体征数据出现异常时，处理设备控制警告装置及时报警，可避免运动伤害。
119.尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。