一种跑步动态参数测算方法及装置与流程

本发明涉及运动参数测量领域，尤其涉及一种跑步动态参数测算方法及装置。

背景技术：

在跑步训练中，跑步姿势是运动员需要注意的一项重要指标。正确的跑步姿势，可以使运动员收获更好的训练效果，提高跑步成绩。而跑步姿势的好坏一般可以由三项指标参数体现，分别为触地时间、垂直振幅和步频，将其统称为跑步动态参数。

目前，已公开的可以实现跑步动态参数测量的跑步机，通常采用传感器测量运动员的运动参数，如在跑带上安装压力传感器、运动员佩戴智能穿戴设备等方式获取动态参数，然而通过传感装置测量运动参数不仅准确度存疑，而且难以测量得到运动员的垂直振幅。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种跑步动态参数测算方法及装置，以解决现有运动参数测量准确度不高，且难以测量运动垂直振幅参数的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种跑步动态参数测算方法，包括：

在测试人员佩戴红外反射器后，根据安装在跑带两侧的红外发射器和红外接收器，测量红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离，计算测试人员的垂直振幅；

根据跑步机电机上安装的转速检测设备测量的电机转速，计算测试人员的触地时间；

根据测试人员相邻两次踏步的时间间隔计算测试人员的步频；

实时显示测试人员的跑步参数，并在运动结束后，输出各项跑步参数的最大值、最小值和平均值，展示各项运动参数对应的函数图。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种用于跑步动态参数测算的装置，包括：

垂直振幅测量模块，用于在测试人员佩戴红外反射器后，根据安装在跑带两侧的红外发射器和红外接收器，测量红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离，计算测试人员的垂直振幅；

触地时间测量模块，用于根据跑步机电机上安装的转速检测设备测量的电机转速，计算测试人员的触地时间；

步频测量模块，用于根据测试人员相邻两次踏步的时间间隔计算测试人员的步频；

显示输出模块，用于实时显示测试人员的跑步参数，并在运动结束后，输出各项跑步参数的最大值、最小值和平均值，展示各项运动参数对应的函数图。

在本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例第一方面所述方法的步骤。

本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的所述方法的步骤。

本发明实施例中，基于运动员佩戴的红外反射器、跑步机上安装的红外发射器和红外接收器测量计算得到垂直振幅，根据跑步机电机上安装的转速检测设备测量的电机转速，计算测试人员的触地时间，并根据测试人员相邻两次踏步的时间间隔计算测试人员的步频，最终可以实时输出各跑步动态参数，运动完后输出各项跑步参数的最大值、最小值和平均值，展示各项运动参数对应的函数图。既能准确测量计算得到测试人员的各项动态参数，提升用户使用体验，同时，可以为训练者提供可靠的数据参考，提高训练效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。

图1为本发明的一个实施例提供的跑步动态参数测算方法的流程示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的红外反射器的外观示意图；

图3为本发明的一个实施例提供的一种智能跑步机的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例提供的红外发射器发出的光线进行反射器发射后在红外接收器上成像的原理示意图；

图5为本发明的一个实施例提供的解算红外发射器垂直距离的原理示意图；

图6为本发明的一个实施例提供的跑步时电机转速变化示意图；

图7为本发明的一个实施例提供的一种智能跑步机另一结构示意图；

图8为本发明的一个实施例提供的一种用于跑步动态参数测算的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种用于跑步动态参数测算的智能跑步机的结构示意图，包括：

s101、在测试人员佩戴红外反射器后，根据安装在跑带两侧的红外发射器和红外接收器，测量红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离，计算测试人员的垂直振幅；

其中，所述红外反射器如图2所示，红外反射器由绑带的方式固定在测试人员身上，设备绑定于运动员胸口高度，调整松紧，使得两个反射器分别附在用户前胸、后背正中心的位置。

一般跑步越快的运动员平均垂直振幅越小，由于颠簸而消耗的能量也就越小，其对能量的利用率便会增加。常规的检测手段难以准确测量运动员的垂直振幅，本申请中基于红外测距设备可以实现对垂直移动距离的准确测量。

其中，至少在跑步机的跑带两侧安装两对红外发射器和红外接收器，且红外发射器均位于跑带的同一侧，红外接收器均位于跑带的另一侧。如图3所示，在四个圆点(10、20、30、40)的位置，跑步机一边的两个圆点处(10、20)安装有两个位置固定的红外线发射器，另一边的两个圆点处(30、40)安装有两个位置固定的红外线接收器。红外发射器与红外接收器连线垂直于跑带或跑带运动方向，且10、30模块间距为x，10、20模块间距为y。

可以理解的是，图3中，50、60为按键操作模块，用于查看跑步动态参数，70表示电机部位。

具体的，通过红外接收器测量红外入射光的入射角；根据入射光的入射角、红外发射器与红外接收器的距离，计算测试人员佩戴的红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离；根据红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离、同侧的两个红外发射器或红外接收器间的距离，建立二元一次方程组求解测试人员垂直移动距离；记录测试人员垂直移动距离变化得到近似正弦波的距离变化函数，将距离变化函数中相邻的波峰与波谷的差值作为测试人员的垂直振幅。

示例性的，接收器30、40可以分别测得射入光线的入射角如theta1(θ1)，theta2(θ2)，如图4所示，光线通过发射器在反射器上经过反射后最终在接收器上成像的示意图。红外接收器的接收光孔距离其焦平面的焦距f已知，则只需要知道入射光线在焦平面上的落点p即可进行测算。通过焦平面上的感光元器件，可以得到各个部位入射光强度，强度最大的落点既是p点，则：

进一步的，根据上式求得θ1，θ2后，则d1，d2的计算公式为：

如图5所示，测试人员所佩戴设备距离地面的垂直距离h可以通过求解二元一次方程组得到：

需要说明的是，测试人员胸-背间厚度相对于胸口到地面的高度来说在工程上满足“足够小”，即其厚度不足胸-地高度的10％，故可忽略胸-背厚度带来的影响。

s102、根据跑步机电机上安装的转速检测设备测量的电机转速，计算测试人员的触地时间；

一般跑步越快的运动员平均触地时间越短，通过针对性的训练触地时间可以有效增加脚踝爆发力。不同于采用压力传感器测量触地时间，本申请通过转速检测设备实现触地时间检测，结果更加准确。

跑步机的皮带(跑带)由外壳内部的电机带动，跑步机空载时，电机的转速较为平稳，当运动员踏上皮带是，带来的阻力会降低电机的运转速度，使电机速度短暂的变小。运动员踏空后，为保持皮带匀速运动，电机的运作电流会短暂的增大，皮带速度呈现短暂过冲态势，而后回落至稳定值。

具体的，将电机转速在预定周期内由稳定值变化为最低值的时间间隔作为测量人员的触地时间，即电机转速一定时间周期内由稳定值变为最低值的最短时间间隔。如图6所示，通过计算t2-t1的值，可以计算出测试人员的触地时间。

s103、根据测试人员相邻两次踏步的时间间隔计算测试人员的步频；

测试人员的步频参数可由两次踏步间的时间间隔(触地时间)，计算得到，其公式为：(单位：次/秒)。

进一步的，还包括：

步幅测量模块，用于根据跑步机皮带转速和两次踏步的时间间隔计算测试人员的步幅。其中，步幅＝v*(t1，1-t1，2)，(t1，1-t1，2)表示两次踏步之间的时间间隔。

移动参数测量模块，用于计算输出垂直振幅跟步幅的比值。

一般技术越好的运动员，越能以较低的垂直振幅跑出更大的步幅，其跑步效率就越高。速度越快的运动员，由于步幅较大，其移动参数通常会较小。

s104、实时显示测试人员的跑步参数，并在运动结束后，输出各项跑步参数的最大值、最小值和平均值，展示各项运动参数对应的函数图。

在本申请提供的智能跑步机上可以实时显示运动员(即测试人员)的各项运动动态参数，以便运动员进行跑姿调整，使各项参数处于期望区间。同时运动结束后，还可以输出各项参数的最大值、最小值和平均值，并展示动态参数变化函数图，直观感受参数变化。

在本发明提供的另一实施例中提供了一种智能跑步机的结构示意图，如图7所示，图中，基于用户佩戴的反射器，以及跑步机上红外测距模块，采集用户运动数据后经过a/d转换传送至跑步机cpu中进行计算得到垂直振幅参数。

基于电机上安装的转速传感器，可以采集得到电机转速，经过a/d转换后，由跑步机cpu进行计算得到触地时间。

在跑步机cpu中可以根据寄存器中存储的相邻两次踏步的时间间隔计算测试人员的步频。

通过显示模块，实时显示垂直振幅、触地时间和步频等跑步动态参数，并可以在运动完输出最大值、最小值及平均值，以及参数变化函数图。

通过用户操作模块不仅可以实现跑步机的基本操作，如暂停开始、调整速度等，还可以对用户跑步动态参数进行分析，控制展示各项跑步动态参数。

本实施例中，可监测用户跑步时的动态参数，保障跑步动态参数测算的准确性，实时在交互界面显示动态参数，并可以在训练完出具分析报告，提高运动员训练效果。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图8为本发明实施例提供的一种跑步动态参数测算方法的流程示意图，该方法包括：

垂直振幅测量模块810，用于在测试人员佩戴红外反射器后，根据安装在跑带两侧的红外发射器和红外接收器，测量红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离，计算测试人员的垂直振幅；

其中，至少在跑步机的跑带两侧安装两对红外发射器和红外接收器，且红外发射器均位于跑带的同一侧，红外接收器均位于跑带的另一侧。

具体的，通过红外接收器测量红外入射光的入射角；根据入射光的入射角、红外发射器与红外接收器的距离，计算测试人员佩戴的红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离；

根据红外反射器与跑步机上红外发射器和红外接收器两者连线的距离、同侧的两个红外发射器或红外接收器间的距离，建立二元一次方程组求解测试人员垂直移动距离；

记录测试人员垂直移动距离变化得到近似正弦波的距离变化函数，将距离变化函数中相邻的波峰与波谷的差值作为测试人员的垂直振幅。

触地时间测量模块820，用于根据跑步机电机上安装的转速检测设备测量的电机转速，计算测试人员的触地时间；

具体的，将电机转速在预定周期内由稳定值变化为最低值的时间间隔作为测量人员的触地时间。

步频测量模块830，用于根据测试人员相邻两次踏步的时间间隔计算测试人员的步频；

优选的，根据跑步机皮带转速和两次踏步的时间间隔计算测试人员的步幅；计算输出垂直振幅跟步幅的比值。

显示输出模块840，用于实时显示测试人员的跑步参数，并在运动结束后，输出各项跑步参数的最大值、最小值和平均值，展示各项运动参数对应的函数图。

应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以理解的是，在一个实施例中，所述电子设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现步骤s101至s104以实现跑步动态参数测算。

本领域技术人员还可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括步骤s101～s104，所述的存储介质包括如：rom/ram、磁碟、光盘等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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