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CN1991371B - 用于侦测直线与弧线运动的感测装置 - Google Patents

用于侦测直线与弧线运动的感测装置 Download PDF

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CN1991371B CN 200510135248 CN200510135248A CN1991371B CN 1991371 B CN1991371 B CN 1991371B CN 200510135248 CN200510135248 CN 200510135248 CN 200510135248 A CN200510135248 A CN 200510135248A CN 1991371 B CN1991371 B CN 1991371B
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Abstract

本发明提出一种用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其佩戴于人体上，可用来侦测人体的特定动作，该感测装置包括至少一双轴加速度传感器、一讯号处理单元以及一判断单元，其中该至少一双轴加速度传感器用于侦测一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并对应输出一感测讯号；该讯号处理单元用于处理该每一感测讯号以提供一加速度信息；该判断单元是根据该加速度信息来判断人体的直线与弧线运动。

Description

用于侦测直线与弧线运动的感测装置 
技术领域
本发明涉及一种用于侦测直线与弧线运动的感测装置，特别涉及一种利用双轴加速度传感器以判断人体的直线运动及弧线运动的感测装置。 
背景技术
近年来，以微机电制程来制造微惯性感测组件的相关技术已相当成熟，感测组件的尺寸已可大幅度地缩小，因此，以微惯性感测组件来感测人体动作的变化已成为一种发展的趋势。一般在描述人体直线运动时，通常是使用加速度计，而在描述人体弧线或旋转运动时，则是使用陀螺仪。 
美国专利US6183365此案说明了以单轴加速度计配戴至手腕的例子，当使用者出直拳时，单轴加速度计可侦测出拳方向的加速度，并检示加速度计上的最大值及最小值，来判断出直拳的状态以及所出直拳的力道大小，然而其仅能获得人体直线运动的单一轴向信息，若是出拳状态为一勾拳状态，也就是同时加入了人体弧线运动时，便不得不使用陀螺仪来感测旋转方向的角速度大小。 
因此，以微惯性传感器来描述人体肢体动作时，若要感测直线运动则需要使用加速度计；若要感测弧线或旋转运动则需要使用陀螺仪。目前，加速度计与陀螺仪在制程上并无法合并来制造，若要同时感测人体直线与弧线运动，势必得将加速度计与陀螺仪一起使用，从讯号处理的角度来看，讯号种类变多会使得计算变得复杂，从成本上的考虑来看，价格会变得较昂贵，先前技术对于此一问题并未公开任何解决的手段。 
有鉴于此，本发明提出一种用以侦测直线与弧线运动的感测装置，单纯使用一双轴加速度传感器来同时侦测人体直线与弧线运动，而不须使用陀螺仪等其它惯性感测组件。 
发明内容
本发明的主要目的是使用一双轴加速度传感器以同时侦测人体直线与弧线运动，而不须另外使用陀螺仪来描述人体弧线运动。 
本发明的次要目的是将人体运动状态的相关信息以无线或是有线的方式传送至各种周边电子装置，以达成多媒体互动的娱乐效果。 
为达到上述目的，本发明提出一种用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其配戴于人体上，可用来侦测人体的特定动作，该感测装置包括至少一双轴加速度传感器、一讯号处理单元以及一判断单元。其中该至少一双轴加速度传感器配置于人体上，用于侦测空间中关于一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并对应输出一感测讯号；该讯号处理单元用于处理该每一感测讯号以提供一加速度信息；该判断单元根据该第一方向加速度与第二方向的加速度信息的相位差来判断一运动状态的模式是直线运动或弧线运动。 
较佳地，该讯号处理单元更包括一初始状态定位单元以及一数据储存单元，其中该初始状态定位单元用于纪录人体初始平衡位置的加速度信息；该数据储存单元用于储存该初始状态定位单元校正后的加速度信息。此时，该判断单元则可根据该校正后的加速度信息来判断该运动状态的模式，以便能够更精确地判断出人体的某个特定动作，其运动状态是属于直线运动或是弧线运动。 
该加速度信息则包括有以该第一方向的加速度值与时间为坐标的关系图与以该第二方向的加速度值与时间为坐标的关系图，其中该第一方向与该第二方向相互垂直。透过上述的关系图，使用者可取得各个时间点的加速度值，并视其需求，计算出所需的速度值及位移量。 
再着，该感测装置可设置一显示单元，如液晶面板等，以便将运动状态的相关信息显示在屏幕上。该感测装置亦可设置一通讯传输单元，以无线或是有线的方式将运动状态的相关信息传送至各种周边电子装置，以达成多媒体互动的娱乐效果。 
纵合上述，本发明提出一种用以侦测直线与弧线运动的感测装置，其利用加速度感测计即可同时描述人体的直线与弧线运动，并可配戴至人体身上各处，不仅架设简易，价格也较为便宜。 
附图说明
图1为本发明较佳实施例的方块图。 
图2A-图2E为本发明较佳实施例于感测人体出直拳的动作状态图。 
图3A-图3E为本发明较佳实施例于感测人体出勾拳的动作状态图。 
图4A为本发明较佳实施例于直拳动作及勾拳动作的加速度图。 
图4B、图4C为显示本发明较佳实施例于直拳动作及勾拳动作下切线加速度与向心加速度的关系图。 
附图标记说明：100感测装置；110双轴加速度传感器；115感测讯号；120讯号处理单元；122初始状态定位单元；124数据储存单元；125具有加速度信息的讯号；130判断单元；135带有运动状态信息的讯号；137带有运动状态信息的讯号；140显示单元；150通讯传输单元；20出拳方向；22双轴加速度传感器；30出拳方向；32双轴加速度传感器。 
具体实施方式
为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，兹配合附图详细说明如后： 
请参考图1，图1为本发明较佳实施例的方块图。感测装置100配戴于人体上，可用来侦测人体直线与弧线运动，感测装置100包括一双轴加速度传感器110、一讯号处理单元120、一判断单元130、一显示单元140以及一通讯传输单元150，而该讯号处理单元120更包括一初始状态定位单元122及一数据储存单元124。其中该双轴加速度传感器110用于侦测一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并对应输出一感测讯号115；该讯号处理单元120用于处理该感测讯号115以提供一加速度信息；该初始状态定位单元122用于纪录人体初始平衡位置的加速度信息；该数据储存单元124用于储存该初始状态定位单元122校正后的加速度信息；该判断单元130是根据具有该加速度信息的讯号125来判断一运动状态的模式，并可将带有运动状态信息的讯号135及137分别传送给显示单元140及通讯传输单元150。 
显示单元140可将运动状态的相关信息直接显示在感测装置100上，其中运动状态的相关信息可显示出使用者做出直线运动或弧线运动的次数，而 该显示单元140是指一小型的液晶面板或是任何具有显示功能的电子电路。 
此外，透过无线传输单元150以无线或是有线的方式将运动状态的相关信息，例如挥直拳或挥勾拳的次数或是对应于挥拳所耗损的卡路里等数据，传送至各种周边电子装置来达成多媒体互动的娱乐效果，例如使用者做出勾拳的动作时，其它周边电子装置可发出灯光或声响来对应使用者所做出的动作。 
由于人体在做出动作时，会受到重力或惯性的影响而造成侦测加速度时发生误差的情形，故该初始状态定位单元122可将受重力影响初始加速度平衡点取出，以补偿加速度值的误差。 
请参考图2A-图2E，图2A-图2E为本发明较佳实施例于感测人体出直拳的动作状态图。出直拳的动作是从出拳前的预备动作开始，到完成整个出直拳的动作，最后再收拳而回复至下一次出拳前的预备动作为止，在此将出直拳的动作划分成五个状态，其完整的循环是从状态(2A)依序至状态(2E)，其中状态(2C)表示出拳的手臂已完全挺直，此时在出拳方向20产生一最大的加速度值。若将一双轴加速度传感器22依照at与an方向置于手腕处，在状态(2C)的情形下，at方向平行于出拳方向20，故可侦测到与出拳方向平行的加速度值，以便用来描述人体出直拳的直线运动。 
请参考图3A-图3E，图3A-图3E为本发明较佳实施例于感测人体出勾拳的动作状态图。出勾拳的动作亦可划分成五个状态，其完整的循环是从状态(3A)依序至状态(3E)，其中双轴加速度传感器22为了侦测出拳方向30上的最大加速度值，故在挥勾拳过程中的任一时刻，at方向必须随时平行出拳方向30的切线方向，藉此侦测出拳方向30上的加速值，以便用来描述人体出勾拳的弧线运动。至于an方向所侦测出的加速度值则可用来描述勾拳的挥动方向，如顺时间方向或是逆时间方向。 
请参考图4A，图4A为本发明较佳实施例于直拳动作及勾拳动作的加速度图。实线部份代表at方向的加速度值，虚线部份代表an方向的加速度值，图中的左半部显示出直拳时at与an的相对变化关系；右半部显示出勾拳时at 与an的相对变化关系，从图中可发现出直拳时，at与an为同相位；出勾拳时，at与an会有一相位差P，当勾拳方向为逆时针方向时，at的相位会落后an的相 位；同样地，当勾拳方向为顺时针方向时，at的相位会领先an的相位，因此透过相位领先或落后的情形，可判断出弧线运动的方向。 
请参考图4B、图4C，图4B、图4C是显示本发明较佳实施例于直拳动作及勾拳动作下切线加速度与向心加速度的关系图。在以切线加速度值及向心加速度值为坐标轴的坐标平面上，直拳动作所显示的图形是随时间呈现一直线往复运动； 
勾拳动作所显示的图形是随时间呈现一圆周运动，透过圆周运动的旋转方向即可判断出勾拳的挥动方向。 
综合上述，本发明提出一种用以侦测直线与弧线运动的感测装置，其利用一双轴加速度感测计即可同时描述人体的直线与弧线运动，更可与其它周边电子装置产生一互动机制以增添娱乐效果。 
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，不能以之限制本发明权利要求的范围。即凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和权利要求保护范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。 

Claims (21)

1.一种用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，包括：
至少一双轴加速度传感器，配戴于人体上，用于侦测空间中关于一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并对应输出一感测讯号；
一讯号处理单元，耦接该至少一双轴加速度传感器，用于处理该感测讯号以提供一加速度信息；以及
一判断单元，耦接该讯号处理单元，并根据该第一方向加速度与第二方向的加速度的相位差来判断一运动状态的模式是属于直线运动或弧线运动。
2.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该讯号处理单元包括一初始状态定位单元，用于纪录人体初始平衡位置的加速度信息。
3.如权利要求2所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该讯号处理单元包括一数据储存单元，用于储存该初始状态定位单元校正后的加速度信息。
4.如权利要求3所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该判断单元是根据该校正后的加速度信息来判断该运动状态的模式。
5.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该第一方向垂直于该第二方向。
6.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该加速度信息包括以该第一方向的加速度值与时间为坐标的关系图。
7.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该加速度信息包括以该第二方向的加速度值与时间为坐标的关系图。
8.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该运动状态的模式为一直线运动。
9.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该运动状态的模式为一弧线运动。
10.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，包括一显示单元。
11.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，包括一通讯传输单元。
12.如权利要求1所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该感测装置配戴于人体上，用以侦测人体的特定动作。
13.一种用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，包括至少一双轴加速度传感器、一讯号处理单元和一判断单元：
所述至少一双轴加速度传感器，配戴于人体上，以用于侦测空间中关于一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并对应输出一感测讯号；
所述讯号处理单元，耦接该至少一双轴加速度传感器，用于处理该感测讯号以提供一加速度信息，该讯号处理单元包括一初始状态定位单元和一数据储存单元：
所述初始状态定位单元，用于纪录人体的初始平衡位置加速度信息；
所述数据储存单元，用于储存该初始状态定位单元的校正后加速度信息；
所述判断单元，耦接该讯号处理单元，并根据该校正后该第一方向加速度与第二方向的加速度的相位差来判断一运动状态的模式是属于直线运动或弧线运动。
14.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该第一方向垂直于该第二方向。
15.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该加速度信息包括以该第一方向的加速度值与时间为坐标的关系图。
16.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该加速度信息包括以该第二方向的加速度值与时间为坐标的关系图。
17.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该运动状态的模式为一直线运动。
18.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该运动状态的模式为一弧线运动。
19.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，包括一显示单元。
20.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，包括一通讯传输单元。
21.如权利要求13所述的用于侦测直线与弧线运动的感测装置，其特征在于，该感测装置配戴于人体上，用以侦测人体的特定动作。
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