TWI359036B - Method for human motion learning and feed back - Google Patents

Description

卜年9月崎网正替換 頁 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種學習回.饋 別是指-種人體動作學習回饋系 法、方法，特 f先前技術】 ”法。 習知-學習者在學習—項運動時，例 動作，會反覆練習揮拍的動作，與 羽球發球 身的動作是否正接，再慢慢調整。子纟須自行觀察本 此種學習方式的缺點是，學習者通常家 作姿勢的錯誤，使得學習者即使經過多次練羽= 進步緩慢。 、、· * 仍然 或是例如在揮拍動作中，學習者自覺 腕的姿勢’但實際上卻應該修正腰部姿勢了二 確的修正’因此在此種學習方式中，學習去’'更正 且有效地修正運動姿勢。 〇者無法正確 【發明内容】 因此，本發明之目的， _ 有效地修正動作次勢的人^ 可以正確且 勒作文勢的人體動作學習回饋方法。 該人體動作學習回饋方法，是包含以下步驟： (a)製備一人體運動學習回饋系統，包人 分析裝置、至少一感測回饋裝置及一暫時處理裝置。 該比對分析裝置包括一資料庫及一顯示 " 151 ^ ® ^ t 平7。§ 亥感測 饋裝置包括-角度感測單元及-運動回饋單元。 (M 一學習者將該感測回饋裝置穿戴於關節處， ' 畤1肋日修(¾正替換頁 及將該感測回饋裝置的接觸式警示貼於^膚，並^ ^ 該暫時處理裝置穿戴於身上。 (c-1 )利用一最佳化人體動作模型，並設定—組時 間參數與一組邊界條件參數後，進行最佳動作控制運算 ’建立該比對分析裝置的資料庫中的待比對資訊。 (c-2)利用該最佳化人體運動模型，進行最佳動作 控制運算，產生最佳運動影像於該比對分析裝置的顯示 單元。 ‘ (c )將對應於該比對分析裝置的資料庫中的待比 對貢訊的運動影像，放映於該比對分析裝置的顯示單 元。 (d )學習者觀看運動影像進行運動模擬，該感測 n貝裝置的角度感測器感測學習者.的關節於運動時的 角度變化，產生一學習角度訊號。 (e )該暫時處理裝置接收該學習角度訊號，並發 送至該比對分析裝置。 (f )將該學習角度訊號與該資料庫中的待比對資 A進仃比對，並判斷是否發送一回饋訊號至該暫時處 理裝置。 (g ) 1亥暫時處理裝置接收該回饋訊號後，驅動該 感測回饋裝置中的接觸式警示器作動，提醒學習者。 ▲本發明該人體動作學習回饋系統及其方法是藉 亥角度感0單元感測學習者運動時的角度變化，產 生該學習角度訊號後傳回該中央處理單元輿待比對資 訊做比對分析’若落於一正確範圍 號驅動該接觸式警示器作動，即時提醒學習者，來達 成本發明的功效。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效 ’在以下配合參考圖式之三個較佳實施例的詳細說明 中’將可清楚的呈現。 在本發明被詳細#述之前，^主意的是，在以下 的說明内容中，類似的元件是以相同的編號來表示。 ^閱圖卜本發明—種人體動作學習回饋系統的一 較佳實施例包含一比對分析裝置丨'一 '· 一感測回饋裝置3，及一暫時處理裝置4。义、至少 該比對分析裝置！包括一中央處理單元u 存有待比對資訊且電連接該中央處理單元u 12'—電連接該中央處理輩_ 、貝料庫 中央處理早70 11的顯示單元13、一雷 及'的分析裝置無線發射單元14, 元15。“ 理早兀u的分析裝置無線接收單 -學13用於顯示對應於待比對資訊，且供 子I者Α杈擬的運動影像。 參閱圖1與圖2,該學習衣2供學習 供該感測回饋裝置3設置。 ，且 在本較佳實施例中，該人體動作學 感測回镇梦署。^^回饋系統的 饋裝置3的數目為十四H於該學習衣2上 匕年°!月υ曰修⑧正替換頁 ，學習者Α穿戴該學習衣2時， 穿戴於學習去Λ關… -專感測回饋裝置： 膝 腰;戶㈣上，分助近學㈣^ 一頸部 ° —肩σΡ、二肘部、二腕部 部及二踝部。 參'圖1與圖3,該等感測回饋裝置3分別包括一 角度感測早70 31及一動作回饋單元32。 ，等角度感測單元31㈣感測學“A在模擬該 ^ 3中的運㈣像時，學習者^關節的角度變 化，且分別產生一學 ㈣立於該頸部、該腰部 '該等肩部及該等體 角度感測單元31能分別感測三個自由度，產生（ δθχ’δθ,，ΛΘζ)的學f角度訊號。而其餘位於該等財部 、該等腕部、該等膝部及該等踩部的角度感測單元31 此分別感測一個自由度，產生Δθ的學習角度訊號。 該動作回饋單元32具有—貼設於學習者Α肌膚的 接觸式警示器32卜及一光警示器322。 在本較佳實施例中，該接觸式警示1 321為一能 產生振動的振動器。該接觸式警示器321也可為能產 生弱電脈衝刺激的電刺激器。 參閱圖1與圖2’該暫時處理裝置4設置於學習者 Α身上’包括-控制單元41、一與該控制單元41電連 接的角度訊號放大單元42、一與該控制單元41電連接 的回饋驅動單元43、-與該控制單元41電連接的暫時 裝置無線發射單兀44,及一與該控制單元41電連接的 8 1359036. 暫時裝置無線接收單元45。 …參閱圖3,該角度訊號放大單元42與該角度感測 早兀31電連接，用於放大該等學 驅動留… 予為角度訊唬。該回饋 早疋43與該動作回饋單元32電連接，用於驅動 该動作回饋單元32振動。 參閱圖i與圖4,該比對分析裝的中央處理單

自該資料庫12中讀取對應待比對f訊的運動影像 ，並傳送至該顯示單元13供學習者A模擬。 學習者A模擬運動影像的同日夺，該等感測回馈裝 置3的角度感測單元31感測學習者a關 ，產生該等學習角度訊號。 又又化 5亥等學習角度訊號由該等感測回饋裝置3的角度 感測單元31 ’傳送到該暫時處理裝置4的角度訊號： 大單元42。該角度訊號放大單元42用於放大該等學習

卜年1月/3日修正替^胃 角度訊號，並發送至該比對分析裝置丨的令央處理μ 元11 。 、早 〜該巾央處理單元11將料學f肖度㈣與待比對 資訊比對分析後，發送一回饋訊號至該暫時處理裝置4 的回饋驅動單A 43 ’進而驅動位於應修正姿勢的關節 的該等感測回饋裝置3的動作回饋單元32作動，即時 地提醒學習者A。 寸 值得-提的是，在本較佳實施例中，該人體動/ 學習回饋系統的感測回饋裝置3可視運動的不同而i 整，數目也可為二至十三，僅安裝於部分關節，數f 9 /<1月丨3日修(粟)正替換頁 也可大於十四。該人體動作學習回饋系統也可僅包括 —感測回饋裝置3。 該 > 料庫12中待比對資訊的建立，與供學習者a =摹運動影像的產生，在了解本發明一種人體動作學 習回饋方法後，當可更加清楚地明白。 參閱圖1與圖5,本發明一種人體動作學習回饋方 法的第一較佳實施例是包含下列步驟： —步驟5:製備該人體運動學習回饋系統。 ，—步驟6 :設定動作模式，且由一示範者示範動作 產生複數示範角度訊號。 參閱圖1與圖6 ’該步驟6還包括下列步驟： -步驟61 :設定動作模式’例如設定羽球殺球運 一步驟62 :示範者穿著該學習衣2,並根據所設 疋的動作模式示範動作。 -步㉟63:利用位於該學習衣2上的該等感測回 貝:置3、的角度感測單元31，擷取示範者運動時的角 又夂化，並分別產生一示範角度訊號。 單元：如在羽球殺球模式中，位於右手肘的角度感測 產生不範角度訊號ΔΘ為150度。 改傲其中’該等示範角度訊號會隨運動速度的快慢而 二因此’在本較佳實施例中，動作模式 包括了運動快慢的選擇。 也 —步驟64 :該比對分析系、統更包括_與該中央處 10 1359036. 一 ‘ |^年1月/3曝(¾正 理早70 11電連接的攝影單元16 該攝影單元16 Α掘“ +較佳實細例中’ 拍攝示範者的運Γ 利用該攝影單元16同步 範W 動影像，並將運動影像對應於該等示 靶角X訊唬儲存於該資料庫12 t。 ㈣：·步：65 :該等角度感測單元31將該等示範角度 訊減;傳达至該暫時虑 “”… 經過該角度訊號放大單 < ，“·、線傳輸至該比對分析裝置工。 ^騾66 .該比對分析裝f 的動作模式相符 研疋H疋 斗冲 右不相符則回到該步驟62。

若符合原設定的動祚M 該等干m痒 動作模式，則進入一步驟67 ,將 β寻不犯角度訊號 眘1^ °哀貝枓庫12中，形成待比對 貝成後’結束該步驟6。 立參閱圖【與圖5,接著在訓練學習者Α的一步驟9 =百先是—步驟7:學習者A穿戴該學習衣2'該等 η則回饋裝置3與”時處縣置4,並確認 回饋皆位於相對應的關節處。 ^驟8 . 5又疋在該動作模式中欲感測的關節運動 ,一纟正讀1巳圍’及一錯誤範圍’並將對應於待比 對資。fl的運動影像，放映於該顯示單元13。 a在本較佳實施例中，該正確範圍允許的誤差角度

把圍為正1〇唐到g 1Λ & A 又!員10度内，該錯誤範圍為誤差角度 超過10度。 例如在羽球殺球運動模式中，右手肘的δθ=150。， 則正確範圍為140。到16〇。。 - 11 在該步驟9中，包括下列步驟： ^驟91 .學習者A模擬放映於該顯示單元13的 運動影像，該等角度感測單元31此時偵測學習者A關 節的角度變化，所產生的該等學習角度訊號藉由該角 度訊號放大單元42放大後.，無線傳輸到該比對分析裝 置1。 一步驟92:該比對分析裝置1的中央處理單元u 將該等學習角度訊號，與該資料庫12中的待比對資訊 比對分析。 在V驟93中，由該中央處理單元【【判斷學習者 A關節的料學f角度㈣是否落於該正確範圍。 • γ驟94.若落於該錯誤範圍内，則發送一回饋 訊说由該比對分析袭置i無線傳輸至該暫時處理器 中的回饋驅動單元43。 95: _㈣動單元“將該回饋訊號送至 5等動作回饋單元32，驅動該等接觸式警示器32上作 動，提醒學習者A’同時該等光警示器奶會對應地亮 (供till練者（例如：教練）確認該回饋訊號是否 已送至正確的關節位置。 子I者A經提醒校正姿勢後，回至該步驟91，重 新模擬運動#像’直至關節動作落於該正確範圍内。 參閱圖1與圖7，本發明一種人體動作學習回饋方 法的第二較佳實施例的實施流程大致相同，不同之處 在於本較隹實施例中，是利用最佳化人體.動作模型， 12 建立該資料庫12中的待 ~-— 寻匕對貧訊，與產生運動影像 一步螺6 ’ ：利用县处，， n 用最佳化人體動作模型，建立待比 對貝訊及取佳運動影像於該資料庫Η中。 參閱圖1與圖8，哕牛 μ v驟6包括下列步驟：首先， 在一步驟61’中，設定最佳 取彳化人體動作铋型的動作模式 ，及在一步驟62,中，今贪料處α + r ° 又疋對應的時間參數與邊界條件 參數。例如在羽球殺球的動 幻勒作杈式中，時間參數為t秒 ’起始的邊界條件參數，即

丨建動起始時的位置與角速 度為（Xi，yi，Zi，· 〇)xi，c〇yi n —步驟63’L〗參數與邊界⑽參數代入最佳 化人體動作模型後’進行最佳動作控制運算，進而得 到最佳化的待比對資訊，例如運動終止時的位置盘角 速度為（m;…yt’Wzt)，並且產生相對應 的攻佳運動影像。該最佳動作控制運算是熟悉此項技

M +可㈣達成’在此不再詳細說明，相關說明也 可參考邱靖華所著，，最佳化人體動作學（〇PtimizatiQn of Human Motions) ’，的第 4-17 頁。 -步驟64，··將待比對資訊與運動影像建立於該資 料庫U中。重複該步驟6’來建立不_錢式的待比 對資訊與運動影像。 綜上所述，藉由該角度感測單元感測學習者A運 動時的角度變化’產生該學習角度訊號後傳回該中央 處理單元與待比對資訊做比對分析，若落於一正確範 圍外，發送該回饋訊號至該接觸式警示器作動，即時 13 卜畔1月卯修(声)正替換頁 學習者A，使學習去A T~~~7 — 便干各者Α仵以正確地修正姿勢，且 提高了學習者A進步的速度’故確實能達成本發明之 目的0 ^惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已， 當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明 令請專利範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化 與修飾’皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 /圖1是一方塊圖，說明本發明人體動作學習回饋 系統的~較佳實施例； 圖2疋使用不意圖，說明本較佳實施例的一學 習衣穿戴於一學習者； 田 疋示思圖，說明本較佳實施例的一暫時處 理裳置與其中—感測回饋裝置的連接關係； 圖4疋一操作示意圖，說明本較佳實施例的學習 者進行模擬動作； 圖5疋一流程圖，說明本發明人體動作學習回饋 方法的一第一較佳實施例； y圖6疋’瓜私圖，說明該第一較佳實施例的建立 待比對資訊的步驟； 圖7疋一流程圖，說明本發明人體動作學習回饋 方法的一第二較佳實施例；及 ^圖8是—流程圖，說明該第二較佳實施例的建立 待比對資訊的步驟。 14 1359036. 【主要元件符號說明】 I ..........比對分析裝置 II ........中央處理單元 元 置無線發射單元 置無線接收單元 元

饋裝置 測單元 饋單元 警示器 器 理裝置 元

12… •…資料庫 13 ···· •…顯示單 14 .... •…分析裝 15 ···· •…分析裝 16…· •…攝影單 2....... •…學習衣 3....... •…感測回 31 •…角度感 32 …·動作回 321···· …接觸式 322···· …光警示 4....... …暫時處 41 ····. …控制單 42 … …角度訊 43 ••… …回饋驅 44 ••… …暫時裝 45 ·.··· …暫時裝 5....... …步驟 6 ·.·.·.· …步驟 61 ····. …步驟 62 ·.··· …步驟 號放大單元 動單元 置無線發射單元 置無線接收單元 15 1359036. 卜衅?(月丨3日修(/)正替換頁 63 ........步驟 64 ........步驟 65 ........步驟 66 ........步驟 67 ........步驟 6’.........步驟 61’ .......步驟 62’ .......步驟

63’ .......步驟 64’ .......步驟 7 ..........步驟 8 ..........步驟 9 ..........步驟 91 ........步驟 92 ........步驟 93 ........步驟

94 ........步驟 95 ........步驟 A..........學習者 16

Claims (1)

1359036. I〇o 申請專利範圍： 年Ί月0日修(为」 ί·-種λ體㈣學f回饋方法’包含下列步驟： (a)製備一人體運動學習回饋系統，包含一比對分 析裝置 '至少-感測回饋裝置及—暫時處理裝置，該比 對分析裝置包括-資料庫及—顯示單元，該感測回饋裝 置包括一角度感測單元及一運動回饋單元； ⑴-學習者將該感測回饋裝置穿戴於關節處，及 將該感測回饋裝置的接觸式警示器貼於肌膚，並將 時處理裝置穿戴於身上； (c-。利用—最佳化人體動作模型，並設定…且時 間參數與-Μ邊界條件參數後，進行最佳動作控制運曾 ，建立該比對分析裝置的資料庫令的待比對資訊； (c-2)利用該最佳化人體運動模型，進行最佳動作 控制運算，產生最佳運動影像於該比對分析裝 早元； 〜⑺將對應於該比對分析裝置的資料庫中的待比對 賁訊的運動影像，放映於該比對分析裝置的顯示單元； ⑷學習者觀看㈣影像進行運動模擬，該感測回 饋裝置的角度感測H感測學習者的關節於運動時 變化，產生一學習角度訊號.； 又 (e) 該暫時處理裝置接收該學習角度訊號，並 至該比對分析裝置； (f) 將該學習角度訊號與該資料庫中的待比對資訊 進行比對’並判斷是否發送1饋訊號至該暫時處理裝 17 1359036. • · _ 置;及 |w月丨正替換頁 (g)該暫時處理裝置接收該回饋訊號後，驅動該感 測回饋裝置十的接觸式警示器作動，提醒學習者。 2. 依據申請專利範圍第i項所述的人體動作學習回饋方法 ，還包含一實施於該步驟（b)之前的步驟（b l)，在步 驟（b-Ι)中’設定一示範者欲示範的動作模式’並利用 ~感測回饋裝置的肖度感測單元，感測該示範者運動時 的關節角度變化，產生一示範角度訊號至該暫時處理裝 鲁ϊ發运至該比對分析裝置，若經該比對分析裝置判斷 與原設定的動作模式相符後，傳送至該資料庫建立待 比對資訊於該資料庫中，若經判斷不相符則重複該步驟 (b-1 )。 3. 依據申請專利範圍第2項所述的人體動作學習回饋方法 ，還包含一實施在該步驟（b)之前的步驟（b_2)，在步 驟（b-2)中，該比對分析裝置更包括一用於拍攝示範= 的運動影像的攝影單元，利用該攝影單元將運動影像對 • 應於待比對資訊，儲存於該比對分析裝置中。 4. 依據申請專利範圍第丨項所述的人體動作學習回饋方法 ，其中，該步驟（f)還包括一步驟（M)，在步驟（f] )中’該學習角度訊號經該比對分析裝置分析後，若落 於一錯誤範圍内，則發送一回饋訊號至該暫時處理裝置 ’若落於一正確範圍内則不發送該回饋訊號。 5. 依據申請專利範圍第4項所述的人體動作學習回饋方法 ’其中’在該步驟（f-Ι)中，該正確範圍允許的誤差角 18 1359036. • · 崎1月.丨)日修 度範圍為正10度到負10度内’該錯誤範圍為誤差角度 超過10度。

19 1359036. η年1月/3日修(岸)正替換頁 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：圖1。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明: I ............比對分析裝置 II ..........中央處理單元 12..........資料庫 13 ..........顯示單元 14 ..........分析裝置無線發射單元

15 ..........分析裝置無線接收單元 16 ..........攝影單元 2 ............學習衣 3 ............感測回饋裝置 31 ..........角度感測單元 32 ..........動作回鎖單元 321 ........接觸式警示器 322 ........光警示器 4 ............暫時處理裝置 41 ..........控制單元 42 ..........角度訊號放大單元 43 ..........回饋驅動單元 44 ..........暫時裝置無線發射單元 45 ..........暫時裝置無線接收單元 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 4