TWI661851B

TWI661851B - 頭戴式目標物同步健身系統

Info

Publication number: TWI661851B
Application number: TW105123627A
Authority: TW
Inventors: 陳儀倫
Original assignee: 光旴科技股份有限公司
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2019-06-11
Also published as: TW201803623A; US20180031832A1; US10466475B2

Abstract

本發明係有關於一種頭戴式目標物同步健身系統，其包含：一虛擬實境裝置、一健身器材、一生理訊號感測器。虛擬實境裝置包含一顯示器，且該顯示器之畫面係依據該使用者之操作而顯示一目標物，該虛擬實境裝置係可拆卸地裝設於一使用者之頭部，並提供該使用者一互動功能；健身器材具有一感測器，該感測器用於偵測該使用者操作該健身器材之一運動數據；生理訊號感測器用於偵測該使用者之一生理訊號；其中，該健身器材與該生理訊號感測器具有與該虛擬實境裝置所顯示之該目標物雙向同步之功能。

Description

頭戴式目標物同步健身系統

本發明係有關於一種健身系統，尤指一種可讓健身器材與生理訊號感測器所量測之數據同步於虛擬實境裝置所顯示之一目標物的健身系統。

由於科技的進步，智慧型手機、平板與電腦已成為人民生活中不可或缺的電子產品。在此些電子產品中提供有許多的應用程式，以提供不同的服務與使用者。在相關技術方案中，有些軟體供應商已著手開發可與健身器材互動的多媒體影音裝置。舉例而言，使用者可於跑步機上跑步，而該跑步機之前面可設置一顯示器，該顯示器上可顯示一目標物，諸如一登山道路，且該登山道路可隨著使用者跑步而變化場景。於一相關技術方案中，諸如美國專利US9119987，健身器材之顯示器上所顯示之道路於上坡、下坡之坡度改變時，僅改變阻力系統、於健身器材之速度改變時，僅改變影像之變化速度、且於健身器材之車把(Handle bar)轉動時，僅改變影像之方向。於另一相關技術方案中，諸如台灣專利TW201019997，其可利用多台攝影機、運輸工具、加速計、陀螺儀、全球定位系統(GPS)、風速計、風向計等儀器來測量數值，且進行實景拍攝。然而，此方式必須多次拍攝，且需利用後製的剪接技術來使影片更加完美，並且影片中的物件(目標物或角色)與使用者無法一致同步。此外，此方式只著重在2D或3D的影像處理，並無法使健身器材及使用者與影片中的物件完整融合且同步。

承上，上述相關技術方案皆具有以下缺點：健身器材之虛擬實境畫面中之物件與使用者無法雙像同步互動；健身器材之顯示器所顯示的2D或3D畫面，僅著重於顯示畫面之2D或3D的視覺效果；健身器材的虛擬實境針對使用者的互動，僅能假奢多台攝影機或外加感應器來做影像處理，而非由健身器材內部之感應器或使用者的動態及內部生理訊號結合，以產生目標物同步互動效果；健身器材的虛擬實境顯示器之影像、感應器與使用者的生理訊號無同步互動關係；健身器材的虛擬實境影音的音效，並無針對健身器材的感應器或使用者做音效發生之同步互動；健身器材的感應器、阻力系統並無針對互動式虛擬實境裡之物件的同步設計，僅提供速度與阻力訊號坡度等影片互動，無法滿足虛擬實境之使用者的需求。由以上可知，需要一種新穎的方法，以輔助使用者妥善地解決既有的問題。

本發明之目的之一在於提供一種頭戴式目標物同步健身系統，以解決上述問題。

本發明之另一目的在於，提供雙向同步功能之健身系統，亦即虛擬實境裝置之顯示器所顯示之目標物可與健身器材以及生理訊號感測器雙向同步。

本發明之一實施例中提供一種頭戴式目標物同步健身系統，其包含：一虛擬實境裝置、一健身器材、一生理訊號感測器。虛擬實境裝置包含一顯示器，且該顯示器之畫面係依據該使用者之操作而顯示一目標物，該虛擬實境裝置係可拆卸地裝設於一使用者之頭部，並提供該使用者一互動功能；健身器材具有一感測器，該感測器用於偵測該使用者操作該健身器材之一運動數據；生理訊號感測器用於偵測該使用者之一生理訊號；其中，該健身器材與該生理訊號感測器具有與該虛擬實境裝置所顯示之該目標物同步之功能。

於一實施例中，該飛輪具有複數第一測量部及複數第二測量部，該感測器設置於其一該第一測量部及至少一該第二測量部的周邊相鄰處，該感測器基於從複數該第一測量部及複數該第二測量部所取得的訊號，偵測該健身器材之飛輪的迴轉角度、運動軌跡與方向之一運動數據。

於一實施例中，該虛擬實境裝置更具有一雙向傳輸功能，其可傳送訊號給該健身器材、自該健身器材接收該運動數據以及自該生理訊號感測器接收該生理訊號，並且依據該運動數據以及該生理訊號，改變該顯示器之畫面所顯示之該目標物的動作與音效。

於一實施例中，該虛擬實境裝置可連動於一智慧型手機。

於一實施例中，該健身器材之該感測器係一同心圓盤型感測器、一輪轉式感測器及/或一飛輪感測器，且該感測器用於偵測該健身器材之一飛輪的迴轉角度、運動軌跡與方向，以產生該運動數據。

於一實施例中，該健身器材之感測器係一線性或非線性感測器，用以感測一線性或非線性運動，以產生運動數據。

於前兩個實施例中，該健身器材之該感測器係由磁石與磁簧開關、霍爾感測器、光耦合開關及/或二軸或多於二軸之動作感測器所組成。

於一實施例中，該健身器材包含一扭力計，其用於偵測該使用者操作該健身器材之扭力大小、扭力軌跡與方向。

於一實施例中，該生理訊號感測器係一心跳感測器、血壓感測器、溫度感測器或血糖感測器，其係可拆卸地裝設於該使用者之胸口、手腕或其他適當部位。

於一實施例中，該生理訊號感測器係三軸或三軸以上之動作感測器，其係可拆卸地裝設於該使用者之手指、手腕、手臂、腳、鞋子或其他適當部位，以量測該使用者之移動速度、加速度與方向。

本發明於提供上述方法之同時，亦對應地提供一種頭戴式目標物同步健身系統，其包含：一虛擬實境裝置、一健身器材、一生理訊號感測器與一訊號收發器。虛擬實境裝置包含一顯示器，且該顯示器之畫面係依據該使用者之操作而顯示一目標物，該虛擬實境裝置係可拆卸地裝設於一使用者之頭部，並提供該使用者一互動功能；健身器材具有一感測器，該感測器用於偵測該使用者操作該健身器材之一運動數據；生理訊號感測器用於偵測該使用者之一生理訊號；以及訊號收發器，係用於傳送訊號至該健身器材與該生理訊號感測器、接收來自該健身器材之該運動數據與該生理訊號感測器之該生理訊號，以及將所接收之該運動數據與該生理訊號傳送至該虛擬實境裝置；其中，該健身器材與該生理訊號感測器具有與該虛擬實境裝置所顯示之該目標物雙向同步之功能。

於一實施例中，該虛擬實境裝置依據該運動數據與該生理訊號而將該顯示器所顯示之該目標物同步。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

100、200‧‧‧頭戴式目標物同步健身系統

110、210‧‧‧虛擬實境裝置

120、220‧‧‧健身器材

121‧‧‧感測器

122‧‧‧飛輪

1221‧‧‧第一測量部

1222‧‧‧第二測量部

122’‧‧‧齒輪組

123‧‧‧曲柄

124‧‧‧軸承

125‧‧‧飛輪固定座

1211‧‧‧X感測器

1212‧‧‧Y感測器

1213‧‧‧Z感測器

1214‧‧‧電荷放大器

1215‧‧‧溫度感應器

1216‧‧‧類比數位轉換器

1217‧‧‧數位濾波器

1218‧‧‧I2C數位引擎

1219‧‧‧輸入/輸出控制端

130、230‧‧‧生理訊號感測器

140‧‧‧使用者

240‧‧‧同步訊號收發器

圖1為依據本發明一實施例之頭戴式目標物同步健身系統的方塊圖。

圖2為依據本發明一實施例之頭戴式目標物同步健身系統之使用情境的示意圖。

圖3a、3b、3c、3d、3e為依據本發明一實施例之健身器材之感測器之設置位置的示意圖。

圖4為依據本發明一實施例之健身器材之感測器之電路方塊圖。

圖5為依據本發明一實施例之健身器材之感測器之計算運動數據的流程圖。

圖6為依據本發明一實施例之頭戴式目標物同步健身系統的方塊圖。

圖7a與7b為依據本發明一實施例之頭戴式目標物同步健身系統之使用情境的示意圖。

以下將以圖式及詳細說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。

於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

關於本文中所使用之用詞(terms)，除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本揭露之描述上額外的引導。

請參考圖1，圖1為依據本發明一實施例之頭戴式目標物同步健身系統的方塊圖。如圖1所示，頭戴式目標物同步健身系統100包含虛擬實境裝置110、健身器材120與生理訊號感測器130，而虛擬實境裝置110、健身器材120與生理訊號感測器130彼此可透過藍芽或無線網路建立連結，亦即虛擬實境裝置110、健身器材120與生理訊號感測器130皆可包含有一藍牙模組(圖未繪示)及/或網路模組(圖未繪示)，以提供藍牙與無線網路服務予虛擬實境裝置110、健身器材120與生理訊號感測器130。此外，虛擬實境裝置110、健身器材120與生理訊號感測器130皆可包含有一處理電路(圖未繪示)，其可包含至少一處理器以執行程式碼，並且執行程式碼之處理電路係用來控制虛擬實境裝置110、健身器材120與生理訊號感測器130之運作。其中，該程式碼可為一程式模組，諸如一軟體模組或一韌體模組，這只是為了說明的目的而已，並非對本發明之限制。

請一併參考圖2，圖2為依據本發明上述實施例之頭戴式目標物同步健身系統100之使用情境的示意圖。於此實施例中，虛擬實境裝置110可包含一顯示器(圖未繪示)，且該顯示器之畫面可依據使用者140之操作而顯示一目標物，虛擬實境裝置110係可拆卸地裝設於使用者140之頭部，並提供該使用者140一互動功能。健身器材120可具有一感測器(圖未繪示)，該感測器用於偵測該使用者140操作該健身器材120之一運動數據。生理訊號感測器130可用於偵測該使用者140之一生理訊號。其中，該健身器材120與該生理訊號感測器130具有與該虛擬實境裝置110所顯示之該目標物雙向同步之功能。舉例而言，虛擬實境裝置110可具有雙向傳輸功能，其可傳送訊號給該健身器材120、自該健身器材120接收該運動數據以及自該生理訊號感測器130接收該生理訊號，並且依據該運動數據以及該生理訊號，改變該顯示器之畫面所顯示之該目標物的動作與音效。

於一實施例中，虛擬實境裝置110可連動於一智慧型手機。舉例而言，該智慧型手機可做為虛擬實境裝置110之一操作裝置(或稱為控制器)，使用者140可操作智慧型手機選擇虛擬實境裝置110之操作模式，例如使用者可操作智慧型手機選擇一登山步道，使得虛擬實境裝置110顯示對應登山步道之目標物，諸如山坡路與其周圍風景；又例如，使用者可操作智慧型手機選擇一路跑活動，使得虛擬實境裝置110顯示對應路跑活動之目標物，諸如路跑活動之路線與參賽的跑者。據此，使用者可彷彿身歷其境地，隨著目標物跑步。其中，智慧型手機可使用近距離通訊(NFC)、藍牙及/或無線網路與虛擬實境裝置110溝通。

於一實施例中，可利用智慧型手機顯示屏做螢幕(例如Samsung Gear或Google carboard)外加塑膠透鏡殼組成虛擬實境裝置110，並與健身器材120、生理訊號感測器130以及使用者140溝通，此方式係利用手機之螢幕模擬3D畫面。

於此實施例中，顯示器利用兩個顯示屏直接推動結合成3D畫面，此方式須利用電腦做3D影像處理。

於一實施例中，該健身器材120可包含一扭力計(Torque meter)，其用於偵測該使用者操作該健身器材之扭力大小、扭力軌跡、方向與轉速變化。

於一實施例中，該生理訊號感測器130係一心跳感測器、血壓感測器、溫度感測器或血糖感測器，其係可拆卸地裝設於該使用者之胸口、手腕或其他適當部位。

於一實施例中，該生理訊號感測器130係三軸或三軸以上之動作感測器，其係可拆卸地裝設於該使用者之手指、手腕、手臂、腳、鞋子或其他適當部位，以量測該使用者之移動速度、加速度與方向。

請一併參考圖2與圖3a~3e，圖3a、3b、3c、3d與3e為依據本發明一實施例之健身器材120之感測器之設置位置的示意圖。於一實施例中，健身器材120之該感測器121可為一同心圓盤型感測器，且該感測器121可用於偵測該健身器材120之飛輪122的迴轉角度、運動軌跡與方向，以產生該運動數據。舉例而言，健身器材120之感測器121可設置於飛輪122的軸心上，如圖3a所示。或者，健身器材120之感測器121可設置於齒輪組122’之定子側邊之踏板的曲柄123(又稱為Cadence)上，如圖3b所示。於另一實施例中，健身器材120之該感測器121可為一轉輪式感測器，其可設置於飛輪122上，其中軸承124係位於飛輪122之中心，如圖3c所示。於又一實施例中，健身器材120之該感測器121可為一飛輪感測器，其可設置於飛輪固定座125上，如圖3d所示。如圖3e所示，使用者可握著把手滑動，使飛輪122轉動取出訊號。此外，該飛輪122係可具有複數第一測量部1221及複數第二測量部1222，該感測器121進一步設置於其一該第一測量部1221及至少一該第二測量部1222周邊相鄰處的位置，當該飛輪122轉動時，該感測器121則會基於從複數該第一測量部及複數該第二測量部1222所取得的訊號，以偵測該健身器材120之飛輪122的迴轉角度、運動軌跡與方向，進以產生該運動數據。

於一實施例中，該健身器材120之該感測器121可為由磁石與磁簧開關(Reed switch)、霍爾感測器(Hall Tr.)、光耦合開關及/或二軸或多於二軸之動作感測器所組成。舉例而言，上述之二軸或多於二軸之動作感測器可為一重力感測器(G sensor)。請參考圖4，其為本發明之一實施例之健身器材120之感測器121之電路方塊圖，其中感測器121可為一重力感測器。感測器121可包含X感測器1211、Y感測器1212、Z感測器1213、電荷放大器1214、溫度感應器1215、類比數位轉換器1216、數位濾波器1217、I2C數位引擎1218與輸入/輸出控制端1219。其中，X感測器1211、Y感測器1212與Z感測器1213分別用來感測X軸、Y軸與Z軸之變化量。溫度感應器1215可用來感測溫度之變化量。電荷放大器1214可用來將X感測器1211、Y感測器1212、Z感測器1213與溫度感應器1215之機械量轉變成與其成正比的電荷。類比數位轉換器1216可用來將類比形式的連續訊號轉換為數位形式的離散訊號。數位濾波器1217可對數位訊號進行濾波處理以得到期望的響應特性的離散時間系統，實作上，數位濾波器1217可包含暫存器、延時器、加法器和乘法器等基本數位電路。I2C數位引擎1218用來對上述之數位訊號進行運算處理，以取得運動數據，諸如角速度、轉速或位置。輸入/輸出控制端1219可用於輸入及/或輸出上述運動數據。

請參考圖5，圖5為依據本發明一實施例之健身器材之感測器之計算運動數據的流程圖。

於步驟501中，啟動重力感測器。

於步驟502中，判斷是否可初始化重力感測器，若可則進入步驟504，若不可則進入步驟503。

於步驟503中，關閉重力感測器。

於步驟504中，讀取重力感測器，分別計算XYZ三軸之能量。

於步驟505中，分別以XYZ三軸所取得之數值，計算方向與角度。

於步驟506中，判斷是否轉一圈，若是則進入步驟507，圈數之數值加一，接著進入步驟508，若否則直接進入步驟508。

於步驟508中，判斷是否結束，亦即是否使用者停止操作健身器材，若是則結束流程，若否則再次進入步驟504。

請參考圖6，圖6為依據本發明一實施例之頭戴式目標物同步健身系統的方塊圖。如圖6所示，頭戴式目標物同步健身系統200包含虛擬實境裝置210、健身器材220、生理訊號感測器230與同步訊號收發器240，而虛擬實境裝置210、健身器材220、生理訊號感測器230與同步訊號收發器240彼此可透過藍芽或無線網路建立連結。其中，虛擬實境裝置210、健身器材220、生理訊號感測器230與上述實施例之虛擬實境裝置110、健身器材120、生理訊號感測器130相同，本發明於此不再贅述。

於此實施例中，同步訊號收發器240可用於傳送與接收訊號至健身器材220與生理訊號感測器230、接收來自健身器材220之該運動數據與生理訊號感測器230之該生理訊號，以及將所接收之該運動數據與該生理訊號傳送至該虛擬實境裝置210。其中，虛擬實境裝置210可依據上述之運動數據與生理訊號而將顯示器所顯示之該目標物同步，並發射訊號經由同步訊號收發器240給健身器材220及生理訊號感測器230，以進行雙向溝通。

請參考圖7a與7b，圖7a與7b為依據本發明上述實施例之頭戴式目標物同步健身系統200之使用情境的示意圖。於此實施例中，健身器材220為一划船健身器材。其中，該健身器材220與該生理訊號感測器230具有與虛擬實境裝置210所顯示之該目標物雙向同步之功能。舉例而言，虛擬實境裝置210可具有雙向傳輸功能，其可傳送訊號給該健身器材220、自該健身器材220接收運動數據以及自生理訊號感測器230接收該生理訊號，並且依據上述運動數據以及上述生理訊號，改變虛擬實境裝置210之顯示器畫面所顯示之目標物的動作與音效。此實施例與上述實施例相似之處於此不再贅述。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims

一種頭戴式目標物同步健身系統，其包含：一虛擬實境裝置，包含一顯示器，且該顯示器之畫面係依據一使用者之操作而顯示一目標物，該虛擬實境裝置係可拆卸地裝設於該使用者之頭部，並提供該使用者一互動功能；一健身器材，係具有一感測器，該感測器用於偵測該使用者操作該健身器材之一飛輪的迴轉角度、運動軌跡與方向之一運動數據；以及一生理訊號感測器，係用於偵測該使用者之一生理訊號；其中，該健身器材與該生理訊號感測器具有與該虛擬實境裝置所顯示之該目標物雙向同步之功能；其中，該飛輪具有複數第一測量部及複數第二測量部，該感測器設置於其一該第一測量部及至少一該第二測量部的周邊相鄰處，該感測器基於從複數該第一測量部及複數該第二測量部所取得的訊號，偵測該健身器材之飛輪的迴轉角度、運動軌跡與方向之一運動數據。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該虛擬實境裝置更具有一雙向傳輸功能，其可傳送訊號給該健身器材、自該健身器材接收該運動數據以及自該生理訊號感測器接收該生理訊號，並且依據該運動數據以及該生理訊號，改變該顯示器之畫面所顯示之該目標物的動作與音效。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該虛擬實境裝置係利用兩個顯示屏直接推動結合成3D畫面。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該虛擬實境裝置可利用一智慧型手機顯示屏作為螢幕，並外加透鏡殼組成該虛擬實境裝置。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該健身器材之該感測器係一同心圓盤型感測器、一輪轉式感測器及/或一飛輪感測器。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該健身器材包含一扭力計，其用於偵測該使用者操作該健身器材之扭力大小、扭力軌跡、方向與速度。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該生理訊號感測器係一心跳感測器、血壓感測器、溫度感測器或血糖感測器，其係可拆卸地裝設於該使用者之胸口、手腕。
如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該生理訊號感測器係三軸或三軸以上之動作感測器，其係可拆卸地裝設於該使用者之手指、手腕、手臂、腳、鞋子，以量測該使用者之移動速度、加速度與方向。
一種頭戴式目標物同步健身系統，其包含：一虛擬實境裝置，包含一顯示器，且該顯示器之畫面係依據該使用者之操作而顯示一目標物，該虛擬實境裝置係可拆卸地裝設於一使用者之頭部，並提供該使用者一互動功能；一健身器材，係具有一感測器，該感測器用於偵測該使用者操作該健身器材之一運動數據，其中該感測器用於偵測該健身器材之一飛輪的迴轉角度、運動軌跡與方向，以產生該運動數據；一生理訊號感測器，係用於偵測該使用者之一生理訊號；以及一同步訊號收發器，係用於傳送訊號至該健身器材與該生理訊號感測器、接收來自該健身器材之該運動數據與該生理訊號感測器之該生理訊號，以及將所接收之該運動數據與該生理訊號傳送至該虛擬實境裝置；其中，該健身器材與該生理訊號感測器經由該同步訊號收發器具有與該虛擬實境裝置所顯示之該目標物雙向同步之功能；其中，該飛輪具有複數第一測量部及複數第二測量部，該感測器設置於其一該第一測量部及至少一該第二測量部上，該感測器基於從該第一測量部及該第二測量部所取得的訊號，偵測該健身器材之飛輪的迴轉角度、運動軌跡與方向之一運動數據。