[发明专利]基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统

说明书

本发明公开了一种基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统，包括跑步机本体，跑步机本体包括由一电机带动的一跑带，跑带下方设有柔性力敏传感器，跑步机本体处设有一3D深度摄像头；柔性力敏传感器用于采集使用者的足底压力分布信息并上传至一上位机处，3D深度摄像头用于采集使用者的跑步姿态信息并上传至上位机处；上位机能够根据当前主观加减速意图与当前速度及加速度信息对通过一电机驱动模块对电机的转速进行调节。本发明能够较佳地对跑带的速度进行自适应调节。

技术领域

本发明涉及跑步机技术领域，具体涉及一种基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统。

背景技术

电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，它能够通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于被动地形成跑和走，从动作外形上看，几乎与普通在地面上跑或走一样，但从人体用力上看，在电动跑步机上跑、走比普通跑、走省去了一个蹬伸动作。正是这一点使每一个在电动跑步机上走跑的人感到十分轻松自如，可使人比普通跑步多跑1/3左右的路程，能量消耗也比普通走、跑为多。另外，由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，进而可根据锻炼目的进行自主选择。

虽然电动跑步机具有上述优点，但是由于使用者在电动跑步机上是进行跟跑的，也就是说，使用者需要根据电动跑步机的速度或加速度进行跑动，而现有电动跑步机的速度或加速度都是人为进行设定的，一旦设定好就会稳定运行。这就使得，使用者在跑步过程中不能够自主地进行加速或减速，否则极易摔倒。

发明内容

本发明的内容是提供一种基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷，能够依据跑步者在跑步过程中的实时深度图像信息来实现对跑步机速度的自适应调节。

根据本发明的基于3D深度摄像头和柔性力敏传感器的跑步机自适应系统，其包括跑步机本体，跑步机本体包括由一电机带动的一跑带；跑带下方设有柔性力敏传感器，跑步机本体处设有一3D深度摄像头；柔性力敏传感器用于采集使用者的足底压力分布信息并通过通信接口将采集到的信息上传至一上位机处，3D深度摄像头用于采集使用者的跑步姿态信息并上传至上位机处；上位机依据柔性力敏传感器获取的跑步者的步频、步长、支撑时、腾空时、后蹬力；通过机器学习，能够建立足底压力分布信息与使用者的速度及加速度信息的模型，进而根据柔性力敏传感器处采集的使用者当前足底压力分布信息获取使用者的当前速度及加速度信息；上位机还能够依据3D深度摄像头采集的深度图像，识别跑步者的关节分类和人体中心，通过机器学习，建立跑步姿态信息与使用者的主观加减速意图间的模型，进而根据3D深度摄像头处采集的使用者当前跑步姿态信息而预测处使用者的当前主观加减速意图；上位机还能够根据当前主观加减速意图与当前速度及加速度信息对通过一电机驱动模块对电机的转速进行调节。

作为优选，足底压力分布信息包括步频、步长、支撑时间、腾空时间和后蹬力。

作为优选，3D深度摄像头能够对使用者的全身进行拍摄，通过发射激光散斑，采集返回的已经形变的结构光，计算具有三维空间深度信息，产生目标物的深度图像。

作为优选，上位机根据3D深度摄像头采集到的深度图像，采用阈值分割分离出跑步者图像与背景图像，并计算人体中心点，对跑步者图像采用随机森林分类进行身体、手臂和下肢的关节定位，通过机器学习，建立跑步者人体中心点，身体、手臂和下肢关节位置信息与使用者加减速动作间的模型，并所得加减速意图向电机驱动模块发送命令。

本发明与现有技术相比的优点在于：