專利名稱：用于偵測直線與弧線運動的感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，特別涉及一種利用雙軸加速度傳感器以判斷人體的直線運動及弧線運動的感測裝置。
背景技術(shù)：
近年來，以微機電制程來制造微慣性感測組件的相關(guān)技術(shù)已相當(dāng)成熟，感測組件的尺寸已可大幅度地縮小，因此，以微慣性感測組件來感測人體動作的變化已成為一種發(fā)展的趨勢。一般在描述人體直線運動時，通常是使用加速度計，而在描述人體弧線或旋轉(zhuǎn)運動時，則是使用陀螺儀。
美國專利US6183365此案說明了以單軸加速度計配戴至手腕的例子，當(dāng)使用者出直拳時，單軸加速度計可偵測出拳方向的加速度，并檢示加速度計上的最大值及最小值，來判斷出直拳的狀態(tài)以及所出直拳的力道大小，然而其僅能獲得人體直線運動的單一軸向信息，若是出拳狀態(tài)為一勾拳狀態(tài)，也就是同時加入了人體弧線運動時，便不得不使用陀螺儀來感測旋轉(zhuǎn)方向的角速度大小。
因此，以微慣性傳感器來描述人體肢體動作時，若要感測直線運動則需要使用加速度計；若要感測弧線或旋轉(zhuǎn)運動則需要使用陀螺儀。目前，加速度計與陀螺儀在制程上并無法合并來制造，若要同時感測人體直線與弧線運動，勢必得將加速度計與陀螺儀一起使用，從訊號處理的角度來看，訊號種類變多會使得計算變得復(fù)雜，從成本上的考慮來看，價格會變得較昂貴，先前技術(shù)對于此一問題并未公開任何解決的手段。
有鑒于此，本發(fā)明提出一種用以偵測直線與弧線運動的感測裝置，單純使用一雙軸加速度傳感器來同時偵測人體直線與弧線運動，而不須使用陀螺儀等其它慣性感測組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是使用一雙軸加速度傳感器以同時偵測人體直線與弧線運動，而不須另外使用陀螺儀來描述人體弧線運動。
本發(fā)明的次要目的是將人體運動狀態(tài)的相關(guān)信息以無線或是有線的方式傳送至各種周邊電子裝置，以達(dá)成多媒體互動的娛樂效果。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其配戴于人體上，可用來偵測人體的特定動作，該感測裝置包括至少一雙軸加速度傳感器、一訊號處理單元以及一判斷單元。其中該至少一雙軸加速度傳感器用于偵測一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對應(yīng)輸出一感測訊號；該訊號處理單元用于處理該每一感測訊號以提供一加速度信息；該判斷單元是根據(jù)該加速度信息來判斷一運動狀態(tài)的模式。
較佳地，該訊號處理單元更包括一初始狀態(tài)定位單元以及一數(shù)據(jù)儲存單元，其中該初始狀態(tài)定位單元用于紀(jì)錄人體初始平衡位置的加速度信息；該數(shù)據(jù)儲存單元用于儲存該初始狀態(tài)定位單元校正后的加速度信息。此時，該判斷單元則可根據(jù)該修正后的加速度信息來判斷該運動狀態(tài)的模式，以便能夠更精確地判斷出人體的某個特定動作，其運動狀態(tài)是屬于直線運動或是弧線運動。
該加速度信息則包括有以該第一方向的加速度值與時間為坐標(biāo)的關(guān)系圖與以該第二方向的加速度值與時間為坐標(biāo)的關(guān)系圖，其中該第一方向與該第二方向相互垂直。透過上述的關(guān)系圖，使用者可取得各個時間點的加速度值，并視其需求，計算出所需的速度值及位移量。
再著，該感測裝置可設(shè)置一顯示單元，如液晶面板等，以便將運動狀態(tài)的相關(guān)信息顯示在屏幕上。該感測裝置亦可設(shè)置一通訊傳輸單元，以無線或是有線的方式將運動狀態(tài)的相關(guān)信息傳送至各種周邊電子裝置，以達(dá)成多媒體互動的娛樂效果。
縱合上述，本發(fā)明提出一種用以偵測直線與弧線運動的感測裝置，其利用加速度感測計即可同時描述人體的直線與弧線運動，并可配戴至人體身上各處，不僅架設(shè)簡易，價格也較為便宜。


圖1為本發(fā)明較佳實施例的方塊圖。
圖2A-圖2E為本發(fā)明較佳實施例于感測人體出直拳的動作狀態(tài)圖。
圖3A-圖3E為本發(fā)明較佳實施例于感測人體出勾拳的動作狀態(tài)圖。
圖4A為本發(fā)明較佳實施例于直拳動作及勾拳動作的加速度圖。
圖4B、圖4C為顯示本發(fā)明較佳實施例于直拳動作及勾拳動作下切線加速度與向心加速度的關(guān)系圖。
附圖標(biāo)記說明100感測裝置；110雙軸加速度傳感器；115感測訊號；120訊號處理單元；122初始狀態(tài)定位單元；124數(shù)據(jù)儲存單元；125具有加速度信息的訊號；130判斷單元；135帶有運動狀態(tài)信息的訊號；137帶有運動狀態(tài)信息的訊號；140顯示單元；150通訊傳輸單元；20出拳方向；22雙軸加速度傳感器；30出拳方向；32雙軸加速度傳感器。
具體實施例方式
為能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認(rèn)知與了解，茲配合附圖詳細(xì)說明如后請參考圖1，圖1為本發(fā)明較佳實施例的方塊圖。感測裝置100配戴于人體上，可用來偵測人體直線與弧線運動，感測裝置100包括一雙軸加速度傳感器110、一訊號處理單元120、一判斷單元130、一顯示單元140以及一通訊傳輸單元150，而該訊號處理單元120更包括一初始狀態(tài)定位單元122及一數(shù)據(jù)儲存單元124。其中該雙軸加速度傳感器110用于偵測一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對應(yīng)輸出一感測訊號115；該訊號處理單元120用于處理該感測訊號115以提供一加速度信息；該初始狀態(tài)定位單元122用于紀(jì)錄人體初始平衡位置的加速度信息；該數(shù)據(jù)儲存單元124用于儲存該初始狀態(tài)定位單元122校正后的加速度信息；該判斷單元130是根據(jù)具有該加速度信息的訊號125來判斷一運動狀態(tài)的模式，并可將帶有運動狀態(tài)信息的訊號135及137分別傳送給顯示單元140及通訊傳輸單元150。
顯示單元140可將運動狀態(tài)的相關(guān)信息直接顯示在感測裝置100上，其中運動狀態(tài)的相關(guān)信息可顯示出使用者做出直線運動或弧線運動的次數(shù)，而該顯示單元140是指一小型的液晶面板或是任何具有顯示功能的電子電路。
此外，透過無線傳輸單元150以無線或是有線的方式將運動狀態(tài)的相關(guān)信息，例如揮直拳或揮勾拳的次數(shù)或是對應(yīng)于揮拳所耗損的卡路里等數(shù)據(jù)，傳送至各種周邊電子裝置來達(dá)成多媒體互動的娛樂效果，例如使用者做出勾拳的動作時，其它周邊電子裝置可發(fā)出燈光或聲響來對應(yīng)使用者所做出的動作。
由于人體在做出動作時，會受到重力或慣性的影響而造成偵測加速度時發(fā)生誤差的情形，故該初始狀態(tài)定位單元122可將受重力影響初始加速度平衡點取出，以補償加速度值的誤差。
請參考圖2A-圖2E，圖2A-圖2E為本發(fā)明較佳實施例于感測人體出直拳的動作狀態(tài)圖。出直拳的動作是從出拳前的預(yù)備動作開始，到完成整個出直拳的動作，最后再收拳而回復(fù)至下一次出拳前的預(yù)備動作為止，在此將出直拳的動作劃分成五個狀態(tài)，其完整的循環(huán)是從狀態(tài)(2A)依序至狀態(tài)(2E)，其中狀態(tài)(2C)表示出拳的手臂已完全挺直，此時在出拳方向20產(chǎn)生一最大的加速度值。若將一雙軸加速度傳感器22依照at與an方向置于手腕處，在狀態(tài)(2C)的情形下，at方向平行于出拳方向20，故可偵測到與出拳方向平行的加速度值，以便用來描述人體出直拳的直線運動。
請參考圖3A-圖3E，圖3A-圖3E為本發(fā)明較佳實施例于感測人體出勾拳的動作狀態(tài)圖。出勾拳的動作亦可劃分成五個狀態(tài)，其完整的循環(huán)是從狀態(tài)(3A)依序至狀態(tài)(3E)，其中雙軸加速度傳感器22為了偵測出拳方向30上的最大加速度值，故在揮勾拳過程中的任一時刻，at方向必須隨時平行出拳方向30的切線方向，藉此偵測出拳方向30上的加速值，以便用來描述人體出勾拳的弧線運動。至于an方向所偵測出的加速度值則可用來描述勾拳的揮動方向，如順時間方向或是逆時間方向。
請參考圖4A，圖4A為本發(fā)明較佳實施例于直拳動作及勾拳動作的加速度圖。實線部份代表at方向的加速度值，虛線部份代表an方向的加速度值，圖中的左半部顯示出直拳時at與an的相對變化關(guān)系；右半部顯示出勾拳時at與an的相對變化關(guān)系，從圖中可發(fā)現(xiàn)出直拳時，at與an為同相位；出勾拳時，at與an會有一相位差P，當(dāng)勾拳方向為逆時針方向時，at的相位會落后an的相位；同樣地，當(dāng)勾拳方向為順時針方向時，at的相位會領(lǐng)先an的相位，因此透過相位領(lǐng)先或落后的情形，可判斷出弧線運動的方向。
請參考圖4B、圖4C，圖4B、圖4C是顯示本發(fā)明較佳實施例于直拳動作及勾拳動作下切線加速度與向心加速度的關(guān)系圖。在以切線加速度值及向心加速度值為坐標(biāo)軸的坐標(biāo)平面上，直拳動作所顯示的圖形是隨時間呈現(xiàn)一直線往復(fù)運動；勾拳動作所顯示的圖形是隨時間呈現(xiàn)一圓周運動，透過圓周運動的旋轉(zhuǎn)方向即可判斷出勾拳的揮動方向。
綜合上述，本發(fā)明提出一種用以偵測直線與弧線運動的感測裝置，其利用一雙軸加速度感測計即可同時描述人體的直線與弧線運動，更可與其它周邊電子裝置產(chǎn)生一互動機制以增添娛樂效果。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能以之限制本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。即凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化及修飾，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和權(quán)利要求保護范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進一步實施狀況。
權(quán)利要求
1.一種用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，包括至少一雙軸加速度傳感器，用于偵測一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對應(yīng)輸出一感測訊號；一訊號處理單元，耦接該至少一雙軸加速度傳感器，用于處理該每一感測訊號以提供一加速度信息；以及一判斷單元，耦接該訊號處理單元，并根據(jù)該加速度信息來判斷一運動狀態(tài)的模式。
2.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該訊號處理單元包括一初始狀態(tài)定位單元，用于紀(jì)錄人體初始平衡位置的加速度信息。
3.如權(quán)利要求2所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該訊號處理單元包括一數(shù)據(jù)儲存單元，用于儲存該初始狀態(tài)定位單元校正后的加速度信息。
4.如權(quán)利要求3所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該判斷單元是根據(jù)該修正后的加速度信息來判斷該運動狀態(tài)的模式。
5.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該第一方向垂直于該第二方向。
6.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該加速度信息包括以該第一方向的加速度值與時間為坐標(biāo)的關(guān)系圖。
7.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該加速度信息包括以該第二方向的加速度值與時間為坐標(biāo)的關(guān)系圖。
8.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該運動狀態(tài)的模式為一直線運動。
9.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該運動狀態(tài)的模式為一弧線運動。
10.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，包括一顯示單元。
11.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，包括一通訊傳輸單元。
12.如權(quán)利要求1所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該感測裝置配戴于人體上，用以偵測人體的特定動作。
13.一種用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，包括至少一雙軸加速度傳感器，用于偵測一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對應(yīng)輸出一感測訊號；一訊號處理單元，耦接該至少一雙軸加速度傳感器，用于處理該每一感測訊號以提供一加速度信息，其特征在于，該訊號處理單元更包括一初始狀態(tài)定位單元，用于紀(jì)錄人體初始平衡位置的加速度信息；以及一數(shù)據(jù)儲存單元，用于儲存該初始狀態(tài)定位單元校正后的加速度信息；以及一判斷單元，耦接該訊號處理單元，并根據(jù)該修正后的加速度信息來判斷該運動狀態(tài)的模式。
14.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該第一方向垂直于該第二方向。
15.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該加速度信息包括以該第一方向的加速度值與時間為坐標(biāo)的關(guān)系圖。
16.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該加速度信息包括以該第二方向的加速度值與時間為坐標(biāo)的關(guān)系圖。
17.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該運動狀態(tài)的模式為一直線運動。
18.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該運動狀態(tài)的模式為一弧線運動。
19.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，包括一顯示單元。
20.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，包括一通訊傳輸單元。
21.如權(quán)利要求13所述的用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其特征在于，該感測裝置配戴于人體上，用以偵測人體的特定動作。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于偵測直線與弧線運動的感測裝置，其配戴于人體上，可用來偵測人體的特定動作，該感測裝置包括至少一雙軸加速度傳感器、一訊號處理單元以及一判斷單元，其中該至少一雙軸加速度傳感器用于偵測一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對應(yīng)輸出一感測訊號；該訊號處理單元用于處理該每一感測訊號以提供一加速度信息；該判斷單元是根據(jù)該加速度信息來判斷人體的直線與弧線運動。
文檔編號G01P15/18GK1991371SQ200510135248
公開日2007年7月4日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者連智偉, 呂英閣, 蔡明杰, 劉順男 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院