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專利名稱：用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(yùn)動(dòng)及弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
近年來，以微機(jī)電制程來制造微慣性感測(cè)組件的相關(guān)技術(shù)已相當(dāng)成熟，感測(cè)組件的尺寸已可大幅度地縮小，因此，以微慣性感測(cè)組件來感測(cè)人體動(dòng)作的變化已成為一種發(fā)展的趨勢(shì)。一般在描述人體直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常是使用加速度計(jì)，而在描述人體弧線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，則是使用陀螺儀。
美國專利US6183365此案說明了以單軸加速度計(jì)配戴至手腕的例子，當(dāng)使用者出直拳時(shí)，單軸加速度計(jì)可偵測(cè)出拳方向的加速度，并檢示加速度計(jì)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(yùn)動(dòng)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(shí)加入了人體弧線運(yùn)動(dòng)時(shí)，便不得不使用陀螺儀來感測(cè)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(dòng)作時(shí)，若要感測(cè)直線運(yùn)動(dòng)則需要使用加速度計(jì)；若要感測(cè)弧線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則需要使用陀螺儀。目前，加速度計(jì)與陀螺儀在制程上并無法合并來制造，若要同時(shí)感測(cè)人體直線與弧線運(yùn)動(dòng)，勢(shì)必得將加速度計(jì)與陀螺儀一起使用，從訊號(hào)處理的角度來看，訊號(hào)種類變多會(huì)使得計(jì)算變得復(fù)雜，從成本上的考慮來看，價(jià)格會(huì)變得較昂貴，先前技術(shù)對(duì)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，單純使用一雙軸加速度傳感器來同時(shí)偵測(cè)人體直線與弧線運(yùn)動(dòng)，而不須使用陀螺儀等其它慣性感測(cè)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(shí)偵測(cè)人體直線與弧線運(yùn)動(dòng)，而不須另外使用陀螺儀來描述人體弧線運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的次要目的是將人體運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其配戴于人體上，可用來偵測(cè)人體的特定動(dòng)作，該感測(cè)裝置包括至少一雙軸加速度傳感器、一訊號(hào)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(cè)一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對(duì)應(yīng)輸出一感測(cè)訊號(hào)；該訊號(hào)處理單元用于處理該每一感測(cè)訊號(hào)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式。
較佳地，該訊號(hào)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(chǔ)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(chǔ)存單元用于儲(chǔ)存該初始狀態(tài)定位單元校正后的加速度信息。此時(shí)，該判斷單元?jiǎng)t可根據(jù)該修正后的加速度信息來判斷該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式，以便能夠更精確地判斷出人體的某個(gè)特定動(dòng)作，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是屬于直線運(yùn)動(dòng)或是弧線運(yùn)動(dòng)。
該加速度信息則包括有以該第一方向的加速度值與時(shí)間為坐標(biāo)的關(guān)系圖與以該第二方向的加速度值與時(shí)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(gè)時(shí)間點(diǎn)的加速度值，并視其需求，計(jì)算出所需的速度值及位移量。
再著，該感測(cè)裝置可設(shè)置一顯示單元，如液晶面板等，以便將運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相關(guān)信息顯示在屏幕上。該感測(cè)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(yùn)動(dòng)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(dòng)的娛樂效果。
縱合上述，本發(fā)明提出一種用以偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其利用加速度感測(cè)計(jì)即可同時(shí)描述人體的直線與弧線運(yùn)動(dòng)，并可配戴至人體身上各處，不僅架設(shè)簡(jiǎn)易，價(jià)格也較為便宜。


圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的方塊圖。
圖2A-圖2E為本發(fā)明較佳實(shí)施例于感測(cè)人體出直拳的動(dòng)作狀態(tài)圖。
圖3A-圖3E為本發(fā)明較佳實(shí)施例于感測(cè)人體出勾拳的動(dòng)作狀態(tài)圖。
圖4A為本發(fā)明較佳實(shí)施例于直拳動(dòng)作及勾拳動(dòng)作的加速度圖。
圖4B、圖4C為顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例于直拳動(dòng)作及勾拳動(dòng)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(cè)裝置；110雙軸加速度傳感器；115感測(cè)訊號(hào)；120訊號(hào)處理單元；122初始狀態(tài)定位單元；124數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元；125具有加速度信息的訊號(hào)；130判斷單元；135帶有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息的訊號(hào)；137帶有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息的訊號(hào)；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(shí)施例方式
為能對(duì)本發(fā)明的特征、目的及功能有更進(jìn)一步的認(rèn)知與了解，茲配合附圖詳細(xì)說明如后請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的方塊圖。感測(cè)裝置100配戴于人體上，可用來偵測(cè)人體直線與弧線運(yùn)動(dòng)，感測(cè)裝置100包括一雙軸加速度傳感器110、一訊號(hào)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(hào)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(chǔ)存單元124。其中該雙軸加速度傳感器110用于偵測(cè)一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對(duì)應(yīng)輸出一感測(cè)訊號(hào)115；該訊號(hào)處理單元120用于處理該感測(cè)訊號(hào)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(chǔ)存單元124用于儲(chǔ)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(hào)125來判斷一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式，并可將帶有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息的訊號(hào)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相關(guān)信息直接顯示在感測(cè)裝置100上，其中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相關(guān)信息可顯示出使用者做出直線運(yùn)動(dòng)或弧線運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)的娛樂效果，例如使用者做出勾拳的動(dòng)作時(shí)，其它周邊電子裝置可發(fā)出燈光或聲響來對(duì)應(yīng)使用者所做出的動(dòng)作。
由于人體在做出動(dòng)作時(shí)，會(huì)受到重力或慣性的影響而造成偵測(cè)加速度時(shí)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(diǎn)取出，以補(bǔ)償加速度值的誤差。
請(qǐng)參考圖2A-圖2E，圖2A-圖2E為本發(fā)明較佳實(shí)施例于感測(cè)人體出直拳的動(dòng)作狀態(tài)圖。出直拳的動(dòng)作是從出拳前的預(yù)備動(dòng)作開始，到完成整個(gè)出直拳的動(dòng)作，最后再收拳而回復(fù)至下一次出拳前的預(yù)備動(dòng)作為止，在此將出直拳的動(dòng)作劃分成五個(gè)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(shí)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(cè)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(yùn)動(dòng)。
請(qǐng)參考圖3A-圖3E，圖3A-圖3E為本發(fā)明較佳實(shí)施例于感測(cè)人體出勾拳的動(dòng)作狀態(tài)圖。出勾拳的動(dòng)作亦可劃分成五個(gè)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(cè)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(shí)刻，at方向必須隨時(shí)平行出拳方向30的切線方向，藉此偵測(cè)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(yùn)動(dòng)。至于an方向所偵測(cè)出的加速度值則可用來描述勾拳的揮動(dòng)方向，如順時(shí)間方向或是逆時(shí)間方向。
請(qǐng)參考圖4A，圖4A為本發(fā)明較佳實(shí)施例于直拳動(dòng)作及勾拳動(dòng)作的加速度圖。實(shí)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(shí)at與an的相對(duì)變化關(guān)系；右半部顯示出勾拳時(shí)at與an的相對(duì)變化關(guān)系，從圖中可發(fā)現(xiàn)出直拳時(shí)，at與an為同相位；出勾拳時(shí)，at與an會(huì)有一相位差P，當(dāng)勾拳方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向時(shí)，at的相位會(huì)落后an的相位；同樣地，當(dāng)勾拳方向?yàn)轫槙r(shí)針方向時(shí)，at的相位會(huì)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(yùn)動(dòng)的方向。
請(qǐng)參考圖4B、圖4C，圖4B、圖4C是顯示本發(fā)明較佳實(shí)施例于直拳動(dòng)作及勾拳動(dòng)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(dòng)作所顯示的圖形是隨時(shí)間呈現(xiàn)一直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)；勾拳動(dòng)作所顯示的圖形是隨時(shí)間呈現(xiàn)一圓周運(yùn)動(dòng)，透過圓周運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)方向即可判斷出勾拳的揮動(dòng)方向。
綜合上述，本發(fā)明提出一種用以偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其利用一雙軸加速度感測(cè)計(jì)即可同時(shí)描述人體的直線與弧線運(yùn)動(dòng)，更可與其它周邊電子裝置產(chǎn)生一互動(dòng)機(jī)制以增添娛樂效果。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(hù)范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施狀況。
權(quán)利要求
1.一種用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，包括至少一雙軸加速度傳感器，用于偵測(cè)一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對(duì)應(yīng)輸出一感測(cè)訊號(hào)；一訊號(hào)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(cè)訊號(hào)以提供一加速度信息；以及一判斷單元，耦接該訊號(hào)處理單元，并根據(jù)該加速度信息來判斷一運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式。
2.如權(quán)利要求1所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該訊號(hào)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該訊號(hào)處理單元包括一數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元，用于儲(chǔ)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式。
5.如權(quán)利要求1所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(shí)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(shí)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式為一直線運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式為一弧線運(yùn)動(dòng)。
10.如權(quán)利要求1所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該感測(cè)裝置配戴于人體上，用以偵測(cè)人體的特定動(dòng)作。
13.一種用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，包括至少一雙軸加速度傳感器，用于偵測(cè)一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對(duì)應(yīng)輸出一感測(cè)訊號(hào)；一訊號(hào)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(cè)訊號(hào)以提供一加速度信息，其特征在于，該訊號(hào)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(chǔ)存單元，用于儲(chǔ)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(hào)處理單元，并根據(jù)該修正后的加速度信息來判斷該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式。
14.如權(quán)利要求13所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(shí)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(shí)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式為一直線運(yùn)動(dòng)。
18.如權(quán)利要求13所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模式為一弧線運(yùn)動(dòng)。
19.如權(quán)利要求13所述的用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)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(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其特征在于，該感測(cè)裝置配戴于人體上，用以偵測(cè)人體的特定動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于偵測(cè)直線與弧線運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置，其配戴于人體上，可用來偵測(cè)人體的特定動(dòng)作，該感測(cè)裝置包括至少一雙軸加速度傳感器、一訊號(hào)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(cè)一第一方向的加速度及一第二方向的加速度，并對(duì)應(yīng)輸出一感測(cè)訊號(hào)；該訊號(hào)處理單元用于處理該每一感測(cè)訊號(hào)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(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01P15/18GK1991371SQ200510135248
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院