本发明涉及智能运动设备技术领域，特别涉及一种哑铃运动数据处理方法、装置、系统及可读存储介质。
背景技术：
近年来，随着人民生活水平的提高，人们越来越注重身心健康，健身的意识也越来越强。然而据调查报告显示：我国人民的身体形态、机能以及体质呈下降趋势，这其中内在的原因：一方面，虽有健身的意识，但由于工作、学习压力大，压抑了对体育健身的追求；另一方面，即使能坚持锻炼，但是由于没有设计好科学合理的健身计划，又缺乏科学的指导训练，仍难以达到有效的健身效果。
哑铃作为一种非常常见的健身器材，在人们的日常健身生活中起着较为重要的作用。然而，在没有健身教练的情况下，如何正确地使用哑铃进行规范地锻炼，成为了一个需要解决的问题。
技术实现要素：
基于此，本发明的目的是为了解决现有的哑铃，无法对用户的动作进行规范性指导，不能很好地达到锻炼效果的问题。
本发明提出一种哑铃运动数据处理方法，其中，所述方法包括：
获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
本发明提出的哑铃运动数据处理方法，在用户利用哑铃进行锻炼时，设于哑铃内的传感器会获取对应的加速度以及四元数，然后根据四元数计算可得到俯仰角、横滚角以及航向角，经在绝对坐标系中转换得到转换加速度后，可计算得到该哑铃的运动轨迹，然后将计算得到的运动轨迹与标准运动轨迹进行比较，从而实现动作校准指导的功能。本发明提出的哑铃运动数据处理方法，可实现动作校对，提高用户运动时动作的准确性。
另外，本发明提出的哑铃运动数据处理方法，还可以具有如下附加的技术特征：
所述哑铃运动数据处理方法，其中，所述当前加速度包括x轴加速度以及y轴加速度，所述转换加速度包括x轴转换加速度以及y轴转换加速度，根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度的方法包括如下步骤：
a"x＝axcosyaw+aysinyaw；
a"y＝aycosyaw-axsinyaw
其中，a′x为所述x轴转换加速度，a′y为所述y轴转换加速度，ax为所述x轴加速度，ay为所述y轴加速度，yaw为所述航向角。
所述哑铃运动数据处理方法，其中，所述当前加速度包括x轴加速度以及y轴加速度，所述转换加速度包括x轴转换加速度以及y轴转换加速度，根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度的方法包括如下步骤：
a"x＝(ax-16384sin(pitch/180*3.14)/16384；
a"y＝(ay-16384sin(roll/180*3.14)/16384
其中，a′x为所述x轴转换加速度，a′y为所述y轴转换加速度，pitch为弧度制的所述俯仰角，roll为弧度制的所述横滚角。
所述哑铃运动数据处理方法，其中，所述根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹的方法包括如下步骤：
其中，s0_x，s0_y分别为x轴初始位移，y轴初始位移，v0_xt，v0_yt分别为x轴初始速度，y轴初始速度，yaw为所述航向角。
所述哑铃运动数据处理方法，其中，所述预设数据库中包括多个不同项目类型的运动轨迹，所述方法还包括：
当接收到一开机信号时，监测是否接收到一项目选择指令；
若是，则根据所述项目选择指令，在所述预设数据库中查找对应的所述标准运动轨迹。
所述哑铃运动数据处理方法，其中，所述方法还包括：
根据所述哑铃的运动轨迹以及所述标准运动轨迹计算得到所述哑铃的运动偏离度；
根据所述运动偏离度，在预设映射表中查找对应的运动评分值。
所述哑铃运动数据处理方法，其中，所述方法还包括：
当判断到所述运动评分值小于最低预设评分值，则生成第二语音提示信息，所述第二语音提示信息用于提示用户停止运动。
本发明还提出一种哑铃运动数据处理装置，其中，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
轨迹计算模块，用于根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
运动提示模块，用于当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
本发明还提出一种哑铃运动数据处理系统，其中，所述处理系统包括一六轴传感器、与所述六轴传感器存在数据传输的单片机、蓝牙装置以及移动显示终端，所述单片机执行如下所述的方法：
获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如上所述的哑铃运动数据处理方法。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提出的哑铃运动数据处理方法的流程图；
图2为本发明第一实施例提出的哑铃运动数据处理方法中加速度的转换示意图；
图3为本发明第二实施例提出的哑铃运动数据处理方法中哑铃运动数据处理方法的流程图；
图4为本发明第三实施例提出的哑铃运动数据处理装置的结构示意图；
图5为本发明第四实施例提出的哑铃运动数据处理系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
哑铃作为一种非常常见的健身器材，在人们的日常健身生活中起着较为重要的作用。然而，在没有健身教练的情况下，如何正确地使用哑铃进行规范地锻炼，成为了一个需要解决的问题。
为了解决这一技术问题，本发明提出一种哑铃运动数据处理方法，请参阅图1与图2，对于本发明第一实施例提出的哑铃运动数据处理方法，包括如下步骤：
s101，获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角。
当用户通过哑铃进行健身锻炼时，该哑铃在运动时对应有一加速度。在此需要说明的是，在本发明中，仅考虑的为哑铃在二维平面的运动，也即所获得的加速度为x轴加速度ax以及y轴加速度ay。对所获取的四元数而言，由于在该哑铃中内置有一mpu6050传感器，该mpu6050传感器内设有加速度计以及陀螺仪，并具有计算模块，可对获得的四元数进行运算得到上述的俯仰角pitch、横滚角roll以及航向角yaw。
s102，根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹。
如上所述，在计算得到了俯仰角pitch、横滚角roll以及航向角yaw之后，为了得到图形处理曲线轨迹，需要在绝对坐标系中进行计算转换，以计算得到转换加速度。其中，转换加速度包括x轴转换加速度a′x以及y轴转换加速度a′y。具体的转换公式如下所述：
a"x＝axcosyaw+aysinyaw；
a"y＝aycosyaw-axsinyaw
其中，a′x为x轴转换加速度，a′y为y轴转换加速度，ax为x轴加速度，ay为y轴加速度，yaw为航向角。
在计算得到了x轴转换加速度a′x以及y轴转换加速度a′y之后，对该转换加速度进行二次积分得到对应的位移值。根据x轴方向上的位移以及y轴方向上的位移可得到哑铃的运动轨迹。
s103，当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息。
在确定得到了哑铃的运动轨迹曲线之后，由于在数据库中预先存储了多条标准运动轨迹。根据计算得到了哑铃的当前运动轨迹，将该当前运动轨迹与标准运动轨迹进行比较，若二者不一致，则说明用户已经偏移了标准的动作曲线，该哑铃内置的语音提示器将生成第一语音提示信息，提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
在此需要补充说明的是，当该哑铃内的单片机判断到运动轨迹发生偏移时，会对应计算出偏移的方向以及位移。并通过语音提示，提示用户往正确的运动轨迹方向纠正，从而提高锻炼的质量。
本发明提出的哑铃运动数据处理方法，在用户利用哑铃进行锻炼时，设于哑铃内的传感器会获取对应的加速度以及四元数，然后根据四元数计算可得到俯仰角、横滚角以及航向角，经在绝对坐标系中转换得到转换加速度后，可计算得到该哑铃的运动轨迹，然后将计算得到的运动轨迹与标准运动轨迹进行比较，从而实现动作校准指导的功能。本发明提出的哑铃运动数据处理方法，可实现动作校对，提高用户运动时动作的准确性。
在本发明中，作为另一种优选的计算哑铃运动轨迹的实施例，具体的如下所述：
首先，仍通过上述获得的x轴加速度ax，y轴加速度ay、俯仰角pitch、横滚角roll以及航向角yaw，分别计算得到x轴转换加速度a′x以及y轴转换加速度a′y，具体计算公式为：
a"x＝(ax-16384sin(pitch/180*3.14)/16384；
a"y＝(ay-16384sin(roll/180*3.14)/16384
其中，a′x为x轴转换加速度，a′y为y轴转换加速度，pitch为弧度制的俯仰角，roll为弧度制的横滚角。
然后，根据以下公式分蘖计算得到x轴方向上的位移以及y轴方向上的位移，分别为：
其中，s0_x，s0_y分别为x轴初始位移，y轴初始位移，v0_xt，v0_yt分别为x轴初始速度，y轴初始速度，yaw为航向角。
请参阅图3，对于本发明第二实施例提出的哑铃运动数据处理方法，其具体实施方式如下所述：
s201，接收到一开机信号。
本实施例中的哑铃，内置有六轴传感器、单片机以及蓝牙模块等电子设备。为了保证其正常工作，在该哑铃内还设有电池。当需要使用该哑铃进行锻炼时，用户按下电源键开机，哑铃内的六轴传感器会接收到一开机信号开始工作。
s202，是否接收到项目选择指令。
可以理解的，由于在实际锻炼过程中，包括有多种多样的动作曲线，因此需要用户预存的数据库中，对所需的动作曲线进行选择。在本实施例中，我们将每组动作曲线称之为一组运动项目，当用户对某组运动项目对应的图标进行点击后，系统即接收到了一项目选择指令。
s203，根据项目选择指令，确定对应的标准运动轨迹。
在预设数据库中，每中运动项目曲线均对应有其相应的标准运动轨迹。为了便于区分，可对每个项目进行编号或命名。
s204，根据运动轨迹以及标准运动轨迹计算得到运动偏离度。
在计算得到了哑铃的运动轨迹后，将该运动轨迹与数据库中的标准运动轨迹进行比对。具体的为将运动轨迹上的每个坐标点与标准运动轨迹上的坐标点进行比较，从而确定运动偏离度。例如，运动偏离度为15％。在此需要补充说明的是，上述的运动偏离度也可以偏离长度以及偏离角度的方式进行表示，但为了最终结果更加直观，可转换成百分比的形式。
s205，根据运动偏离度确定运动评分值。
在本实施例中，对应有一预设映射表，在确定了运动偏离度之后，根据该运动偏离度在映射表中查找对应等级的运动评分值。
s206，判断运动评分值是否小于最低预设评分值。
s207，生成第二语音提示信息，提示停止运动。
若用户的运动评分值小于最低预设评分值，则说明用户的动作曲线已严重偏离了标准动作曲线。此时哑铃内的单片机会控制生成第二语音提示信息，提示用户的运动曲线已严重错误，需停止运动进行学习动作课程后再进行锻炼。
请参阅图4，对于本发明第三实施例提出的哑铃运动数据处理装置，其中，所述装置包括参数获取模块100、轨迹计算模块200以及运动提示模块300；
其中所述参数获取模块100具体用于：
获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
所述轨迹计算模块200具体用于：
根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
所述运动提示模块300具体用于：
当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
请参阅图5，对于本发明第四实施例提出的哑铃运动数据处理系统，其中，所述处理系统包括一六轴传感器11、与所述六轴传感器11存在数据传输的单片机12、蓝牙装置13以及移动显示终端20，在本发明中，上述的六轴传感器112为mpu6050传感器，上述的单片机12为stm32f103c8t6，上述的移动显示终端20可以为手机、平板等电子设备。
其中，上述的单片机12执行如下所述的方法：
获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
本发明还提出一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现如上所述的程序运行控制方法。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：rom/ram、磁碟、光盘等。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
技术特征：
1.一种哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
2.根据权利要求1所述的哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述当前加速度包括x轴加速度以及y轴加速度，所述转换加速度包括x轴转换加速度以及y轴转换加速度，根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度的方法包括如下步骤：
a"x＝axcosyaw+aysinyaw；
a"y＝aycosyaw-axsinyaw
其中，a"x为所述x轴转换加速度，a"y为所述y轴转换加速度，ax为所述x轴加速度，ay为所述y轴加速度，yaw为所述航向角。
3.根据权利要求1所述的哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述当前加速度包括x轴加速度以及y轴加速度，所述转换加速度包括x轴转换加速度以及y轴转换加速度，根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度的方法包括如下步骤：
a"x＝(ax-16384sin(pitch/180*3.14)/16384；
a"y＝(ay-16384sin(roll/180*3.14)/16384
其中，a"x为所述x轴转换加速度，a"y为所述y轴转换加速度，pitch为弧度制的所述俯仰角，roll为弧度制的所述横滚角。
4.根据权利要求3所述的哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹的方法包括如下步骤：
其中，s0_x，s0_y分别为x轴初始位移，y轴初始位移，v0_xt，v0_yt分别为x轴初始速度，y轴初始速度，yaw为所述航向角。
5.根据权利要求1所述的哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述预设数据库中包括多个不同项目类型的运动轨迹，所述方法还包括：
当接收到一开机信号时，监测是否接收到一项目选择指令；
若是，则根据所述项目选择指令，在所述预设数据库中查找对应的所述标准运动轨迹。
6.根据权利要求5所述的哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述哑铃的运动轨迹以及所述标准运动轨迹计算得到所述哑铃的运动偏离度；
根据所述运动偏离度，在预设映射表中查找对应的运动评分值。
7.根据权利要求6所述的哑铃运动数据处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
当判断到所述运动评分值小于最低预设评分值，则生成第二语音提示信息，所述第二语音提示信息用于提示用户停止运动。
8.一种哑铃运动数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：
参数获取模块，用于获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
轨迹计算模块，用于根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
运动提示模块，用于当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
9.一种哑铃运动数据处理系统，其特征在于，所述处理系统包括一六轴传感器、与所述六轴传感器存在数据传输的单片机、蓝牙装置以及移动显示终端，所述单片机执行如下所述的方法：
获取所述哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据所述四元数计算得到所述哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；
根据所述当前加速度、所述俯仰角、所述横滚角以及所述航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据所述转换加速度计算得到所述哑铃的运动轨迹；
当判断到所述哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息，所述第一语音提示信息用于提示用户按照标准运动轨迹进行训练。
10.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现上述权利要求1至7任意一项所述的哑铃运动数据处理方法。
技术总结
本发明涉及一种哑铃运动数据处理方法、装置、系统及可读存储介质，该方法包括：获取哑铃运动时的当前加速度以及四元数，并根据四元数计算得到哑铃运动时的俯仰角、横滚角以及航向角；根据当前加速度、俯仰角、横滚角以及航向角在绝对坐标系中计算得到转换加速度，并根据转换加速度计算得到哑铃的运动轨迹；当判断到哑铃的运动轨迹与预设数据库中对应的标准运动轨迹不一致时，则生成第一语音提示信息。本发明提出的哑铃运动数据处理方法，可实现动作校对，提高用户运动时动作的准确性。
技术研发人员：孙力
受保护的技术使用者：江西交通职业技术学院
技术研发日：.10.30
技术公布日：.02.14
