健身器材及用于健身器材的运动评价方法与流程

1.本发明涉及健身器材技术领域，具体而言，涉及一种健身器材及用于健身器材的运动评价方法。


背景技术：

2.当今运动健身越来越成为人们追求健康生活的一种方式。然而，普通人自身具有的运动知识相当有限，并且难以随时获得专业人士的辅导，因而在运动过程中难以对自身训练动作进行专业合理规划以及对完成质量进行监督和评价。这就使得人们在运动过程中经常会因为训练动作不标准而难以达到良好的运动效果，甚至可能会因此造成身体的损伤(当涉及到力量训练时尤为严重)，导致适得其反的结果。因此，希望能够通过健身器材自身对训练动作进行指导，并对完成质量进行评价，以提高运动效果，同时降低运动产生的风险。
3.因此，需要提供一种健身器材及用于健身器材的运动评价方法以至少部分地实现上述需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种健身器材及用于健身器材的运动评价方法，以在训练者使用健身器材进行训练运动时能够对训练动作进行指导，并对完成质量进行评价，以提高运动效果，同时降低运动产生的风险。
5.根据本发明的一个方面，所述运动评价方法包括：
6.获取训练者执行训练动作的节点位置特征；
7.获取由训练者操作的操作元件执行所述训练动作的运动参数；
8.将所述节点位置特征与标准训练动作对应的标准节点位置特征进行比较；
9.将所述运动参数与标准训练动作对应的标准运动参数进行比较；
10.基于所述节点位置特征和所述运动参数的比较结果判定训练动作的完成质量。
11.在一些实施方式中，节点位置特征包括训练者的鼻、肩、肘、腕、髋、膝、踝、足跟和足尖中至少一个的节点坐标；
12.将所述节点位置特征与标准训练动作对应的标准节点位置特征进行比较的步骤包括：
13.选择预定的节点；
14.确定所述预定节点在执行训练动作时的坐标值；
15.将所述坐标值与标准训练动作对应的标准坐标值进行比较。
16.在一些实施方式中，所述节点位置特征还包括通过连接不同的节点限定的向量；
17.将所述节点位置特征与标准训练动作对应的标准节点位置特征进行比较的步骤还包括：
18.确定所述预定节点在执行训练动作时限定的向量；
19.将所述向量与标准训练动作对应的标准向量和/或参考坐标系进行比较。
20.在一些实施方式中，所述参考坐标系以两个髋关节连线的中心为原点，并分别以人体的高度方向、平行于人体臂展的水平方向以及人体与健身器材之间的距离方向为坐标轴。
21.在一些实施方式中，所述方法还包括：
22.获取至少两个节点位置特征；
23.将所述至少两个节点位置特征之间进行比较；
24.基于所述至少两个节点位置特征之间的比较结果判定训练动作的完成质量。
25.在一些实施方式中，所述健身器材包括图像采集单元和/或由训练者穿戴的具有传感器的附件，通过所述图像采集单元和/或所述附件获取所述节点位置特征。
26.在一些实施方式中，所述健身器材包括负载元件和缆线，所述负载元件用于提供训练所需的负载，所述操作元件通过缆线与所述负载元件联接；
27.所述运动参数包括所述缆线的位移、所述缆线的移动速度和经由所述缆线传递至所述操作元件的负载的强度中的至少一个。
28.在一些实施方式中，所述健身器材还包括用于感测所述缆线的移动的位置传感器。
29.在一些实施方式中，所述负载元件基于所述缆线的位移和/或移动速度调节负载的强度。
30.在一些实施方式中，所述缆线位移包括从0开始的准备动作位移，在所述缆线移动至所述准备动作位移之前，所述负载的强度为0，并且在所述缆线移动经过所述准备动作位移之后，所述负载元件将负载的强度调节至预定水平。
31.在一些实施方式中，在所述缆线移动经过所述准备动作位移之后，所述负载元件基于所述缆线的位移成比例地将负载的强度调节至预定水平。
32.在一些实施方式中，在缆线移动经过所述准备动作位移且未达到对应于训练动作终点的终点位移时，所述负载元件响应于所述缆线的移动速度小于预定速度范围而降低负载的强度，并且/或者所述负载元件响应于所述缆线的移动速度大于预定速度范围而增加负载的强度。
33.在一些实施方式中，所述负载元件基于时间成比例地增加或降低负载的强度。
34.在一些实施方式中，在降低负载的强度时，所述负载元件基于所述缆线移动经过预定位移和/或所述缆线的移动速度处于预定速度范围内而停止降低负载的强度，并且/或者
35.在增加负载的强度时，所述负载元件基于所述缆线的移动速度处于预定速度范围内而停止增加负载的强度。
36.在一些实施方式中，在所述缆线回收的过程中，所述负载元件逐渐降低负载的强度。
37.在一些实施方式中，所述负载元件响应于所述缆线的移动速度大于安全阈值而将负载的强度降为0。
38.在一些实施方式中，所述负载元件响应于所述节点位置特征超过标准节点位置特征而降低负载的强度。
39.在一些实施方式中，所述方法还包括：
40.基于所述节点位置特征与标准节点位置特征的比较结果达标时缆线的实际位移，确定对应于标准运动参数的标准缆线位移。
41.在一些实施方式中，当所述节点位置特征和所述运动参数两者的比较结果均处于预定阈值范围内时，判定训练动作的完成质量达标，并且
42.当所述节点位置特征和所述运动参数两者中的任一比较结果处于预定阈值范围外时，判定训练动作的完成质量不达标。
43.在一些实施方式中，所述健身器材包括对称操作的两个操作元件；
44.所述方法还包括：
45.获取每个操作元件的运动参数；
46.将两个操作元件各自的运动参数进行比较；
47.根据两个操作元件各自的运动参数的比较结果判定训练动作的完成质量。
48.在一些实施方式中，当两个操作元件各自的运动参数的差值均处于预定阈值范围内时，判定训练动作的完成质量达标，并且
49.当两个操作元件各自的运动参数的差值均处于预定阈值范围外时，判定训练动作的完成质量不达标。
50.在一些实施方式中，所述方法还包括：
51.在训练结束后对训练信息进行统计，所述训练信息包括训练动作达标次数、消耗热量和训练时长中的至少一项。
52.在一些实施方式中，所述方法还包括：
53.发出用于提示训练动作的完成质量的提示消息。
54.在一些实施方式中，所述提示消息包括视觉信息、听觉信息和触觉信息中的至少一种。
55.在一些实施方式中，所述标准节点位置特征和/或所述标准运动参数基于标准动作库的数据确定，以及/或者基于同一训练者多次重复训练的平均数据确定。
56.在一些实施方式中，所述标准节点位置特征和/或所述标准运动参数包括多组并分别对应于不同的训练强度。
57.根据本发明的另一个方面，健身器材包括：
58.获取元件，所述获取元件构造为能够获取训练者执行训练动作的节点位置特征；
59.操作元件，所述操作元件构造为能够由训练者操作以执行所述训练动作；
60.感测元件，所述感测元件构造为能够感测所述操作元件的运动参数；以及
61.控制元件，所述控制元件与所述获取元件和所述感测元件电连接，并构造为能够执行如上所述的运动评价方法。
62.在一些实施方式中，所述健身器材还包括用于提供训练所需负载的负载元件，所述操作元件通过缆线与所述负载元件联接。
63.在一些实施方式中，所述控制元件与所述负载元件电连接，所述控制元件构造为能够调节所述负载元件提供的负载的强度。
64.在一些实施方式中，所述获取元件包括图像采集单元和/或由训练者穿戴的具有传感器的附件。
65.根据本发明的再一个方面，还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器执行时实现如上所述的运动评价方法。
附图说明
66.为了更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和功能，可以参考附图中所示的优选实施方式。附图中相同的附图标记指代相同的部件。本领域技术人员应该理解，附图旨在示意性地阐明本发明的优选实施方式，对本发明的范围没有任何限制作用，图中各个部件并非按比例绘制。其中，
67.图1为根据本发明的一种优选实施方式的健身器材的示意图。
68.图2为图1所示的健身器材的负载元件的示意图。
69.图3至图5为图1所示的健身器材的感测元件的示意图。
70.图6为图1所示的健身器材与云端服务器通信的示意性框图。
71.图7为根据本发明的一种优选实施方式的运动评价方法的示意性框图。
72.图8为使用图1所示的健身器材进行第一种训练项目的训练强度等级及相应的负载变化曲线的示意图。
73.图9为训练者在运动中提供节点位置特征的节点分布示意图。
74.图10为第二种训练项目中由节点限定的向量的示意图。
75.图11为第三种训练项目中由节点限定的向量及参考坐标系的示意图。
76.图12为第三种训练项目中节点坐标值变化的示意图。
77.图13为第三种训练项目中操作元件的运动参数变化的示意图。
78.图14为第四种训练项目中节点坐标值变化及参考坐标系的示意图。
79.图15为第五种训练项目中的负载变化曲线的示意图。
具体实施方式
80.现在参考附图，详细描述本发明的具体实施方式。这里所描述的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围。
81.本发明提供了一种健身器材以及应用于该健身器材的运动评价方法。在训练者使用该健身器材进行运动训练时，健身器材可以使用运动评价方法对训练者的训练动作进行指导并对完成质量进行评价，有助于提升运动效果，并减少由于不规范的训练动作导致的风险。下面结合附图详细介绍。
82.图1示出了根据本发明的一种优选实施方式的健身器材1，其包括基座10、操作元件20和负载元件30。其中，基座10可以固定地设置在地面、地架或墙面等的固定支撑物上，能够为健身器材1的各种零部件提供支撑和固定。负载元件30可以单独固定，也可以设置在基座10上，其能够提供训练所需的负载。负载元件30的具体形式可以是电动马达、弹簧或重物等任何能提供阻力的装置。操作元件20可以附接至基座10，并且通过诸如缆线21等的传动结构与负载元件30联接。当训练者握持操作元件20完成预定的训练动作时，传动结构可以将负载元件30的负载传递至操作元件20，从而使训练者能够完成所需的抗阻训练。
83.进一步地，健身器材1还包括控制元件40、显示元件50和获取元件60。其中，获取元件60能够获取训练者在训练过程中的运动姿态，尤其是在训练动作终点时训练者的姿态，其可以由训练者的节点位置特征进行表征(将在下文详细描述)。控制元件40可以对所获取的训练者的运动姿态进行分析，并结合由感测元件所感测的操作元件20的运动参数(将在下面详细描述)，评价训练动作的完成质量，然后将评价结果告知训练者。训练者可以根据控制元件40生成的评价结果改进在运动训练过程中的发力和姿态，以提高运动效果。显示元件50可以用于在训练过程中向训练者显示与当前的训练项目有关的指导信息，以及训练完成(可以每完成一个训练动作，也可以是完成整个训练项目，或者结束本次训练)之后向训练者显示评价结果。
84.图2示出了以电动机作为负载元件的一个实施方式。其中，电动机31的输出轴(未示出)与绞盘32联接。缆线21卷绕在绞盘32上，并通过一系列的滑轮22引出联接至操作元件20。当训练者移动操作元件20时，缆线21被拉动，并带动绞盘32转动。这一过程需要克服电动机31所施加的阻力(也即负载)。由此，包括缆线21和滑轮22的传动结构将负载传递至操作元件20。其中，电动机31与控制元件40电连接，使得控制元件40能够调节电动机31的阻力，从而调节传递至操作元件20负载的强度。
85.参考图2和图3，健身器材1还包括第一感测元件23，其用于感测附接至绞盘32的缆线21的位移。具体地，第一感测元件23可以包括第一传感器231和第一磁铁232，两者中的一个固定设置，另一个联接至绞盘32并随绞盘32一起转动。第一传感器231可以是霍尔传感器，其能够在绞盘32转动的过程中感测第一磁铁232的磁场变化，从而确定绞盘32转过的角度。在绞盘32的尺寸(例如半径)已知的情况下，由此可以获得缆线21经过的位移，即l＝ω*r。其中，l表示缆线21的位移，ω为绞盘32转过的角度，r为绞盘32的半径。
86.再参考图1，健身器材1优选地包括两个从基座10的顶部引出供训练者向下拉动的上操作元件20a，和两个从基座10的底部引出供训练者向上拉动的下操作元件20b。其中每个操作元件联接对应的子缆线21a和21b，并且可以被单独操作促动。所有的子缆线21a和21b均通过滑轮22组成的滑轮组汇总联接至缆线21，并最终卷绕在绞盘32上。为了感测每个操作元件的单独位移，健身器材1优选地还包括第二感测元件24和第三感测元件25。
87.可以理解，健身器材1设置有第一感测元件23用于感测缆线21的总的位移(因此第一感测元件23也可以称为0位置感测元件)，因此没有必要针对每个操作元件20均设置一个单独的感测元件。例如，在图示的实施方式中，健身器材1包括四个操作元件，则只需要设置三个感测元件用于感测其中三个操作元件的位移即可。另一个操作元件的位移可以通过由第一感测元件23感测的总位移与其他三个感测元件感测的子位移的差值求得。具体到本实施方式，健身器材1包括两个第二感测元件24用于分别感测两个上操作元件20a的位移，和一个第三感测元件25用于感测一个下操作元件20b的位移。当然，在另外的实施方式中，还可以设置两个第三感测元件并且设置一个第二感测元件。
88.如图4所示，上操作元件20a与卷绕在子滑轮22a上的子缆线21a联接。第二感测元件24的布置与第一感测元件23类似，其包括第二传感器241和第二磁铁242，两者中的一个固定设置，另一个联接至子滑轮22a并随子滑轮22a一起转动。第二传感器241可以是霍尔传感器，其能够在子滑轮22a转动的过程中感测第二磁铁242的磁场变化，从而确定子滑轮22a转过的角度。进而可以根据子滑轮22a的半径等尺寸得到上操作元件20a的位移。
89.再参考图5，下操作元件20b与卷绕在子滑轮22b上的子缆线21b联接。第三感测元件25的布置与第一感测元件23和第二感测元件24类似，其包括第三传感器251和第三磁铁252。另外，第三感测元件25还包括中间轮253，其与子滑轮22b可传动地联接(例如设置为同轴或者通过两者之间的摩擦力实现传动等)。第三传感器251和第三磁铁252两者中的一个固定设置，另一个联接至中间轮253并随中间轮253一起转动。第三传感器251可以是霍尔传感器，其能够在子滑轮22b转动的过程中感测第三磁铁252的磁场变化，从而确定中间轮253转过的角度，然后再根据中间轮253与子滑轮22b的传动方式(例如，二者同轴，则角位移相等，二者相切，则线位移相等)确定子滑轮22b转过的角度。进一步地，即可以根据子滑轮22b的半径等尺寸得到下操作元件20b的位移。
90.当然，在另外的实施方式中，也可以省略中间轮253而将第三传感器251或第三磁铁252直接设置在子滑轮22b上，或者在第一感测元件23和第二感测元件24也可以设置与中间轮253类似的结构。
91.可以将上述第一感测元件23、第二感测元件24和第三感测元件25与控制元件40电连接，并将感测的位移传递至控制元件40。进一步地，控制元件40还可以通过对位移进行微分运算等方式，获得操作元件20的平均速度和瞬时速度等参数。
92.优选地，如图6所示，健身器材1的控制元件40可以包括通信模块，使得控制元件1能够联接至互联网服务器或者云端服务器等。由此，控制元件40可以从互联网服务器或者云端服务器的数据库中下载与训练项目对应的标准动作库、训练者的身体状况等信息，从而提升评价结果的准确性。当然，在另外的实施方式中，标准动作库、训练者的身体状况等信息也可以存储在控制元件40的本地存储模块中。
93.下面结合具体的训练项目，对图7示出的用于健身器材1的运动评价方法进行介绍。
94.在使用健身器材1之前，如图6所示，训练者可以在手机或平板电脑等移动设备上安装app并注册账号，然后完成包含身体情况和健身经验、训练目标等的问卷调查，使得健身器材1能够获知训练者的基础状况。在完成基本信息的采集之后，训练者可以通过服务器中的训练者系统使用账号登录健身器材1(例如可以通过app扫描由显示元件50提供的二维码的方式登录)。登录成功后，健身器材1从服务器同步此账号信息，从服务器的推荐模块获得相关的训练参数，例如适合训练者的训练项目、最佳训练强度、最大配重以及根据训练目标推荐的课程。课程划可以分为若干个强度，课程中的动作自动设置当前强度的配重。
95.图8以腿部力量训练的项目为例，示出了强度分级的一种实施方式。腿部力量训练包括s1-s10十个不同的训练强度。健身器材1为当前训练者推荐了等级为2即s2强度。该训练项目涉及由负载元件30提供负载的场景，因此，控制模块40根据s2强度的信息将电动机31调节至对应的阻力值，以提供相应的负载强度。其中，热身和拉伸类动作不包括提供负载的场景，可以认为其对应的负载强度为0。
96.进一步的，以长直杆深蹲为例，该动作需要使用作为发力器的长直杆的两端分别连接两个下操作元件20b，然后训练者面向健身器材1站在两个下操作元件20b之间的中心线的位置，并以肩颈支撑长直杆完成负重深蹲的动作。从图8可以看到，s2强度中，长直杆深蹲对应的负载强度为12.1kg。该训练动作的准备姿态为身体下蹲并双手握杆。为辅助训练者稳定地进入准备姿态，优选地，控制元件40控制电动机31在准备姿态完成之前不施加阻
力。其中，准备姿态的完成与否可以由缆线21(确切地说，是对应于下操作元件20b的子缆线21b)的位移表征。
97.具体地，训练者具有一定的身高，当缆线21从0位移开始被下操作元件20b拉动时，应当理解此时训练者处于准备姿态中。当缆线21继续向外拉动至预定位移(例如70cm)时，可以认为训练者已经处于下蹲的准备姿态，也即准备完成。其中，从0位移至预定位移的过程，可以对应于准备姿态，控制元件40控制电动机31不施加阻力，负载强度为0。训练者不需要发力对抗作用在缆线21上的阻力，因而可以轻松且安全地完成准备。该预定位移可以称为准备动作位移或准备姿态位移。
98.当缆线21被继续拉动超过准备动作位移时，可以认为训练者已经开始了从下蹲到站立的姿态转换。此时，控制元件40控制电动机31施加阻力，将负载调节至预定的强度，例如12.1kg，以辅助训练者完成训练。其中，控制元件40可以在缆线21超过准备动作位移的瞬间将负载调节至预定的强度。优选地，控制元件40还可以基于缆线21的位移成比例地将负载逐渐调节(例如线性地调节，或指数性地调节)至预定的强度。其中，缆线21对应于调节负载强度的位移可以是整个训练动作中的最大位移(或称达标位移)，也可以是准备动作位移开始的部分位移。如图8所示，缆线21的位移在从70cm增加至80cm的过程中，电动机31以线性发力的方式将负载逐渐增加至12.1kg的预定强度，并在80cm之后直至120cm的达标位移中保持恒定的负载强度。渐变的负载强度可以帮助训练者感受自己是否可以支撑此重量，使训练更安全。当然，电动机31也可以在70cm至120cm的整个位移内线性地增加负载强度。
99.当缆线21的位移达到达标位移(例如120cm)时，控制元件40可以基于缆线21的位移判定一次蹲起动作完成。优选地，健身器材1可以发出提示消息，以提示训练者。在一个实施方式中，可以通过显示元件50给出视觉上的提示，例如在显示元件50上模拟缆线牵引一个配重块，并在缆线的达标位置做标记，当随缆线拉出的配重块向上运动超过达标位置后，配重块颜色发生明显变化或显示文字。在另外的示例中，也可以从听觉上给出提示，鼓励训练者坚持完成训练，例如通过音箱等播放提示音或文字。还可以在操作元件20上，或训练者穿戴的附件上，设置振动装置，通过振动的方式给出提示。在训练结束之后，还可以统计训练者完成的训练动作的达标次数及训练消耗热量、训练时长等数据，以向训练者提供反馈。
100.可以理解，当训练者的身高发生变化，或者不同的训练者使用同一健身器材1时，同一训练动作中缆线的准备动作位移和达标位移、以及适配的负载强度可能会发生变化。优选地，训练者可以对准备动作位移、达标位移和负载强度等进行调节。例如，在app选择设置模式，做好起始姿态准备后，通过触发设置在发力器上或由训练者穿戴的附件上的操作模块(例如按钮等)通知控制元件40将当前的缆线位移设置为准备动作位移，并以同样的方式将训练动作完成时的位移设置为达标位移等。另外，在健身器材1设置有麦克风等的语音输入元件时，还可以通过声控的方式进行设置。在自由训练模式下，还可以由训练者自己编辑此动作的动作包：设置适合自己的配重和起始位置。动作包可以保存在图6所示存储模块，并与该训练者的账号关联，在后续健身过程中可以一键选择动作包开启训练。
101.在训练动作完成时，可能存在缆线位移达标但训练者的动作不标准的情况，例如，虽然训练者站立举起长直杆，但双肩未能保持水平，向单侧倾斜、或者动作错误例如双腿开立距离过大。这些都会降低训练效果甚至造成运动伤害。因此，除了基于操作元件的运动参数(位移、移动速度、负载强度)对训练动作的完成质量进行分析评价之外，健身器材1还可
以通过获取元件60获取训练者的运动姿态，尤其是训练动作终点时的运动姿态，并通过控制元件40对所获取的训练者的运动姿态进行分析评价。
102.根据本发明，可以通过人体关节或其他部位的位置特征来表征训练者的运动姿态。图9相关的节点示意图，其包括鼻、肩、肘、腕、髋、膝、踝、足跟和足尖等部位。基于训练项目的种类，可以从中选取不同的节点来表征训练者的运动姿态。在一个实施方式中，获取元件60可以包括具有摄像头的图像采集单元，通过摄像头获取训练者的影像，并通过图像识别的方法得到所需要的节点的位置特征。在另外的实施方式中，还可以设置具有传感器的可穿戴附件，由训练者将附件佩戴于相应的节点位置，通过获取这些附件发出的信号来获取节点的位置特征。
103.节点位置特征可以包括节点的坐标值。例如，在获取节点的位置特征之后，可以根据参考坐标系对各节点赋予相应的坐标值。如图11所示，参考坐标系可以以两个髋关节连线的中心为原点，并分别以人体的高度方向(y轴)、平行于人体臂展的水平方向(x轴)以及人体与健身器材1之间的距离方向(z轴)为坐标轴。其中，z轴可以表示以臀部中点的深度为原点的节点的深度，值越小，节点距离健身器材1越近。另外还可以对节点赋予一个visibility的值(取值范围可以为[0.0,1.0])指示该节点在图像中的可见(存在且未被遮挡)性。
[0104]
根据本发明，用于评价训练动作的完成质量的节点位置特征可以包括所参考的节点、节点坐标的数值特征、连接节点形成的向量之间或向量与参考坐标系在方向上的关系。相应的评价方法在图7中示出。节点关系包括坐标数值、位置、方向、角度上的关系，用于确定肢体运动轨迹、判断运动范围。
[0105]
仍然以图8中的长直杆深蹲训练为例。在一次深蹲训练的结束位置时，将获取的节点的坐标值与标准动作库中的标准坐标值进行比较，从而对训练动作的完成质量进行评价。例如，当次训练动作完成时获取的当次节点坐标值与标准坐标值的差值在允许的误差范围内，则认为完成质量达标。如果差值超过最大允许误差，则认为当次动作不达标。
[0106]
还可以连接不同的节点形成向量，基于向量对完成质量进行评价。使用向量进行评价是一个更优选的方式，因为向量有方向，可以有效简化计算，例如可以方便地计算肢体位置及其之间的角度等。
[0107]
例如，在一次深蹲训练的结束位置时，人体站直，此时分别连接节点11和12、23和24、25和26、27和28形成4个向量，这4个向量的y、z值应该都接近于0，且节点0可见，这表示训练者此时正面面向健身器材1站立，双肩、髋部、双膝、双脚与地面平行且基本在一个平面上，此次深蹲训练的结束动作非常标准。另外，在深蹲训练的准备姿态或一些带有俯身的动作例如硬拉或俯身提拉，要求训练者背部挺直且与地面有个夹角，图10从身体侧面展示如何通过图9所述节点计算这个角度。控制元件40可以将上述角度与标准动作库中的标准值进行比较，评估训练者的俯身动作，当角度不在标准值的范围内时向训练者发出提示信息，例如“挺直背部并向前或向后一点调整附身动作”、“背部过度向后容易造成拉伤”等。
[0108]
再参考图11至图13，在双手交叉拉绳动作的训练过程中，可以实时监测大臂和小臂的运动轨迹以及缆线21的位移。其中，标准动作要求小臂应尽量保持在一个水平线上，即连接节点11和15的向量与x轴的角度802保持在标准范围内且波动越小代表动作越标准。另外，还可以监测双臂从胸前运动到身体两侧过程中，缆线21的位移随连接节点11与13的向
量(可以用于表征大臂)和连接13与15的向量(可以用于表征小臂)之间的角度801改变的曲线。图13是身高约180cm的用户进行该动作训练的上述曲线。在用户重复训练相同动作的过程中，可以通过多组按标准完成的动作采样数据修正曲线，在用户之后持续性的健身训练过程中，通过计算对比曲线完成训练动作的完成质量的评价。
[0109]
此外，存在控制元件40通过训练者的节点位置特征判断该训练动作达标，但缆线21的位移仍然没有达到达标位移的情况，说明此时操作元件20对应的标准运动参数不适合当前的训练者。优选地，控制元件40可以在当前的标准运动参数基础上自动地减少预定比例。或者也可以由训练者依照上面所述的方式对缆线位移等标准运动参数进行修改。
[0110]
在实际训练过程中，很大一部分训练动作要求训练者通过双手或双脚以对称的方式完成相应地动作，因此健身器材1包括分别对称设置的上操作元件20a和下操作元件20b。根据本发明的运动评价方法还根据对称的操作元件各自的当次运动参数的比较结果判定训练动作的完成质量。例如在使用发力器长直杆连接两下摆臂绳索进行俯身提拉训练时，要求保持双肩水平。其中双肩水平的运动姿态可以通过节点位置特征进行判定。但仅依赖双肩水平并不足以确定动作是达标的，例如在提拉过程中双肩虽然水平但两臂伸展长度不一致。因此，可以通过比较两个对称的操作元件各自的运动参数(例如缆线的位移、缆线的移动速度及各自对应的负载强度等)判定训练动作的完成质量。当两个对称的操作元件各自运动参数的差值在标准动作库设置的预定阈值范围内时，结合双肩水平的运动姿态，可以判定训练动作达标。当差值超出预定阈值范围时，则判定训练动作不达标，提醒训练者保持平行拉动。
[0111]
还有一部分训练项目不需要使用操作元件20。在此类训练项目中，可以认为操作元件20的标准运动参数为0。因而只需要对训练者的节点位置特征进行评价即可。图14示出了开合跳训练项目的示意图。这个训练动作的完成质量的评价标准主要是向身体两侧跳开落地后，双脚之间的距离。因为每个人的步长差异，所以在标准动作库中不设置双脚距离为动作完成的标准，而是计算这个动作结束位置时踝关节点与同侧肩关节点在x轴上的坐标差。其中，δx1代表左脚踝27与左肩11在水平方向上的距离，δx2代表右脚踝28与右肩12在水平方向上的距离。在数值上，δx1和δx2的绝对值在动作标准库中建议大于0.2米，说明向两侧跳开的距离即动作范围达标。如果δx1和δx2的绝对值的差值很小，例如在0.05米之内，说明两侧运动幅度趋于一致，动作达标。进一步地，在方向上，踝关节点27和28在z轴上的坐标差值的绝对值很小，例如在0.06米以内，说明向两侧跳开时身体与健身器材1基本平行，双脚没有前后交叉，动作达标。
[0112]
图15示出了训练者进行卧推训练时负载曲线的变化图。在该训练项目中，训练者可以背对健身器材1躺在健身凳上，使用发力器长直杆连接两个下操作元件20b进行训练。在传统健身房中，经常需要人为辅助，在训练者无力支撑杠铃重量时协助其将杠铃放回架子，防止造成砸伤；或者在训练者无法向上推动时，给予一点力量上的支持，帮助完成动作。使用根据本发明的健身器材1，用户可以在诸如家庭环境中独立完成训练。
[0113]
具体的训练过程如下，首先依据与图8所示的深蹲训练项目类似的方式设置缆线21的准备动作位移、达标位移和相应的负载强度等。在缆线21从0位移移动至准备动作位移的过程中，训练者进行准备姿态相关的动作。此时控制元件40控制电动机31不施加阻力，负载的强度为0。然后训练者以准备姿态继续向上拉出缆线21，控制元件40控制电动机31逐渐
增加阻力到预定的负载强度，帮助训练者找到自己可以支撑的重量。在动作回程过程中经过同样的缆线位移时，电动机31逐渐减小阻力，防止重量过大用户无法支撑时压到自己。
[0114]
在卧推训练中，可能会存在以下情况：训练者由于力竭或其他原因，无法支撑当前的负载强度。此时的运动表现可以是例如，训练者手臂弯曲，向上推举的动作未能达到达标位移(例如处于达标位移的三分之二位置处)，推举的速度明显减小(例如小于预定的速度范围)。控制元件40可以通过对训练者的节点位置特征的识别和对操作元件20的运动参数的感测识别出这样的场景。此时，控制元件40控制电动机31降低所施加的阻力，例如可以基于时间成比例地降低，例如每500ms减少0.5kg，直到训练者可以继续向上拉出缆线21。例如可以基于感测元件感测到缆线21的位移从停止的位置增加了预定的长度，判定训练者可以继续向上拉出缆线21。也可以基于推举的速度恢复到预定的速度范围中，判定训练者可以继续向上拉出缆线21。此时控制元件40控制电动机31停止减小阻力。这样就实现了通过智能变重协助用户完成动作训练。图15是上述场景中负载随缆线位移变化的曲线。当然，这样的策略为优选方式。对于健身经验丰富、期望提高耐力的用户，可以自行关闭以上减力辅助策略。
[0115]
此外，如果预定的负载强度设置过小，训练者拉动缆线21的速度过大，往往会导致无效训练。因此，当控制元件40通过对训练者的节点位置特征的识别和对操作元件20的运动参数的感测识别出这样的场景时，控制元件40控制电动机31增加所施加的阻力，例如可以基于时间成比例地增加，例如每500ms增加0.5kg，直到训练者向上推举拉动缆线21的速度减小到预定的速度范围中，判定当前的负载是适配的。此时控制元件40控制电动机31停止增加阻力。另外，在安全防护策略上，也可以监测缆线21拉出回收、或者手腕关节点下落的速度，例如，当速度大于安全阈值(例如1.5m/s)时，控制电动机31立即卸力到0，防止造成运动伤害。
[0116]
本发明的多种实施方式的以上描述出于描述的目的提供给相关领域的一个普通技术人员。不意图将本发明排他或局限于单个公开的实施方式。如上，在本领域中的普通技术人员将明白本发明的多种替代和变型。因此，虽然具体描述了一些替代实施方式，本领域普通技术人员将明白或相对容易地开发其他实施方式。本发明旨在包括这里描述的本发明的所有替代、改型和变型，以及落入以上描述的本发明的精神和范围内的其他实施方式。