采用立体视觉的智能跑步机的制作方法

本专利涉及一种采用立体视觉的智能跑步机，属于健身器材领域。

背景技术：

随着人们生活水平的不断提高，对身体健康越来越重视。而体育锻炼是保持身体健康的重要手段，并且有利于人体骨骼、肌肉的生长，增强心肺功能，改善血液循环系统、呼吸系统、消化系统的机能状况，有利于人体提高抗病能力，增强有机体的适应能力，体育锻炼能改善神经系统的调节功能，提高神经系统对人体活动时错综复杂变化的判断能力，并及时做出协调、准确、迅速的反应，同时使人体适应内外环境的变化、保持肌体生命活动的正常进行。

而跑步机因为占地小，可以放在家里，或者健身场馆，并且结构设计的原因使运动过程中对腿部关节的冲击损伤小，因此很受大家的欢迎。但是目前跑步机智能化程度低，运动过程中调节速度以及跑带斜度，需要改变身体姿态，通过机架前部的按键进行操作，一方面影响运动的连续性，另一方面，也是最重要的问题，操作过程中容易造成运动人员跌倒，从而导致损伤。

技术实现要素：

本专利的目的是提供一种采用立体视觉的智能跑步机。该方案利用立体视觉技术，识别人体及手部动作，进行人体状态及手势识别，作为人机交互的命令输入方式。

本专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

采用立体视觉的智能跑步机，包括起支撑作用的机架，驱动跑带的跑步电机和控制所述的跑带倾斜角度的升降电机，还包括电子控制装置，所述的电子控制装置包括：

——进行集中控制的处理器，所述的处理器负责图像采集，立体视觉计算，电机控制和人机交互处理；

——与所述的处理器连接的第一红外摄像头和第二红外摄像头，设置在所述的机架的上部，以固定间距进行水平放置，用于采集红外视觉信息，进行人体的三维计算；

——与所述的处理器连接的红外结构光发生器，设置在所述的第一红外摄像头和第二红外摄像头之间，用于发射网状主动红外光，增加场景的纹理；

——与所述的处理器连接的RGB摄像头，设置在所述的第一红外摄像头和第二红外摄像头之间，用于采集图像信息；

——与所述的处理器连接的脉搏检测电路，可测量运动人员的脉搏数据；

——与所述的处理器连接的人机界面，包括按键和LCD显示器，设置在所述的机架上，用于指令输入和信息显示；

——与所述的处理器连接的变频器，所述的变频器与所述的跑步电机连接，用于控制所述的跑步电机的启动、停止和速度；

——与所述的处理器连接的升降电机驱动器，所述的升降电机驱动器与所述的升降电机连接，用于控制所述的跑带的倾斜角度。

本专利的有益效果主要表现在：1、利用立体视觉识别人体手势动作，进行指令的输入，调节速度和跑带斜度；2、识别人体状态，一方面可以在人体出现跌倒状况下，紧急停机。

附图说明

图1是采用立体视觉的智能跑步机的外形图；

图2是采用立体视觉的智能跑步机的局部视图；

图3是采用立体视觉的智能跑步机的控制原理图。

图4是采用立体视觉的智能跑步机的启动手势图；

图5是采用立体视觉的智能跑步机的调速手势图；

图6是采用立体视觉的智能跑步机的停机手势图；

图7是采用立体视觉的智能跑步机的制动手势图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述：

参照图1-7，采用立体视觉的智能跑步机，包括起支撑作用的机架1，包括底座、扶手和支撑容纳其他部件的框架，还包括驱动跑带的跑步电机11，所述的跑步电机11的速度变化实现跑步速度的调节，还包括控制所述的跑带倾斜角度的升降电机9，斜度的变化实现运动负载的变化，还包括电子控制装置，所述的电子控制装置包括：

——进行集中控制的处理器2，所述的处理器2负责图像采集，立体视觉计算，电机控制和人机交互处理，是控制的核心；

——与所述的处理器2连接的第一红外摄像头3和第二红外摄像头4，设置在所述的机架1的上部，用于采集红外视觉信息，进行人体的三维计算。所述的第一红外摄像头3和第二红外摄像头4以固定间距进行水平放置，所以对于环境中的同一红外目标在所述的第一红外摄像头3和第二红外摄像头4上的成像位置会有差异，距离近差异越大，距离远差异越小，因此根据成像视差可进行场景的深度计算，也就是说，可以分辨人体和背景，能够识别人脸和手部，及动作，为智能化功能提供基础；

——与所述的处理器2连接的红外结构光发生器6，设置在所述的第一红外摄像头3和第二红外摄像头4之间，用于发射网状主动红外光，增加场景的纹理，提高场景深度计算的质量；

——与所述的处理器2连接的RGB摄像头5，设置在所述的第一红外摄像头3和第二红外摄像头4之间，用于采集图像信息，可拍摄及记录运动过程，并协助实现人面和手部识别；

——与所述的处理器2连接的脉搏检测电路7，可测量运动人员的脉搏数据，可采用指脉检测方式，通过检测通过指头血流脉冲来计算脉搏数据，也可以采用人体静电检测方法，通过检测人体每次心跳时生物电的变化来计算脉搏数据；

——与所述的处理器2连接的人机界面12，包括按键和LCD显示器，设置在所述的机架1上，用于指令输入和信息显示。所述的按键作为常规指令的输入方式，稳定而可靠，可实现开关机，速度调节，斜度调节等；所述的LCD显示器可以显示各种图像信息，比如虚拟运动场景，运动人员的运动图像以及跑步机状态等；

——与所述的处理器2连接的变频器10，所述的变频器10与所述的跑步电机11连接，用于控制所述的跑步电机11的启动、停止和速度；

——与所述的处理器2连接的升降电机驱动器8，所述的升降电机驱动器8与所述的升降电机9连接，用于控制所述的跑带的倾斜角度。

所述的处理器内部设置手势控制算法，当所述的智能跑步机开启了以后，执行所述的手势控制算法，所述的手势控制算法包括以下步骤：

(1)所述的处理器通过所述的RGB摄像头采集人脸图像，通过所述的第一红外摄像头和第二红外摄像头采集人脸三维信息，提取人脸信息以确认运动人员就位以后，进入步骤2；

(2)所述的处理器识别运动人员的手势信号，如果是启动手势，即OK型手势，进入步骤3；

(3)所述的处理器识别运动人员的手势信号，如果是慢速手势，即单指向上的手势，则进入竞走模式，所述的处理器控制所述的跑步电机保持4km/h的速度；如果是中速手势，即两指向下的手势，则进入慢跑模式，所述的处理器控制所述的跑步电机保持8km/h的速度；如果是快速手势，即三指向上的手势，则进入快跑模式，所述的处理器控制所述的跑步电机保持12km/h的速度；然后，所述的手势控制算法进入步骤4；

(4)所述的处理器识别运动人员的手势信号，如果是调速手势，即数字6的手势，进入步骤5；如果角度手势，即手掌打开五指并拢的手势，进入步骤6；如果是停机手势，即数字0的手势，所述的处理器进行控制所述的跑步电机缓慢停机并返回步骤1；如果是制动手势，即握拳的手势，或者所述的处理器无法识别人脸信息，所述的处理器进行所述的跑步电机刹车停机并返回步骤1；

(5)所述的处理器识别运动人员的手势信号，如果是增加手势，即拇指向上并握拳的手势，则所述的处理器控制所述的跑步电机增加速度0.5km/h；如果是降低手势，即拇指向下并握拳的手势，则所述的处理器控制所述的跑步电机减低速度0.5km/h；如果无手势信号，则返回步骤4；

(6)所述的处理器识别运动人员的手势信号，如果是所述的增加手势，则所述的处理器控制所述的升降电机增加坡度1°；如果是所述的降低手势，则所述的处理器控制所述的升降电机减少坡度1；如果无手势信号，则返回步骤4。

当运动人员开始跑步时，打开所述的智能跑步机；附图4中的启动手势，慢速手势，中速手势，快速手势可以进行跑步速度的选择。当运动人员出现启动手势时，进行跑步速度的切换，随后如果出现慢速手势，则所述的智能跑步机进入竞走模式，保持4km/h的速度；如果出现中速手势，则所述的智能跑步机进入慢跑模式，保持8km/h的速度；如果出现快速手势，则所述的智能跑步机进入速跑模式，保持12km/h的速度。

若所述的智能跑步机所提供的速度档位不能满足运动人员自身的要求，同样可以通过附图5的手势进行调节。当出现调速手势时，则表示运动人员要求进行速度调节：随后出现的增加手势，表示加快跑步速度；如果出现降低手势，表示跑步速度减慢。当运动人员调节到自己想要的速度时，则扯开手势。当运动人员需要加大或减小运动量，除了提高或减慢速度意外，还可以通过增加或降低所述的跑带的斜度，运动人员可以通过附图5的角度手势，增加手势，降低手势来控制所述的跑带的斜度。当角度手势出现时，所述的智能跑步机进入所述的跑带斜度调节状态：随后出现的增加手势，则所述的智能跑步机增加所述的跑带的斜度；如果随后出现的是降低手势，则所述的智能跑步机降低所述的跑带的斜度。

附图6中的停机手势，表示运动人员在运动结束后把所述的智能跑步机的速度降为0。

当运动人员运动时会出现一些意外情况：摔倒或者运动过程心率过快等，则所述的智能跑步机无法采集到人脸图像或者运动人员跑步时出现意外情况而展现附图7的制动手势，则所述的智能跑步机进行紧急制动把跑带的速度降为0。