人体运动测量装置、方法及系统与流程

本发明属于运动测量装置领域。

背景技术：

随着穿戴式设备的兴起，人们在运动，例如跑步和走路时，习惯通过手机、手环或者智能手表来统计跑步的距离和走路的步数等。然而很多其他喜闻乐见的室内运动，例如俯卧撑、深蹲、平板支撑等，并没有很便利的工具来辅助进行统计。例如，对于俯卧撑，现有的技术从几个方面来解决俯卧撑自动计数问题，包括

1)压力式，例如专利(申请)cn201010146271.x，cn201510502275.x以及cn201510579134.8等通过在俯卧撑器械上安装压力传感器来实现俯卧撑动作的识别，用途较为单一。

2)光电式，包括红外对射式和反射式，利用的原理是俯卧撑运动时身体对红外线周期性的遮挡来进行识别计数。如专利(申请)200320124735.2，cn03235951.9以及cn201611253418.9等等。这种方法较容易通过非人体的遮挡物来模拟人体运动从而作弊，同时红外线反射对于反射面的平整度和颜色都有要求，人体穿着的衣物由于颜色褶皱各异，较容易导致误判。

3)测距法，包括超声测距等，例如专利(申请)cn200920280144.1、cn201501470605.1中记载的方案原理是通过测距模块测量俯卧撑运动时身体和地面距离的周期性变化来实现计数，其缺点和上述方案类似，一方面容易被非人体的遮挡物模拟人体运动导致误判；另一反面也是超声波对反射面的平坦度有要求，衣物的褶皱会导致测距失败从而识别错误。

以上方法都没有真正获得人体肢体运动时生理特征的变化，因而存在非人体肢体运动也能触发以上装置计数的缺陷，导致误判和作弊。例如，采用光电式、测距法时，利用书本等遮挡物模拟人体也可以产生人体俯卧撑运动类似的计数效果。其次是上述原理的装置存在结构复杂，不够便携，又或者功能单一，只能针对一项运动进行计数的缺点。

随着人们和国家对于健康的重视，国家出台了《健康中国2030规划纲要》中，明确了要进一步繁荣推动全面健身，增强人民体质，并强调了健康相关的穿戴式、智能硬件对于促进健康的作用。手环等计步设备的出现，推动了大家运动的热情和计划性，但对于目前一些常见的室内运动、家庭运动，如俯卧撑、深蹲、平板支撑等还缺乏有效的、结构简单、使用方便的记录、管理和统计分析工具。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种人体运动测量装置，可以识别测量人体某类型运动时生理特征的变化，减少了误判和作弊的可能，并可识别多种运动，且物理结构简单，使用方便。

为了实现以上目的，本发明首先提供一种人体运动测量装置，包括

本体，用于所述人体运动测量装置各单元的固定和人体的承托，包括左承托区和右承托区；

人体阻抗测量单元，安装在本体上，用于人体的生物电阻抗测量，其中包括第一电极组安装在本体左承托区，第二电极组安装在本体右承托区；

运动分析单元，用于根据生物电阻抗波形来分析统计人体运动信息，所述人体运动是指人体左右侧肢体接触上述本体左承托区和右承托区，并能保持上述人体阻抗测量单元正常测量人体生物电阻抗的运动。

上述本体用于人体的承托是指本体用于和人体肢体或任一部位的接触和支撑，包括但不限于本体用于支持人体任一部位对本体实施如下动作：按压、握持、站立、撑立、躺。上述本体对人体的承托是确保人体基于本体进行运动。上述本体左承托区、右承托区的划分应该理解为是名称的区分，并不代表功能上的差异。例如承托左侧肢体的叫左承托区，相应地承托人体右侧肢体的叫右承托区；但反过来命名，或者用户反过来使用并不影响上述人体运动测量装置（简称本装置）的功能。上述人体左、右侧肢体的划分指按照人体可左右对称出现的肢体来划分的，其中人体左侧肢体指左手、左臂、左脚、左腿的任一种或任意组合；人体右侧肢体指右手、右臂、右脚、右腿的任一种或任意组合。上述人体运动，具体指人体左右侧肢体接触上述本体左承托区和右承托区，并能保持上述人体阻抗测量单元正常测量人体生物电阻抗的运动，其中包括了深蹲运动、俯卧撑运动、平板支撑运动。

例如深蹲运动，是一种常见的体育锻炼方式，锻炼者大腿进行连贯的下蹲和站立动作，以达到锻炼人体下肢和心肺功能的目的。结合本装置，深蹲运动时人体双脚（或者也称为双足）站立在本装置的本体上，其中左右脚分别站立在本体左承托区和本体右承托区，并且人体阻抗测量单元能够正常的测量人体双脚之间的人体生物电阻抗（或者说人体阻抗）；在此基础上进行的深蹲运动，人的双脚位置固定，人体阻抗测量单元能够维持正确的双脚间人体生物电阻抗测量，因而满足本装置所述的人体运动要求，可以进行深蹲运动的测量；反之，如果某运动在正常进行过程中需要某脚离开本体，则该种运动不能被本装置测量。此外，为了正确的测量人体双脚间的生物电阻抗，双脚不能穿鞋站立在本体上。

俯卧撑运动，英文名叫push-up，是一种常见的健身运动。结合本装置，俯卧撑运动利用双手撑立在本装置的本体上，其中左右手分别撑立在本体左承托区和本体右承托区，并且人体阻抗测量单元能够正常的测量人体双手之间的人体生物电阻抗，在此基础上进行俯卧撑运动，人的双手位置固定，人体阻抗测量单元能够维持正确的双手间人体生物电阻抗测量，因而满足本装置所述的人体运动要求，可以进行俯卧撑运动的测量；反之，如果某运动在正常进行过程中需要某手离开本体，则该种运动不能被本装置测量。为了更好地测量人体阻抗，俯卧撑运动时应该采用全掌式，即整个手掌撑立在本体上。

平板支持运动，英文叫做plank，是一种常见的健身运动。结合本装置，平板支撑运动利用双前臂撑立在本装置的本体上，其中左右前臂分别撑立在本体左承托区和本体右承托区，并且人体阻抗测量单元能够正常的测量人体双前臂之间的人体生物电阻抗，在此基础上进行平板支撑运动，人的双前臂位置固定，人体阻抗测量单元能够维持正确的双前臂间人体生物电阻抗测量，因而满足本装置所述的人体运动要求，可以进行平板支撑运动的测量；反之，如果某运动在正常进行过程中需要某前臂离开本体，则该种运动不能被本装置测量。

上述运动分析单元通过生物电阻抗波形来分析统计人体运动信息，其基本原理在于，人体运动时，由于周期性的肌肉收缩舒张、肢体电流回路变化等原因，其生物电阻抗会发生相应变化，因而根据人体阻抗的变化就可以分析和统计相应运动的信息。在具体实施例中我们会进一步阐述人体阻抗随运动变化的规律。

优选地，上述人体运动测量装置之运动分析单元包括深蹲测量单元，用于当人体双脚分别站立在所述本体的左承托区和右承托区上进行深蹲运动的测量；具体地，首先根据人体阻抗测量单元测量的生物电阻抗值是否在预设的第一人体阻抗阈值范围内来判断人体双脚是否正确接触所述本体上的第一电极组和第二电极组，若是，则进一步根据生物电阻抗波形中波幅大于预定深蹲幅度阈值的波峰和/或波谷的个数来计算所述深蹲运动的次数。进一步根据人体生物电阻抗波形相邻波峰来判断深蹲运动次数：该相邻的两个波峰到它们中间的波谷的波幅均大于深蹲幅度阈值，且该相邻波峰的周期大于预设的深蹲周期阈值，则该相邻波峰对应一次深蹲运动计数；或根据人体生物电阻抗波形相邻波谷来判断深蹲运动计数：该相邻的两个波谷到它们中间的波峰的波幅均大于深蹲幅度阈值，且该相邻波谷的周期大于预设的深蹲周期阈值，则该相邻波谷对应一次深蹲运动计数。

优选地，上述人体运动测量装置之运动分析单元包括俯卧撑测量单元，用于当人体双手分别撑立在所述本体的左承托区和右承托区进行俯卧撑运动的测量；具体地，首先根据人体阻抗测量单元测量的生物电阻抗值是否在预设的第二人体阻抗阈值范围内来判断人体双手是否正确接触所述本体上的第一电极组和第二电极组，若是，则进一步根据人体生物电阻抗波形中波幅大于预定俯卧撑幅度阈值的波峰和/或波谷的个数来计算所述俯卧撑运动的次数。进一步根据人体生物电阻抗波形相邻波峰来判断俯卧撑运动次数：该相邻的两个波峰到它们中间的波谷的波幅均大于俯卧撑幅度阈值，且该相邻波峰的周期大于预设的俯卧撑周期阈值，则该相邻波峰对应一次俯卧撑运动计数；或根据人体生物电阻抗波形相邻波谷来判断俯卧撑运动次数：该相邻的两个波谷到它们中间的波峰的波幅均大于俯卧撑幅度阈值，且该相邻波谷的周期大于预设的俯卧撑周期阈值，则该相邻波谷对应一次俯卧撑运动计数。

优选地，上述人体运动测量装置之运动分析单元包括平板支撑测量单元，用于当人体双前臂分别撑立在所述本体左承托区和右承托区上进行平板支撑运动的测量；具体地，首先根据人体阻抗测量单元测量的生物电阻抗值是否在预设的第三人体阻抗阈值范围内判断人体双前臂是否正确接触所述本体上的第一电极组和第二电极组，若是，则进一步根据生物电阻抗值维持在预定的平板支撑幅度阈值内的时长来计算所述平板支撑运动的时长。

优选地，所述第一人体阻抗阈值范围、第二人体阻抗阈值范围、第三人体阻抗阈值范围为200欧姆到1500欧姆。

上述生物电阻抗波形波幅是指生物电阻抗波形中波峰最高点到相邻波谷最低点的阻抗差值或和阻抗等效的电压差值。上述生物电阻抗波形的周期是指生物电阻抗波形中相邻波峰或相邻波谷之间的时间间隔。显然，随着人体运动在时间上动作幅度和频率的变化，生物电阻抗波形的波幅和周期也是随着时间变化的，因而形成了波幅序列和周期序列；而满足上述各种运动计数要求的，则是波幅序列和周期序列中的个别波幅和周期。

上述“是否正确接触所述本体上的第一电极组和第二电极组”和“人体阻抗测量单元正常测量人体生物电阻抗”是同一种含义，都是指人体左右侧肢体按照正确的人体阻抗测量方式分别接触上述本体上左、右承托区的第一电极组和第二电极组，从而使阻抗测量单元能够正常测量相应部位的人体生物电阻抗。关于正确的人体阻抗测量方式，公众通过广泛使用的体脂称、人体成分分析仪、体脂测量仪等电子设备而熟知。

为了更好的用户体验，进一步对于深蹲运动、俯卧撑运动、平板支撑运动还能进行自动识别，因此上述的人体运动测量装置，

优选地，其中运动分析单元包括运动类型识别单元，先通过人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗大小来判断人体接触本体第一电极组和第二电极组属于双脚、双手、双前臂中的哪一种，进而根据人体生物电阻抗波形随运动波动的波幅识别运动类型；具体地，（1）当人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗值满足预设的双脚阻抗阈值范围时，判断为双脚站立在所述本体第一电极组和第二电极组上，进而如果人体生物电阻抗波形存在至少一组相邻的波峰和波谷其波幅大于预设的深蹲幅度阈值时，则识别当前运动为深蹲运动；（2）当人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗值满足预设的双手阻抗阈值范围时，判断为双手撑立在所述本体第一电极组和第二电极组上，进而如果人体生物电阻抗波形存在至少一组相邻的波峰和波谷其波幅大于预设的俯卧撑幅度阈值时，则识别当前的运动为俯卧撑运动；（3）当人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗值满足预设的双前臂阻抗阈值范围时，判断为双手撑立在所述本体第一电极组和第二电极组上，进而如果人体生物电阻抗波形的波幅小于一个预设的平板支撑幅度阈值时，则识别当前运动为平板支撑运动。本段落所述（1）、（2）、（3）点描述的内容并没有时间先后的要求。上述的各阻抗阈值范围，一般依据实测的相关部位的人体生物电阻抗来设定，其中双脚阻抗阈值范围在本装置前次记录的用户双脚间人体生物电阻抗值的0.9~1.1倍之内；所述双手阻抗阈值范围在本装置前次记录的用户双手间人体生物电阻抗值的0.9~1.1倍之内；所述双前臂阻抗阈值范围在本装置前次记录的用户双前臂间人体生物电阻抗值的0.9~1.1倍之内。

为了实现更好的人体阻抗测量，优选地，上述运动测量装置所述之阻抗测量单元采用四电极测量法，其中第一电极组包括第一激励电极、第一测量电极，安装在本体左承托区；第二电极组包括第二激励电极以及第二测量电极安装在本体右承托区；优选地，其中运动分析单元还包括生理信号提取单元，用于通过人体生物电阻抗提取人体脉搏、和/或心率、和/或呼吸信息。通过提取的生理参数，包括人体脉搏、和/或心率、和/或呼吸信息用于该装置当前使用者是否为合法用户的判据。从而进一步有效避免非人体运动导致运动计数的误判或者作弊。

为了实现更好的规范动作，防止作弊，优选地，上述运动测量装置还包括声光测距单元，并具体采用如下的一种或其组合：超声波测距单元、红外线测距单元。

优选地，其中运动分析单元还包括体位识别单元，用于根据声光测距单元测量人体和本体的距离来确定人体体位是否满足预设的距离阈值，进而判断所述运动该次计数的有效性。

为了具有简单便携优点，所述人体运动测量装置所述之本体采用扁平结构。扁平结构的本体既可以放置在地面上，较好地起到人体承托的作用，利于上述在本体上的人体运动开展，又具有结构简单、不占地方的优点。

本发明第二方面提供一种基于上述人体运动测量装置的人体运动测量方法，包括：

利用人体阻抗测量单元测量人体生物电阻抗值；

通过上述人体生物电阻抗波形来分析和统计运动信息；

所述人体运动是指能保持上述人体阻抗测量单元正常测量人体生物电阻抗的运动。

优选地，上述人体运动测量方法包括一种自动识别运动类型并进行计数的方法，指通过人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗大小来判断人体接触本体第一电极组和第二电极组属于双脚、双手及双前臂中的哪一种，进而根据人体生物电阻抗波形随运动波动的波幅识别运动类型；具体地，（1）当人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗值满足预设的双脚阻抗阈值范围时，判断为双脚站立在所述本体第一电极组和第二电极组上，进而如果人体生物电阻抗波形存在至少一组相邻的波峰和波谷其波幅大于预设的深蹲幅度阈值时，并根据所述波幅大于预设深蹲幅度阈值的波峰和/或波谷的个数计算深蹲运动次数；（2）当人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗值满足预设的双手阻抗阈值范围时，判断为双手撑立在所述本体第一电极组和第二电极组上，进而如果人体生物电阻抗波形存在至少一组相邻的波峰和波谷其波幅大于预设的俯卧撑蹲幅度阈值时，则识别当前运动为俯卧撑运动，并根据所述波幅大于预设俯卧撑幅度阈值的波峰和/或波谷的个数计算俯卧撑运动次数；（3）当人体阻抗测量单元测量的人体生物电阻抗值满足预设的双前臂阻抗阈值范围时，判断为双手撑立在所述本体第一电极组和第二电极组上，进而如果人体生物电阻抗波形的波幅小于一个预设的平板支撑幅度阈值时，则识别当前运动为平板支撑运动，并根据生物电阻抗值维持在预定的平板支撑幅度阈值内的时长来计算所述平板支撑运动的时长。进一步，所述各阻抗阈值范围必须适应长时间人体阻抗变化的特点，因而，其中当前采用的双脚阻抗阈值范围和前一次正确测得的双脚间阻抗进行运算后得到下一次运动测量时采用的双脚阻抗阈值范围；和/或其中当前双手阻抗阈值范围和前一次正确测得的双手间阻抗进行运算后得到下一次运动测量时采用的双手阻抗阈值范围；和/或其中当前双前臂阻抗阈值范围和前一次正确测得的双前臂间阻抗进行运算后得到下一次运动测量时采用的双脚阻抗阈值范围。

为了更好地利用互联网来管理和促进运动，本发明还提供一种基于上述人体运动测量装置的人体运动测量系统，包括：

至少2个上述的人体运动测量装置，

远程服务器，

通讯装置，用于将上述人体运动测量装置的运动测量数据发送至远程服务器；

统计单元，用于将上述运动测量装置的运动测量数据进行汇总，并进行统计分析，排序处理；

呈现单元，用于将上述运动测量数据的排序处理结果呈现在显示屏上，和/或将上述运动测量装置测量的运动类型、和/或运动计数次数、和/或运动过程以动画形式呈现在显示屏上。

本发明所述的人体运动测量装置，通过直接测量人体运动时的生理参数——生物电阻抗来统计分析人体运动，因而较现有装置具有不容易作弊和不容易误判的优点；并且根据不同运动类型的规律不同，还可以支持多种运动的测量，包括深蹲运动、俯卧撑运动、平板支撑运动，避免了现有装置功能单一、不实用的缺点。另外，本发明所述装置无需机械装置，结构简单、成本低。

下面将结合具体实施例来进一步阐述本发明的细节，以便于本领域的技术人员能够进一步理解本发明的原理和具体实现方式。

附图说明

图1是人体运动测量装置结构图；

图2是人体运动测量装置电路图；

图3是人体阻抗测量单元结构图；

图4是运动分析单元结构图；

图5是体位识别单元结构图；

图6是深蹲测量单元结构图；

图7是深蹲体位识别单元结构图

图8是深蹲运动测量处理流程图；

图9是深蹲运动生物电阻抗波形；

图10是俯卧撑测量单元结构图；

图11是俯卧撑体位识别单元结构图

图12是俯卧撑运动测量处理流程图；

图13是俯卧撑运动生物电阻抗波形；

图14是平板支撑识别单元结构图；

图15是平板支撑体位识别单元结构图

图16是平板支撑测量处理流程图；

图17是平板支撑运动生物电阻抗波形；

图18是多类型人体运动测量流程图；

图19是人体运动测量系统结构图。

具体实施方式

如图1所示为人体运动测量装置结构图。人体运动测量装置1包括本体2，安装在本体2上的电极40~43，以及控制主板3。其中本体2采用扁平结构体，放置在地面上时，本体2下表面接触地面，和下表面相对的上表面用于承托人体肢体。本体2以其中轴线aa’为界，左侧有左承托区，右侧有右承托区；相应地，电极40、41安装在左承托区上表面的为第一电极组，电极42、43安装在右承托区上表面的为第二电极组。电极40~43用于提供人体生物电阻抗测量功能，这里采用4电极人体生物电阻抗测量法，减少接触阻抗对于阻抗测量的影响，提高阻抗测量稳定性和重复性；其中电极40、43为激励电极，用于发射激励电流进入人体；电极41、42为测量电极，用于采样人体上述激励电极两端的电压信号，从而为后续处理电路换算成上述激励电极之间的人体生物电阻抗。控制主板3电性连接到上述电极40~43。上述扁平结构体，具体可为垫子。所述垫子作为一个立体具有6个面(六面体)，其下表面，是指其接触地面（或者等效的承托面）的表面，而与下表面相对的则是上表面，也是用于检测电极安装和人体承托的面，其余4个面为侧面。扁平结构体是指上和下表面面积远大于（大于五倍或以上）4个侧面面积，其高（或者说厚度）远小于（小于五分之一或以下）其长和宽的六面体。当然，一些为了外观、装饰考虑，在六面体的基础上等效做出其他装饰面的立体，应该也包括在六面体的范畴内。

参见图2，所示为人体运动测量装置1的电路图，其中电极40~43电性连接到控制主板3之阻抗测量前端31。阻抗测量前端31可以通过激励电极40和激励电极43发射交流正弦电流，还可以通过测量电极41和测量电极42测量电压，例如ti公司afe4300就是人体阻抗测量前端芯片。控制主板3还包括通讯单元33、显示单元34、输入单元35、电源36、声光测距单元37；通讯单元33一般采用蓝牙ble或wifi；输入单元35可以采用电容触摸按键；电源36采用锂电池或干电池。人体运动测量装置1进一步包括阻抗处理单元50，用于将阻抗测量前端31测量的电压值转换为人体生物电阻抗值，并进行滤波降噪处理，属于实现人体阻抗测量单元4（见图3）的一部分，是本领域常用手段。如图3所示，人体运动测量装置1之人体阻抗测量单元4由电极40~43，阻抗测量前端31以及阻抗处理单元50组成。人体运动测量装置1进一步包括还包括生理信号提取单元52，可从人体阻抗测量单元4输出的人体生物电阻抗波形中提取脉搏、心率、呼吸等生理信号。生理信号提取单元52提取的生理信号可以进一步用于做活体识别，判断当前用户的合法性，提高作弊难度，或者当某项生理指标超标，如心率超标时发出告警等。人体运动测量装置1进一步包括运动分析单元51，可根据人体阻抗测量单元4提供的人体生物电阻抗波形来进行运动类型的识别和统计分析。人体运动测量装置1进一步包括体位识别单元53，用于根据声光测距单元37（具体为超声波测距）测量的人体和本体2的距离是否符合预设的距离阈值来进一步判断人体运动的有效性。超声波测距单元通过发出超声波，再检测障碍物（人体）反射回来的超声波，同时根据声速计算出物体的距离；另外，声光测距单元也可以采用红外测距方式。红外测距是利用红外信号遇到障碍物（人体）距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。

上述阻抗处理单元50、运动分析单元51、生理信号提取单元52、体位识别单元53均可由微控制器32实现，例如stm32系列微处理器。

参见图3，人体阻抗测量单元4由电极40~43，阻抗测量前端31以及阻抗处理单元50组成。其中阻抗测量前端31实际由恒流源激励源31a和电压转换器31b组成，属于业内常见配置。恒流源激励31a送出恒流正弦电流并通过激励电极40、43送入人体；电压转换器31b将该激励电流在人体激励电极两端形成的电压转换为数字电压信号；数字电压信号进一步送入阻抗处理单元50转换为人体生物电阻抗值。

如图4所示为运动分析单元51的结构图，其包括了平板支撑测量单元511、俯卧撑测量单元512、深蹲测量单元513以及运动类型识别单元514。

如图5所示为体位识别单元53的结构图，其包括了深蹲体位识别单元531、俯卧撑体位识别单元532、平板支撑体位识别单元533。

如图6所示为深蹲测量单元513结构图。深蹲测量单元513根据生物电阻抗波（如图9所示）来对深蹲运动进行分析统计，其中包括第一人体阻抗阈值tr1、深蹲幅度阈值ta1、深蹲周期阈值tt1及如图8所示的相关步骤。深蹲运动，是大众熟知的一种健身锻炼方式，结合人体运动测量装置1，则要求深蹲运动者左、右脚分别站立在本体2的左、右承托区（当然反过来站也不影响本装置效果），且左脚必须同时接触电极40、41，右脚必须同时接触电极42、43，从而保证正确的人体生物电阻抗测量，具体为双脚间阻抗。当人体双脚按照正确的人体阻抗测量姿势站立在本体进行重复的下蹲、站起的深蹲运动时，由于人体腿部肌肉的周期性收缩放松，以及激励电流流过双脚间肢体回路周期性的变化，双脚间阻抗会随着深蹲运动而变化，形成如图9所示的生物电阻抗波形w100。深蹲测量单元513根据图9中生物电阻抗波w100的符合预设阈值要求的波峰和/或波谷的数量可以对深蹲运动进行计数。

如图7所示为深蹲体位单元531结构图，包括深蹲距离阈值tn及如图8所示的相关步骤。结合人体运动测量装置1，人体在该装置1上进行深蹲运动时，人体站立时，声光测距单元37发出的超声波没有被人体遮挡，而当人体下蹲时，则上述超声波被人体臀部遮挡，因而可以测出此时臀部到本体2的距离；该距离小于深蹲距离阈值tn，则深蹲体位识别单元531判定该次深蹲运动的体位有效，进而深蹲测量单元513的该次深蹲运动计数有效。

结合图6、图7、图8、图9，深蹲测量单元513和深蹲体位识别单元531工作时，具体地，

步骤s100：由深蹲测量单元513根据人体阻抗测量单元4测量的生物电阻抗值是否在预设的第一人体阻抗阈值tr1范围内来判断人体双脚是否正确接触所述本体2上的电极40~43。其中第一人体阻抗阈值tr1是指人体双脚间阻抗的范围。在公众熟知的正确的人体阻抗测量中（例如应用广泛的体脂秤），人体左脚皮肤接触电极40、41，右脚皮肤接触电极43、42。此时人体阻抗测量的激励电流的路径是从左足经左腿—下腹部—右脚—右足（当然也可以反向流动），因此测量到的人体阻抗就是双脚+双腿+下腹部串联的阻抗，可称为双脚间阻抗或下肢阻抗；双脚间阻抗具有一定的统计学范围，例如典型人群绝大多数分布在200~1500欧姆之间，成年男性典型值在500欧姆，而成年女性典型值在600欧姆。下肢阻抗会随着人体身体成分结构变化而变化，例如下肢脂肪组织的多少会显著影响下肢阻抗，但该变化是缓慢的。通过预先设置阻抗阈值范围可以一定程度上判断电极40~43之间是否有人体双脚接触，即第一人体阻抗阈值范围可设为200~1500欧姆。上述接触判断为真时，进入步骤s101。

步骤s101：由深蹲测量单元513根据生物电阻抗波形w100的波幅a101和波幅a102大于深蹲幅度阈值tr1，且周期小于深蹲周期阈值tt1的相邻波峰或相邻波谷的个数来计算所述深蹲运动的次数。如图9所示的生物电阻抗波w100，当波幅a101满足深蹲幅度阈值ta1时可以初步判断深蹲运动的有效性并根据满足该要求的波峰和/或波谷的个数来对深蹲运动进行计数，但要更准确的判断，则还必须要求波段w101对应的相邻波峰到它们中间的波谷的两个波幅a101和a102均满足深蹲幅度阈值ta1要求，因为这表示人体从站立到下蹲再恢复初始站立姿态的一个完整过程；此外，该过程也必须有一定的时间要求，即相邻波峰周期t101需要满足深蹲周期阈值要求。因此，如图9中波幅a101>tr1、a102>tr1和间隔时长t101<tt1，则该波段w101即该相邻波峰对应一次有效的深蹲运动，深蹲运动计数加1。以上虽以相邻波峰来阐述深蹲运动测量原理，但相应的原理可以用于相邻波谷。

上述波幅是相邻波峰到波谷之间的阻抗差，反映深蹲的强度，也就是下蹲和站立之间体位改变、腿弯曲的程度；上述周期是相邻波峰或相邻波谷的间隔时长，反映的是深蹲运动的周期，也就是单次深蹲运动的时间。上述深蹲幅度阈值ta1、深蹲周期阈值tt1均可以根据有限的实验来确定优选值，本实施例分别用30欧姆、5秒。

步骤s102：由深蹲体位识别单元531利用超声波测距单元37测量的人体臀部和本体2的距离是否小于预定的深蹲距离阈值tn来判断深蹲运动计数的有效性。具体地，超声波测距单元37测量在深蹲运动的下蹲过程中臀部和本体2的距离，进而深蹲体位识别单元531判断该距离的最小值是否小于预设的深蹲距离阈值tn，是则该次深蹲运动有效，否则为无效。为了正确的通过超声波测距单元进行体位判断，对于超声波测距单元发射头在本体上的安装位置有一定的要求。一种可行的位置是超声波测距单元的发射头发出的超声波会对准用户在下蹲后的臀部；但其他设置在其他位置也是可以的，并可被本专业的技术人员通过有限次实验来确定。上述深蹲距离阈值tn可以根据有限实验来确定优选值，本实施例中采用50厘米。

步骤s103：综合步骤s101和步骤s102的结果，给出最终有效的深蹲运动的计数次数。

如图10所示为俯卧撑测量单元512结构图。俯卧撑测量单元512根据生物电阻抗波（如图13所示）来对俯卧撑运动进行分析统计，其中包括第二人体阻抗阈值tr2、俯卧撑幅度阈值ta2、俯卧撑周期阈值tt2及如图12所示的相关步骤。俯卧撑运动，是大众熟知的一种健身锻炼方式，结合人体运动测量装置1，则要求深蹲运动者左、右手分别撑立在本体2的左、右承托区（当然反过来站也不影响本装置效果），且左手必须同时接触电极40、41，右手必须同时接触电极42、43，从而保证正确的人体生物电阻抗测量，具体为双手间阻抗。当人体双手按照正确的人体阻抗测量姿势撑立在本体进行重复的俯卧撑运动时，由于人体上臂及胸部等部位肌肉的周期性收缩放松，以及激励电流流过双手间肢体回路周期性的变化，双手间阻抗会随着俯卧撑运动而变化，形成如图13所示的生物电阻抗波形w200。俯卧撑测量单元512根据图13中生物电阻抗波w200的符合预设阈值要求的波峰和/或波谷的数量可以对俯卧撑运动进行计数。

如图11所示为俯卧撑体位单元532结构图，包括俯卧撑距离阈值tpu及如图12所示的相关步骤。结合人体运动测量装置1，人体在该装置1上进行俯卧撑运动时，人体双手撑立时，声光测距单元37发出的超声波被人体躯干遮挡反射，因而可以测量出人体躯干到本体2的距离，该距离的最小值（因俯卧撑运动时该距离会变化）小于俯卧撑距离阈值tpu时，则俯卧撑体位识别单元532判定该次俯卧撑运动的体位有效，进而俯卧撑测量单元512的该次俯卧撑运动计数有效。

结合图10、图11、图12、图13，俯卧撑测量单元512和俯卧撑体位识别单元532工作时，具体地，

步骤s200：根据人体阻抗测量单元4测量的生物电阻抗值是否在预设的第二人体阻抗阈值tr1范围内来判断人体双手是否正确接触所述本体2上的电极40~43。其中第二人体阻抗阈值tr2是指人体双手之间的人体阻抗范围。在公众熟知的正确的人体阻抗测量中（例如应用广泛的体脂秤），人体左手皮肤接触电极40、41，右手皮肤接触电极43、42。此时人体阻抗测量的激励电流的路径是从左手经左臂—胸部—右臂—右手（当然也可以反向流动），因此测量到的人体阻抗就是双手+双臂+胸部串联的阻抗，可称为双手间阻抗；双手间阻抗具有一定的统计学范围，例如典型人群绝大多数分布在200~1500欧姆之间，成年男性典型值在600欧姆，而成年女性典型值在700欧姆。双手间阻抗会随着人体身体成分结构变化而变化，例如上肢脂肪组织的多少会显著影响该阻抗，但该变化是缓慢的。通过预先设置阻抗阈值范围可以一定程度上判断电极40~43之间是否有人体双手接触，即第二人体阻抗阈值范围可设为200~1500欧姆。上述接触判断为真时，进入步骤s201，否则停留在本步骤。

步骤s201：由俯卧撑测量单元512根据生物电阻抗波形w200的波幅a201和波幅a202大于俯卧撑幅度阈值tr2，且周期小于俯卧撑周期阈值tt2的相邻波峰或相邻波谷的个数来计算所述俯卧撑运动的次数。如图13所示的生物电阻抗波w200，当波幅a201满足深蹲幅度阈值ta2时可以初步判断俯卧撑运动的有效性并根据满足该要求的波峰和/或波谷的个数来对俯卧撑运动进行计数，但要更准确的判断，则还必须要求波段w201对应的相邻波谷到它们中间的波峰的两个波幅a201和a202均满足俯卧撑幅度阈值ta2要求，因为这表示人体从直臂撑立到屈臂撑立再恢复初始直臂撑立姿态的一个完整过程；此外，该过程也必须有一定的时间要求，即相邻波峰周期t201需要满足俯卧撑周期阈值要求。因此，如图13中波幅a201>tr2、a202>tr2和间隔时长t101<tt1，则该波段w201即该相邻波谷对应一次有效的俯卧撑运动，俯卧撑运动计数加1。以上虽以相邻波谷来阐述俯卧撑运动测量原理，但相应的原理可以用于相邻波峰。

上述波幅是相邻波峰到波谷之间的阻抗差，反映俯卧撑的强度，也就是直臂撑立和屈臂撑立之间体位改变、手臂弯曲的程度；上述周期是相邻波峰或相邻波谷的间隔时长，反映的是俯卧撑运动的周期，也就是单次俯卧撑运动的时间。上述俯卧撑幅度阈值ta2、俯卧撑周期阈值tt2均可以根据有限的实验来确定优选值，本实施例分别用30欧姆、5秒。

步骤s202：由俯卧撑体位识别单元532利用超声波测距单元37测量的人体躯干和本体2的距离是否小于预定的俯卧撑距离阈值tn来判断俯卧撑运动计数的有效性。具体地，超声波测距单元37测量在俯卧撑运动的过程中躯干和本体2的距离，进而俯卧撑体位识别单元532判断该距离的最小值是否小于预设的俯卧撑距离阈值tpu，是则该次俯卧撑运动有效，否则为无效。通常超声波测距单元的发射头发出的超声波会对准用户的胸部；但其他设置在其他位置也是可以的，并可被本专业的技术人员通过有限次实验来确定。上述俯卧撑距离阈值tpu可以通过有限次实验来确定优选值，本实施例采用20厘米。

步骤s203：综合步骤s201和步骤s202的结果，给出最终有效的俯卧撑运动的计数次数。

如图14所示为平板支撑测量单元511结构图。平板支撑运动可通过平板支撑测量单元511进行识别并进行统计分析，其中包括平板支撑幅度阈值ta3、第三人体阻抗阈值tr3以及图16所示相关步骤。平板支撑运动，是大众熟知的一种健身锻炼方式，结合本运动测量装置1，则要求平板支撑运动者左、右前臂分别撑立在本体2的左、右承托区（当然反过来站也不影响本装置效果），为了保证正确的人体生物电阻抗测量，进一步左前臂必须同时接触电极40、41，右前臂必须同时接触电极42、43。

如图15所示为平板支撑体位单元533结构图，包括平板支撑距离阈值tpl及如图16所示的相关步骤。结合人体运动测量装置1，人体在该装置1上进行平板支撑运动时，人体双前臂撑立时，声光测距单元37发出的超声波被人体躯干遮挡反射，因而可以测量出人体躯干到本体2的距离，该距离的在某时段内的最大值小于俯卧撑距离阈值tpl时，则平板支撑体位识别单元533判定该时段平板支撑运动的体位有效，进而平板支撑测量单元511的该时段平板支撑运动计时有效。

结合图14、图15、图16、图17，平板支撑测量单元511及平板支撑体位识别单元533工作时，具体地，

步骤s300：根据人体阻抗测量单元4测量的生物电阻抗值是否在预设的第三人体阻抗阈值tr3范围内来判断人体双前臂是否正确接触所述本体2上的电极40~43。其中第三人体阻抗阈值tr3是指人体双前臂之间的人体阻抗范围。在公众熟知的正确的人体阻抗测量中（例如应用广泛的体脂秤），人体左前臂皮肤接触电极40、41，右前臂皮肤接触电极43、42。此时人体阻抗测量的激励电流的路径是从左前臂经左上臂—胸部—右上臂—右前臂（当然也可以反向流动），因此测量到的人体阻抗就是双臂+胸部串联的阻抗，可称为双前臂间阻抗；双前臂间阻抗具有一定的统计学范围，例如典型人群绝大多数分布在200~1500欧姆之间，成年男性典型值在400欧姆，而成年女性典型值在500欧姆。通过预先设置阻抗阈值范围可以一定程度上判断电极40~43之间是否有人体双前臂接触，即第三人体阻抗阈值范围可设为200~1500欧姆。上述接触判断为真时，进入步骤s301，否则停留在本步骤。

步骤s301：根据生物电阻抗波形w300的波幅a301小于预定平板支撑幅度阈值ta3时段的时长t301来计算所述平板支撑运动的时长。对于平板支撑运动而言，不同于以上两种运动，由于不存在上述的肢体周期性的体位改变，因此也不存在上述运动类似的肢体电流回路周期变化因而生物电阻抗波形具有周期波动的特征，其生物电阻抗波形的波幅变化很小才是正常的，否则代表平板支撑运动的体位不稳定，动作不标准。因此，对于生物电阻抗波形w300的要求是有效计时时段的波幅a301小于预设的平板支撑幅度阈值ta3。

步骤s302：平板支撑体位识别单元533利用超声波测距单元37测量的人体躯干和本体2的距离在上述时段内的最大值是否小于预定的平板支撑距离阈值tpl来判断平板支撑运动计时的有效性。具体地，超声波测距单元37测量在俯卧撑运动的过程中躯干和本体2的距离，进而平板支撑体位识别单元533判断该距离的最大值在该时段是否小于预设的平板支撑距离阈值tpl，是则该时段平板支撑运动有效，否则为无效。通常超声波测距单元的发射头发出的超声波会对准用户的胸部；但其他设置在其他位置也是可以的，并可被本专业的技术人员通过有限次实验来确定。平板支撑距离阈值tpl优选地为30厘米。

步骤s303：综合步骤s301和步骤s302的结果，给出最终的平板支撑运动的时长。

参见图18所示是自动识别运动类型并进行计数的方法流程图，及基于人体运动测量装置1，进行包括深蹲运动、俯卧撑运动、仰卧起坐运动的自动识别和自动测量。上述如图8、图12、图16所示的各运动测量处理流程都是针对单一运动的处理，即用户在使用装置1时，预先通过操作（包括例如按键、手机app等）来选择需要测量上述三种运动的哪种运动，然后再基于装置1进行相应的运动并被装置1所统计分析。这样的设定并不是最便利的操作方式，因而，采用如图18所示的自动识别运动类型并进行计数处理流程，则用户不需要预先在装置1上选择运动类型，而直接基于装置1进行上述三种运动中的任意一种，则装置1自动识别是哪种运动并进行相应的统计分析。

图18中，自动识别运动类型并进行计数的方法流程的核心在于首先通过人体生物电阻抗值zby和预先设定的阻抗阈值范围识别人体双脚、双手、双前臂中的哪种接触装置1的电极40~43，从而预计用户将进行相应的深蹲运动、俯卧撑运动、平板支撑运动中的哪个运动类型，其次通过生物电阻抗波形的波幅来判断具体是哪种运动类型，进而根据生物电阻抗波形来进行统计分析，具体步骤包括：

步骤s401：采用人体阻抗测量单元4进行人体生物电阻抗的测量。

步骤s402：判断所述生物电阻抗zby是否在预设的双脚阻抗阈值范围tft内，若是则进入步骤s403，否则进入步骤s405，且双脚阻抗阈值范围tft在预先采集的用户双脚间阻抗zft的90%~110%之内；

例如zft=500ohm，则450ohm<tft<550ohm；

步骤s403：判断所述生物电阻抗zby波形中是否至少有一组相邻的波峰和波谷其波幅大于预设的深蹲幅度阈值ta1的相邻波峰和波谷，若是，则进入步骤s404，否则进入步骤s405；

步骤s404：识别当前运动为深蹲运动，进入如图8所示深蹲运动测量处理流程，对用户将进行的深蹲运动进行测量和统计分析（图8中第一步s100的作用可以被步骤s402替代而跳过），本流程结束；

步骤s405：判断所述生物电阻抗zby是否在预设的双手阻抗阈值范围thd内，若是则进入步骤s406，否则进入步骤s408；双手阻抗阈值范围thd是预先采集的用户双手间阻抗zhd的90%~110%之内；

例如zft=600ohm，则540ohm<thd<660ohm；

步骤s406：判断所述生物电阻抗zby波形中是否至少有一组相邻的波峰和波谷其波幅大于预设的俯卧撑幅度阈值ta2，若是，则进入步骤s407，否则进入步骤s408；

步骤s407：识别当前运动为俯卧撑运动，进入如图12所示俯卧撑运动测量处理流程，对用户将进行的俯卧撑运动进行测量和统计分析（图12中第一步s200的作用可以被步骤s405替代而跳过），本流程结束；

步骤s408：判断所述生物电阻抗zby是否在预设的双前臂阻抗阈值范围tam内，若是则进入步骤s409，否则进入步骤s411；双前臂阻抗阈值范围tam是预先采集的用户双前臂间阻抗zam的90%~110%之内；

例如zam=400ohm，则360ohm<tam<440ohm；

步骤s409：判断所述生物电阻抗zby波形中是否有波幅有小于预设的平板支撑幅度阈值ta3的时段，若是，则进入步骤s410，否则进入步骤s411。

步骤s410：识别当前运动为平板支撑运动，进入如图16所示平板支撑运动测量处理流程，对用户将进行的平板支撑运动进行测量和统计分析（图16中第一步s300的作用可以被步骤s409替代而跳过），本流程结束；

步骤s411：超时判断，是否超出一个预设的时间阈值；是则结束本流程，否则进入下一个循环，跳回步骤s401。

以上步骤中，按照深蹲运动、俯卧撑运动、平板支撑运动的次序进行识别和测量，然而该次序并不影响本自动识别运动类型并进行计数的方法的效果，因而判断次序是可以随意调整的。

上述步骤s401~s408中，双脚阻抗阈值范围tft，双手阻抗阈值范围thd，双前臂阻抗阈值范围tam，在某些情况下可能存在交叠的情况，例如tft和thd有540ohm~550ohm共10ohm交叠；若某次用户测量的人体生物电阻抗值落在该交叠区，则按照步骤会优先进入图18所示自动识别流程无法完成，此时可以进入用户手动选择运动类型模式。以上亦可以适当调整tft、thd的范围，使之无交叠，例如thd范围调整为550ohm~660ohm。

上述步骤s401~s408中，双脚阻抗阈值范围tft，双手阻抗阈值范围thd，双前臂阻抗阈值范围tam，其设定分别基于用户预先采用装置1测量的双脚间阻抗zft、双手间阻抗zhd、双前臂间阻抗zam。例如采用zft*0.9<tft<zft*1.1的设定，其依据在于人自身双脚间阻抗在一天之中的变化绝大部分是小于100ohm的，双手间阻抗、双前臂间阻抗亦然；但在长期的使用中，人体生物电阻抗会随着人体组成成分的变化而变化，其变化虽然缓慢，但变化量有概率会超出100ohm；因而在使用过程中，上述阻抗阈值tft、thd、tam必须能够适应这种变化。一种解决的方法是，各阻抗阈值tft、thd、tam相应地与当前一次合法的阻抗zft、zhd、zam进行运算从而得到下一次的各阻抗阈值tft、thd、tam。这种运算是一种加权平均，例如下一次双脚阻抗阈值=当前双脚阻抗阈值*0.75+当前双脚间阻抗*0.25，即tft(n+1)=tft(n)*0.75+zft（n）*0.25。下标n标识当前一次，n+1标识下一次。

如图19所示的人体运动测量系统，是基于多个本发明所述人体运动测量装置、远程服务器以及用户终端构建的一个网络。人体运动测量装置1加wifi模块71、人体运动测量装置6加蓝牙ble模块72、人体运动测量装置7加nb-iot模块73，通过通讯网络75连接服务器70。服务器70包括统计单元701，可对装置1、6、7上传的运动信息进行统计分析，包括排序处理；例如，针对装置1、6、7上传的深蹲运动次数进行排序。进一步，用户的手机终端74从该远程服务器70上下载该排序信息，并呈现在呈现单元即手机显示屏741上。通过如图19所示的人体运动测量系统，人体运动测量装置的使用者可以对自己进行某些运动的频次和能力在所有使用者中的位置有所了解，因而促进使用者运动的积极性。进一步，该系统还可以根据人体运动测量装置测量的运动类型和运动时的生物电阻抗波形来做视觉反馈并显示在用户的终端上。例如，装置1、6、7识别到用户的深蹲运动以及深蹲运动时的生物电阻抗波形，因而，在远程服务器70上，分别生成卡通人物并进行深蹲运动，其深蹲运动的节奏分别和装置1、6、7提供的生物电阻抗波形节奏一致。pc终端76下载该动画，并呈现在pc显示屏762上。该通过这种动画反馈，可以进行基于该运动测量系统的网上多人实时运动比赛。

上述的人体运动测量系统必须保证各个人体运动测量装置测量的人体运动数据是真实的，这样才能保证公平性；因而人体运动测量装置的防作弊的能力很重要。优选地，人体运动测量装置1中的生理信号提取单元52提取使用者的脉搏、心率或呼吸信息，可以作为防作弊的一个手段，即装置1必须检测到使用者的脉搏、和/或心率、和/或呼吸信息，并在相应生理参数的正常区间时才认为当前的使用者是合法有效的活体，否则拒绝进行运动测量或视测量结果为非法。

上述装置1，虽然列举三种典型的运动的测量，但满足前述的“人体左右侧肢体接触上述本体左承托区和右承托区，并能保持上述人体阻抗测量单元正常测量人体生物电阻抗的运动”皆可借助该装置和方法来进行测量。

本发明上述的实施例仅作为本发明思想的一种举例，在于阐明本发明的精神和内涵，而不应视为对本发明的限制。

总之，本发明所述的人体运动测量装置、方法、系统，通过测量人体运动时生理参数的改变，有效提高了测量准确性、降低误判和作弊的可能性，同时支持多种运动的测量，结构简单便携，相比现有类似装置具有显著的优势，适合大规模推广应用。