一种智慧健身教练系统的研制_孙尚云
基于虚拟现实技术的智能健身虚拟教练系统设计
基于虚拟现实技术的智能健身虚拟教练系统设计智能健身虚拟教练系统是一种基于虚拟现实技术的创新应用，它以虚拟环境为载体，结合智能化算法和传感器技术，为用户提供个性化、交互式的健身指导。
本文将详细探讨基于虚拟现实技术的智能健身虚拟教练系统的设计原理、功能和应用前景。
一、系统设计原理基于虚拟现实技术的智能健身虚拟教练系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件方面，系统需要配备虚拟现实头戴式显示器、智能运动传感器和计算机等设备。
软件方面，系统需要具备人机交互界面、健身指导算法、虚拟环境模拟和运动数据分析等功能。
在系统设计原理中，健身指导算法是关键。
系统需要根据用户的个人信息、身体状况和健身目标，制定相应的健身方案。
通过智能化算法对用户的运动数据进行监测和分析，智能健身虚拟教练系统可以将用户的运动动作实时反馈给用户，并提供有效的指导和建议。
二、系统功能1. 个性化健身方案制定：系统根据用户的身体状况、运动经验和健身目标，自动生成个性化的健身方案。
根据用户的需求，系统可以制定不同的训练目标，如减肥、增肌等，以及不同的训练计划，如徒手训练、有氧运动等。
2. 运动姿势纠正和指导：系统通过智能运动传感器实时监测用户的运动姿势，并及时纠正不正确的姿势。
同时，系统还会根据用户的运动数据提供指导和建议，帮助用户更好地完成运动动作，减少运动损伤的风险。
3. 虚拟环境模拟：系统通过虚拟现实技术，创造逼真的虚拟环境，让用户身临其境地进行健身训练。
虚拟环境可以是室内的健身房、户外的自然风光等，让用户在锻炼的同时享受到身心的放松和愉悦。
4. 锻炼数据监测和分析：系统能够收集和分析用户的运动数据，包括心率、消耗卡路里、运动时长等。
通过对数据的监测和分析，用户可以了解自己的锻炼情况，及时调整健身方案，以达到更好的锻炼效果。
三、应用前景基于虚拟现实技术的智能健身虚拟教练系统具有广阔的应用前景。
首先，它可以成为健身行业的一种创新模式，为用户提供与传统健身房不同的锻炼体验。
【CN109785930A】一种智能辅助律动健身理疗系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910163096.6(22)申请日 2019.03.05(71)申请人 广东福诺思路健康科技有限公司地址 528437 广东省中山市火炬开发区祥兴路6号数贸大厦南冀4层403卡(72)发明人 王凌海 刘红江 黄顺杭 (74)专利代理机构 中山市铭洋专利商标事务所(普通合伙) 44286代理人 邹常友(51)Int.Cl.G16H 20/30(2018.01)A61H 23/02(2006.01)(54)发明名称一种智能辅助律动健身理疗系统(57)摘要本发明提出一种智能辅助律动健身理疗系统，为用户提供简单有效的被动式健身方式，并且针对健身数据作出健身建议、课程推荐等，其特征在于，包括：云端服务器、律动终端和用户终端；所述云端服务器具有用户档案及针对各用户档案下的数据库，用于获取第三方健身理疗推荐信息的第三方接口，用于对律动终端反馈的运行数据进行分析处理的数据处理模块，以及用于将健身理疗推荐信息向用户终端或律动终端进行推送的信息推送模块；所述律动终端具有控制器、显示器及垂直向振动的律动机构，所述控制器控制律动机构的振动频率以及向云端服务器反馈自身运行数据；所述用户终端获取对应用户档案下的数据信息、健身理疗教程信息或健身理疗推荐信息并显示。
权利要求书1页 说明书4页 附图5页CN 109785930 A 2019.05.21C N 109785930A权 利 要 求 书1/1页CN 109785930 A1.一种智能辅助律动健身理疗系统，其特征在于，包括：云端服务器及分别与云端服务器通讯连接的律动终端和用户终端；所述云端服务器具有用户档案及针对各用户档案下的数据库，用于获取第三方健身理疗推荐信息的第三方接口，用于对律动终端反馈的运行数据进行分析处理的数据处理模块，以及用于将健身理疗推荐信息向用户终端或律动终端进行推送的信息推送模块；所述律动终端具有控制器、显示器及垂直向振动的律动机构，所述控制器控制律动机构的振动频率以及向云端服务器反馈自身运行数据，所述显示器提供对律动终端操作界面、本地教学信息及云端服务器推送的健身理疗推荐信息的显示；所述用户终端获取对应用户档案下的数据信息、健身理疗教程信息或健身理疗推荐信息并显示。
人工智能陪练系统与方法[发明专利]
![人工智能陪练系统与方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d56d875bb94ae45c3b3567ec102de2bd9605deff.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010135632.4(22)申请日 2020.03.02(71)申请人 南京齐芯半导体有限公司地址 210000 江苏省南京市江北新区团结路99号孵鹰大厦1573室(72)发明人 王航 张珍瑜 蔡崇昱 (74)专利代理机构 南京华讯知识产权代理事务所(普通合伙) 32413代理人 林弘毅(51)Int.Cl.A63B 69/34(2006.01)G16H 20/30(2018.01)(54)发明名称人工智能陪练系统与方法(57)摘要一种人工智能陪练方法，其特征在于，包含：量测受训人的体位数据；根据该体位数据，利用智能处理模块推断运动水平；当该运动水平低于训练标准时，制定运动计划；以及根据该运动计划，制动陪练机器模块，以训练该受训人，其中在制动该陪练机器模块的同时，进行该量测受训人的体位数据的步骤。
由于能够存取云端的大数据，亦即较多的数据库当中的较多数据，也就能更有效地仿真某一位比赛选手，或是某一阶段的比赛选手群众的反应。
如此一来，人工智能陪练的效能就能超越人类提供的陪练，达到随时进行随选程度的陪练效果。
权利要求书2页 说明书9页 附图4页CN 111359192 A 2020.07.03C N 111359192A1.一种人工智能陪练系统，其特征在于，包含：受训人体位采集模块，用于量测受训人的体位数据；智能处理模块，用于根据该体位数据推断运动水平；训练处理模块，用于接收该受训人体位采集模块的该体位数据；将该体位数据传送到该智能处理模块，并且接收该智能处理模块所输出的该运动水平；当该运动水平低于训练标准时，制定运动计划；以及根据该运动计划，制动陪练机器模块；以及该陪练机器模块，用于接收该训练处理模块的命令进行制动，以训练该受训人，其中在制动该陪练机器模块的同时，该受训人体位采集模块量测该受训人的该体位数据。
一种智能健身管理系统[实用新型专利]
![一种智能健身管理系统[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/47fa80c8760bf78a6529647d27284b73f3423643.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621351173.9(22)申请日 2016.12.10(73)专利权人 西安汇脉电子科技有限公司地址 710043 陕西省西安市未央区西安经济技术开发区未央路123号欧亚大厦3幢2单元23层22303号(72)发明人 马瑶 (74)专利代理机构 西安智萃知识产权代理有限公司 61221代理人 张婕(51)Int.Cl.G06F 19/00(2011.01)(54)实用新型名称一种智能健身管理系统(57)摘要本实用新型公开了一种智能健身管理系统，通过采集用户个人的体能数据，经过数据分析模块分析，然后与健身模型库中的模型进行匹配对比，制定出符合用户个人身体状况的健身计划表；如果健身模型库中暂时无相应的健身模型时，教练级别的人群借助数据分析模块的分析结果，拟定符合用户个人身体状况的健身模型及健身计划表，并将该结果输入健身模型库中；最后将个人体能数据及健身计划表传输至个人数据库，方便用户通过客户端查询个人数据库中的信息；本实用新型增强了用户自主进行健身的科学性，有效解决了用户自主健身的盲目性及健身过程中因缺乏专业的健身知识而导致的不合理和运动受伤问题，提高了用户自主健身的信心以及可靠性和灵活性。
权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 206505412 U 2017.09.19C N 206505412U1.一种智能健身管理系统，包括信息采集模块（1）、服务器（2）、控制模块（3）、显示模块（4）、客户端（5）；所述服务器（2）、显示模块（4）分别连接所述控制模块（3）；所述信息采集模块（1）与服务器（2）相连接；所述控制模块（3）还连接有通信模块（6）；其特征在于：所述服务器（2）包括数据分析模块（20）、健身模型库（21）、数据总库（22）、个人数据库（23）；所述数据分析模块（20）分别连接健身模型库（21）、个人数据库（23）；所述数据总库（22）分别与数据分析模块（20）、个人数据库（23）连接；所述数据分析模块（20）与控制模块（3）相连；所述数据总库（22）与信息采集模块（1）连接；所述客户端（5）通过网络连接个人数据库（23）。
智能健身教练系统设计及构建
智能健身教练系统设计及构建第一章：引言智能健身教练系统是指一种基于计算机技术和人工智能技术开发的智能健身指导系统。
它能够对用户进行智能化的健身指导，根据用户的身体数据、运动能力、运动偏好等信息，制定个性化的健身方案，提供有效的健身指导和监督。
本文将针对智能健身教练系统的设计及构建，对其相关技术进行详细解释，并介绍开发过程中的重要环节。
第二章：系统需求分析智能健身教练系统需要满足用户的健身需求，故需要对系统进行需求分析。
系统的基本需求如下：1. 智能化的健身指导：根据用户的身体状况、运动能力、运动偏好等信息，制定个性化的健身方案，并提供有效的健身指导和监督。
2. 多元化的运动内容：系统需要提供多种类型的运动内容，包括有氧运动、力量训练、柔韧性训练等。
3. 数据化的身体监测：系统需要对用户的身体状况进行全面监测，包括心率、血压、体重、身高等信息，并将数据实时反馈给用户。
4. 用户交互和社交功能：系统需要提供用户之间的交互和社交功能，例如朋友圈、私信等。
5. 移动端采集功能：系统需要具备移动端采集功能，用户可以方便地使用移动设备记录自己的运动数据。
第三章：系统设计和开发1. 客户端设计：客户端设计需要满足简洁、美观、易用的特点，用户可以在界面上轻松浏览系统的各种功能。
2. 数据库设计：系统需要具备分布式数据库，设计数据库表，建立索引、视图，保障数据的安全性和稳定性，提高系统的响应速度。
3. 算法设计：智能健身教练系统需要将经典的机器学习算法和深度学习算法融入其中，对用户的运动和健身数据进行智能分析和处理。
4. 接口设计：系统需要提供相应的接口，方便第三方系统进行集成。
5. 服务器和网络设计：系统需要设置高效的服务器和网络架构，保证系统的高可用性、高性能和实时性。
6. 移动端设计：系统需要根据不同的移动设备进行适当的设计，包括Android、iOS等多种平台。
第四章：系统测试与发布系统的测试和发布是非常重要的环节，可以保证系统的质量和用户体验。
基于人工智能技术的智能健身管理系统设计
基于人工智能技术的智能健身管理系统设计近年来，随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，健身成为了一种时尚和生活方式。
然而，在日益忙碌的现代社会，很多人并没有足够的时间和精力去健身，或者由于缺乏科学的健身指导，而没有取得预期的效果。
基于此，设计一款智能健身管理系统，利用人工智能技术的优势，为用户提供个性化、科学化的健身方案，成为了当下亟需解决的问题。
一、智能健身管理系统的概述智能健身管理系统是一款利用人工智能技术，基于个体化需求和科学原理，为用户提供健身方案和服务的应用软件。
通过系统学习和分析用户的个性特征、体质状况、健身目标等以及相关学术研究成果，生成针对性健身方案和训练计划，并提供实时反馈和数据分析，协助用户科学健身，达到预期目标。
二、智能健身管理系统的技术支持1. 数据采集和处理智能健身管理系统需要大量的数据输入和处理，如用户的个人信息、健康数据、健身习惯等，这些数据来源于多个数据源，包括用户手动输入、传感器监测和第三方数据接口。
在数据采集方面，系统需要考虑数据来源丰富性和数据质量的可靠性。
在数据处理方面，系统需要使用合适的算法和技术，对数据进行处理、清洗、分析和挖掘，提取有用的信息，为后续的健身方案制定和实时反馈提供支持。
2. 机器学习和推荐算法智能健身管理系统面临一个重要挑战，即如何为不同用户提供个性化和针对性的健身方案和服务。
这就需要系统具有良好的机器学习和推荐算法。
这些算法通过对用户的数据进行学习和分析，形成针对性的模型和规则，为用户提供适合自己的健身方案和训练计划。
此外，系统还可以通过协同过滤、基于内容过滤等技术，为用户提供更好的推荐服务，提升系统的用户满意度和粘性。
3. 多模态输入和输出智能健身管理系统需要同时支持多种输入和输出的形式，如图像、文字、语音和数据等。
这为用户提供了更加便捷、自由的使用体验。
例如，用户可以通过识别图像来记录自己的训练状态和姿势，通过语音输入来获取健身指导和指令，通过可视化的数据分析来监测自己的健身进展。
利用AI技术开展智能家庭健身服务开发智能健身教练
利用AI技术开展智能家庭健身服务开发智能健身教练随着人们健康意识的提升和生活水平的改善，健身已经成为现代人日常生活中不可或缺的一部分。
然而，由于忙碌的工作和生活压力，很多人没有足够的时间和精力去健身，导致身体健康问题逐渐增多。
因此，利用人工智能技术开展智能家庭健身服务成为了一种备受关注的解决方案。
一、智能家庭健身服务的背景随着人工智能技术的发展，人们对于智能生活的需求不断增长。
智能家居、智能穿戴设备等产品的普及，为健身行业带来了新的发展机遇。
利用AI技术来开发智能健身教练，可以实现将高质量的健身服务引入到家庭环境中，为用户提供便捷、个性化的健身方案。
二、智能健身教练的功能与优势1. 个性化定制健身计划：智能健身教练通过分析用户的身体数据、健康状况和运动目标等信息，为用户量身定制适合的健身计划。
用户可以根据自己的时间和情况来安排健身时间和项目，提高健身的效果。
2. 实时指导和反馈：利用AI技术，智能健身教练可以通过语音或视频方式实时指导用户进行健身训练，并给予实时的反馈。
用户可以在家中进行健身，享受专业教练的指导，提高训练的准确性和安全性。
3. 数据分析与指导：智能健身教练可以实时收集用户的运动数据，并进行分析和整理。
通过数据分析，教练可以给予用户更加详细的运动指导和调整建议，帮助用户实现更好的训练效果。
4. 交流与共享：智能健身教练还可以实现用户之间的交流与共享。
用户可以与其他健身者进行互动，分享健身经验和成果，增加健身的乐趣和动力。
三、智能家庭健身服务的应用与前景1. 家庭健身市场发展潜力巨大。
智能家庭健身服务可以满足人们多样化的健身需求和时间限制，因此在家庭健身市场具有广阔的发展前景。
2. 个性化需求的增加。
随着人们对健康、体型的追求，对个性化健身方案的需求也越来越高。
利用AI技术开发的智能健身教练可以满足不同用户的个性化需求，提供个性化的健身指导和服务，有利于提高用户满意度和健身效果。
3. 技术支持的不断提升。
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技术与应用
生命科学仪器 2015 第13卷/12月刊
age为年龄，I为训练期强度百分比。例如一个40岁成年人，
训练期强度百分比设定为70~80%，则此人训练期理想心率应
介于126~144之间。假如该使用者所在人群的运动心跳模型为
HR=1.2*PPM+50，将126~144带入HR，得到RPM约为每分钟
天内完成，避免时间拉长导致心肺耐力产生过大变化。
1.3.2 实验流程
（1）使用者筛选
使用体育活动准备量表[13]（Physical Activity Readiness
63.3~78.3转左右，将RPM带入式（2）可知：将音乐速度设
为126~156拍，使用者会更容易达到理想心率。
HR=(220-age)*I
（3）
1.3 实验
1.3.1 实验对象与实验装置
通过半年的实验共收集17位男性自愿者数据，所有的自
愿者皆已告知实验内容并签署同意书，平均年龄为22.45±1.66
通常一个完整的运动周期分为三个阶段：暖身期、训练 期和缓和期。各个阶段可以设置不同的运动强度，式（3） 通过设定的运动强度及年龄计算各阶段的目标心率，式中：
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技术与应用
图2 系统架构图 Fig.2 Structure of system
图3 系统工作流程图 Fig.3 Workflow chart of system
岁。采用45公分台阶进行HST[12]测试（如图4(a)所示），利用
原地脚踏车（Monark 839e，如图4(b)所示）进行实验，测验
过程中皆需穿戴心率感测器（miCoach，如图4(c)所示）进行
心率收集。过程中需注意受试者的体能状况，使用者心肺耐
力分级以及运动心跳模型建立不得于同一天进行，但需在15
完两圈的时间就等于每小节演奏完的时间，如此即可引导运
动时的速度，达到目标运动强度。假设目标心率需要转速30
RPM，也就是2秒1转，选择4/4音乐的话，每个音符演奏时间
应为1秒（2秒除以2），则需要推荐的音乐速度等于60拍（1
分钟/1秒）。得到脚踏车转速与音乐节拍数的关系：
BPM=RPM*2
（2）
图1 音乐速度 Fig.1 The tempo of music
1.2 健身教练系统架构与工作流程 1.2.1 系统架构
系统主要由四部分组成（如图2所示）：（1）Web服务 器，提供注册、运动历史浏览、音乐数据库管理、运动心跳 模型和音乐运动模型的实现等功能，可以依据使用者的心肺 耐力等级给予推荐的音乐。（2）智能平台，执行Web服务器 所提供的音乐，同时通过计算运动中即时心率与目标心率差 距来对音乐速度微调，引导使用者的运动速度，使其向目标 心率靠近，并于运动结束后将数据上传到Web服务器。（3） 穿戴式设备， 包括心率感测器和高品质运动耳机。心率感测 器用于对运动者进行实时心率监测，基于蓝牙4.0传输协议设 计。（4）健身设备，脚踏车或者跑步机。 1.2.2 系统工作流程
Design of a Wisdom Coach System
Sun Shangyun1, Lin Zhongzhi2, Wu Shuicai1* (1. College of Life Science and Bio-engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124; 2.Department of Computer Science and Information Engineering,Changgung University ,Taiwan 333)
生命科学仪器 2015 第13卷/12月刊
技术与应用
一种智慧健身教练系统的研制
孙尚云1，林仲志2，吴水才1*
（1. 北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京 100124；2. 台湾长庚大学资讯工程系，台湾 333）
摘要 目的：研制一种智慧健身教练系统，让使用者可以随时随地享受教练服务，达到科学健身效果。方法：通过实 验收集17位自愿者的哈佛登阶(HST)与脚踏车数据，建立不同心肺耐力等级人群（状况分布为不好1人、稍差3人、普通 3人、尚好3人、很好7人）运动强度（脚踏车转速）与心跳模型，实现通过目标心跳推算运动强度；并通过理论推导构 建音乐速度与运动强度模型，实现以调节音乐速度来控制运动强度；最终结合穿戴式设备、移动智能平台以及Web技 术，设计智慧健身教练系统。结果：各人群选择自身对应的运动心跳模型，在不同运动强度下心跳预测效果优于通用 模型预测。测试者使用本系统参加实际健身时，各阶段的心跳都被很好地控制在预先设定的目标区域内。结论：本文 研制的教练系统可以有效地帮助使用者达到科学健身的效果。 关键词 智慧健身；教练系统；心跳控制；运动心跳模型；音乐运动模型
括号内的120是BPM值，表示每分钟演奏120个四分音符，即
每个四分音符的长度等于0.5秒（1分钟除以120等分），1小
节就是2秒长（0.5秒乘以4拍）。BPM的数值越大代表速度越
快。
所有的正规节拍中，每小节第一下为强拍，第三下为
弱强拍，其余节拍为弱拍。因此，如果训练者每次将惯用脚
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都踩在每小节的重拍上（强拍和弱强拍），那么训练者踩踏
音乐速度。
1.1.1 运动心跳模型
运动时的心率难以保持稳定状态，这是由于运动强度及
心肺耐力状况所致。本研究探寻各心肺耐力人群的运动强度
与心跳变化的关系，并建立运动心跳模型。预测心率与运动
强度的关系如式（1），其中HR表示运动心率，Div表示不同
心肺耐力群体差异常数，OnSet为初始化常数，RPM（转/每
合适的运动强度、取得较好的效果。 现今市场上的穿戴式健身教练设备主要通过心跳信号
（如：polar心率表[4]）和加速度信号（如：小米手环[5]）来帮 助使用者实现对运动强度的控制。由于运动心跳是确定运动 负荷强度的理想参数[6,7]，所以通过心跳控制运动强度成为了 一种科学健身的指导方法。这种方法的优点在于实时性强， 使用者可以通过查看及时心率与目标心率的差距来对自己的 运动强度做出调整；缺点在于信号采集不够稳定，易受干 扰，使用者也不可能频繁地查看目标心率达成度，且主观调
* 基金项目：国家自然科学基金 (7151101018) 通讯作者：吴水才，教授，研究方向：生物医学信号与图像处理、生物医学电子与医疗仪器，E-mail：wushuicai@
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技术与应用
生命科学仪器 2015 第13卷/12月刊
整运动强度并不容易。加速度信号则大多用来计步以实现运 动强度的评估[8]，这种方法的优点在于信号采集简单，缺点 是计步的算法不够精确，而且运动强度靠计步累积起来，实 时性不够强。
分）为脚踏车转速，用来表示运动强度。
HR=Div*RPM+OnSet
（1）
1.1.2 音乐运动模型
运动心跳模型可以计算不同心率对应的运动强度，但要