揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法
2023-05-14 03:38:21
專利名稱：揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種揮擊動作的肌能狀態分析系統、方法及其電腦程式產品，特別是 涉及一種利用肌電信號與揮擊速度數據以分析使用者揮擊動作是否正確的揮擊動作的肌 能狀態分析系統及方法。
背景技術：
先前技術中，利用肌電信號以分析使用者動作的肌肉反應與施力力道，已常見於 醫療技術領域，包括病患的肢體復健訓練，義肢的使用訓練、癱瘓者的身體全衡訓練等。亦 如，體內器官的肌肉運作偵測，如心臟肌肉反應偵測，肺部與胸膛肌肉的反應偵測，皆得以 結合肌電信號偵測技術，但肌電信號技術甚少應用於就運動領域方面。事實上，選手進行運動訓練時，需相當重視各相關肌肉是否正確施力，同時要避免 過度的訓練以造成肌肉傷害的情形。以揮擊運動為例，揮擊運動是指需要多處肌肉瞬間動 作，講求肌肉爆發力、協調性的一系列動作。目前技術多僅做單純的肌能分析數據，無法即 時顯示揮擊動作所使用到多處的肌肉群的施力狀態，故無法直接用於輔助改善揮擊動作。由此可見，上述現有的揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法在產品結構、方法與 使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決上述存在的問題，相 關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設計被發展完成，而一 般產品及方法又沒有適切的結構及方法能夠解決上述問題，此顯然是相關業者急欲解決的 問題。因此如何能創設一種新的揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法，實屬當前重要研發 課題之一，亦成為當前業界極需改進的目標。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法，用以分析使 用者揮擊運動的肌肉效能，更進一步時並可給予施力建議，以令使用者校正其揮擊姿勢與 動作。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提 出的一種揮擊動作的肌能狀態分析系統，其包括一揮擊器具，用以供一使用者進行揮擊 動作，其包括一加速度感測器，用以當該揮擊器具被揮動時，感測該揮擊器具的加速度以產 生一揮擊速度數據；多個信號偵測模塊，用以感應該使用者的多個肌肉產生的多個肌電信 號；—資料庫，用以儲存至少一肌能樣本值，每一肌能樣本值至少包括一揮擊速度樣 本值及其對應多個肌肉效能樣本值；一肌能分析模塊，用以分析所述肌電信號與該揮擊速 度數據以取得該多個肌肉效能值；以及一比對模塊，用以依據該揮擊速度數據和該多個肌 肉效能值與該資料庫中至少一肌能樣本值進行比對，以產生一比對結果數據。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的比對模塊依據該揮擊速度數據及該多個肌肉效能值，與該資料庫中至少一肌能樣本值的揮擊速度樣本值及其對應多個肌 肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的肌能分析模塊包括一信號分析 模塊與一肌能判定模塊，該信號分析模塊對所述肌電信號進行一時域分析以取得多個肌肉 施力強度值，該肌能判定模塊利用所述肌肉施力強度值以計算出所述肌肉效能值。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的信號分析模塊更包括對所述肌 電信號進行一頻域分析以取得一疲勞指標值，且該肌能判定模塊更包括依據所述多個肌肉 施力強度值與該疲勞指標值，判定該使用者是否處於一疲勞狀態。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述肌肉效能值與所述肌肉效能樣本 值分別對應多個肌肉屬性其中之一；以及，該肌能分析模塊將相同該肌肉屬性的該肌肉效 能值與該肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的肌能分析模塊更包括依據所述 肌肉效能值與所述肌肉效能樣本值的比對，判定所述肌肉效能值是否包括至少一異常肌肉 效能值。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的比對模塊更包括依據該比對結 果數據，產生一施力建議數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的比對模塊依據該揮擊速度數據 和該多個肌肉效能值與該資料庫中至少一肌能樣本值進行比對，經由將該揮擊速度數據和 該多個肌肉效能值與該資料庫中每一肌能樣本值進行比對，並從該至少一肌能樣本值中決 定一目標肌能樣本值，再將該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該目標肌能樣本值的比 對，產生該比對結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其更包括一顯示模塊，用以顯示該比對結 果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其中所述的比對結果數據為該揮擊速度數 據與該揮擊速度樣本值的差異，以及所述多個肌肉效能值與所述多個肌肉效能樣本值的差
已本發明的目的及解決其技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的 一種揮擊動作的肌能狀態分析方法，其包括以下步驟提供一資料庫，儲存至少一肌能樣本 值，每一肌能樣本值至少包括一揮擊速度樣本值及其對應多個肌肉效能樣本值；經由一加 速度感測器，感測一使用者使用一揮擊器具進行揮擊動作時該揮擊器具的加速度，以產生 一揮擊速度數據；取得該使用者的多個肌肉產生的多個肌電信號；分析所述肌電信號與該 揮擊速度數據以取得該多個肌肉效能值；以及依據該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與 該資料庫中至少一肌能樣本值進行比對，以產生一比對結果數據。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其中所述的進行比對，是依據該揮擊速度 數據及該多個肌肉效能值，與該資料庫中至少一肌能樣本值的揮擊速度樣本值及其對應多 個肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其更包括對所述肌電信號進行一時域分 析以取得多個肌肉施力強度值，利用所述肌肉施力強度值與該揮擊速度數據以計算出所述
5肌肉效能值。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其更包括對所述肌電信號進行一頻域分 析以取得一疲勞指標值，且依據所述多個肌肉施力強度值與該疲勞指標值，判定該使用者 是否處於一疲勞狀態。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其中所述肌肉效能值與所述肌肉效能樣本 值分別對應多個肌肉屬性其中之一，且該方法更包括將相同該肌肉屬性的該肌肉效能值 與該肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其更包括依據所述肌肉效能值與所述肌 肉效能樣本值的比對，判定所述肌肉效能值是否包括至少一異常肌肉效能值。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其更包括依據該比對結果數據，產生一施 力建議數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其中所述的進行比對，是經由將該揮擊速 度數據和所述多個肌肉效能值與該資料庫中每一肌能樣本值進行比對，並從該至少一肌能 樣本值中決定一目標肌能樣本值，再將該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該目標肌能 樣本值的比對，產生該比對結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其更包括提供一顯示模塊，以顯示該比對 結果數據。前述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其中所述的比對結果數據為該揮擊速度數 據與該揮擊速度樣本值的差異，以及所述多個肌肉效能值與該多個肌肉效能樣本值的差
已本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由上述技術方案，本發明 揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法至少具有下列優點及有益效果本發明適用於且揮擊 動作的運動領域，即時分析出使用者的肌肉使用狀態與肌肉效能，提供一比對結果數據。更 進一步時，可經由分析比對的結果數據給予使用者適當的建議進而改善整體揮擊效率。其 次，本發明直接偵測使用者運動時，肌肉牽生的肌電信號，以分析出使用者的肌肉使用狀態 與肌肉效能，再經由比對模塊，標準的肌能樣本值做比對，分析出哪一部分肌肉群需要修正 施力，以給予最適當的施力建議，藉此減少運動傷害及提高訓練效率。綜上所述，本發明用以分析使用者揮擊運動的肌肉效能，更進一步時並可給予施 力建議，以令使用者校正其揮擊姿勢與動作本發明在技術上有顯著的進步，並具有明顯的 積極效果，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖IA繪示本發明實施例的揮擊動作的肌能狀態分析系統架構示意圖。圖IB與圖IC繪示本發明實施例的揮擊動作的肌能狀態分析系統方塊示意圖。圖2繪示本發明實施例的肌肉效能比對示意圖。圖3繪示本發明實施例的二維坐標軸的象限及落點示意圖。
圖4繪示本發明實施例的揮擊動作的肌能狀態分析方法的流程圖。
圖5繪示本發明實施例的步驟S140的細部流程圖。
圖6繪示本發明實施例的步驟S150的細部流程圖。
圖7繪示本發明實施例的疲勞狀態分析流程圖。
l揮擊器具11加速度感測器
2信號偵測模塊 2l無線傳輸器
3計算器3l肌能分析模塊
311信號分析模塊312肌能判定模塊
32比對模塊32l二維坐標軸
33資料庫34顯示模塊
4l肌肉施力強度值 42疲勞指標值
43揮擊速度數據44肌肉效能值
5肌能樣本值5l揮擊速度樣本值
52肌肉效能樣本值 Ql第一象限
Q2第二象限Q3第三象限
Q4第四象限Pl落點具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法其具體實施方式
1結構1方法1步驟1特徵及其功效，詳細說明如後。
有關本發明的前述及其他技術內容1特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說明之用，並非用來對本發明加以限制。
首先請參閱圖lA所繪示本發明實施例的揮擊動作的肌能狀態分析系統架構示意圖，與圖lB與圖lC所繪示本發明實施例的揮擊動作的肌能狀態分析系統方塊示意圖，此系統包括一揮擊器具l1多個信號偵測模塊21一資料庫331一肌能分析模塊3 l與一比對模塊32。
揮擊器具l用以供一使用者進行揮擊動作。揮擊器具l包括一加速度感測器11，其可以是多維度加速度計，如二維度加速度計或三維度加速度計。本實施例的揮擊器具l以球棒作說明，但不以此為限，只要是用以進行揮擊動作的器具，如高爾夫球桿1網球拍1羽球拍等亦可。
本實施例中，加速度感測器11可配置於球棒末端，用以當使用者揮動球棒時，感測球棒被揮動的速度，以產生一揮擊速度數據。
信號偵測模塊2以感應貼片作說明，感應貼片被貼在使用者身上，用以感應使用者在作揮擊動作時，各相關肌肉產生的肌電信號，各肌肉包括肩膀部位1手臂部位1胸肌部位1腰部位1手腕部位1大腿部位1小腿部位1腳掌部位等一種以上的相關肌肉。在其他實施例中，信號偵測模塊2亦可以是市售可得的肌電信號裝置1設備或系統及其對應的信號感應元件，例如可擷取、量測與分析表面肌電信號的無線肌電信號量測(EMG)設備及其微型 化無線探針、藍芽八頻肌電信號儀及其表面型電極、EMG肌電信號感測儀及其表面電極片 等。更甚者，根據揮擊運動的肌肉需求，信號偵測模塊2被配置於右半身或左半身的相關肌 肉部位。揮擊速度數據43與肌電信號會被傳送至肌能分析模塊31。加速度感測器11、信 號偵測模塊2與肌能分析模塊31連接的模式如下(1)在加速度感測器11、信號偵測模塊2與肌能分析模塊31分別包括一無線通訊 模塊以進行無線通訊，以將揮擊速度數據和各肌電信號從加速度感測器11和信號偵測模 塊2傳送到肌能分析模塊31。(2)將資料庫33、肌能分析模塊31和比對模塊32同設置於一計算器3中，計算器 3經由一有線或無線通訊網絡與加速度感測器11和各信號偵測模塊2進行通訊，以取得揮 擊速度數據和各個肌電信號。如圖IA與圖1C，加速度感測器11、信號偵測模塊2電性耦接 至一無線通訊模塊21，由無線通訊模塊21與計算器3無線連接，以傳輸揮擊速度數據和各 個肌電信號至肌能分析模塊31，其中計算器3為個人電腦、伺服器與筆記型電腦的其中任 一。本實施例以第2種方式進行說明。資料庫33儲存有多個一個以上的肌能樣本值5，其為代表人在最合乎標準揮擊的 動作下，各肌肉的施力與肌能數值。每一個肌能樣本值5包括一揮擊速度樣本值51與其對 應多個肌肉效能樣本值52。本實施例中，肌能分析模塊31主要是分析所有的肌電信號與揮擊速度數據43，以 取得多個肌肉效能值44，並將肌肉效能值44與揮擊速度數據43傳輸至比對模塊32。肌能 分析模塊31包括一信號分析模塊311與一肌能判定模塊312，信號分析模塊311用以對各 肌電信號進行一時域分析，以取得多個肌肉施力強度值41。時域分析公式如下，但不以此為 限。時域分析公式
權利要求
1.一種揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其包括一揮擊器具，用以供一使用者進行揮擊動作，其包括一加速度感測器，用以當該揮擊器 具被揮動時，感測該揮擊器具的加速度以產生一揮擊速度數據；多個信號偵測模塊，用以感應該使用者的多個肌肉產生的多個肌電信號；一資料庫，用以儲存至少一肌能樣本值，每一肌能樣本值至少包括一揮擊速度樣本值 及其對應多個肌肉效能樣本值；一肌能分析模塊，用以分析所述肌電信號與該揮擊速度數據以取得該多個肌肉效能 值；以及一比對模塊，用以依據該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該資料庫中至少一肌能 樣本值進行比對，以產生一比對結果數據。
2.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的比對 模塊依據該揮擊速度數據及該多個肌肉效能值，與該資料庫中至少一肌能樣本值的揮擊速 度樣本值及其對應多個肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。
3.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的肌能 分析模塊包括一信號分析模塊與一肌能判定模塊，該信號分析模塊對所述肌電信號進行一 時域分析以取得多個肌肉施力強度值，該肌能判定模塊利用所述肌肉施力強度值以計算出 所述肌肉效能值。
4.根據權利要求3所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的信 號分析模塊更包括對所述肌電信號進行一頻域分析以取得一疲勞指標值，且該肌能判定模 塊更包括依據所述多個肌肉施力強度值與該疲勞指標值，判定該使用者是否處於一疲勞狀 態。
5.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述肌肉效 能值與所述肌肉效能樣本值分別對應多個肌肉屬性其中之一；以及，該肌能分析模塊將相 同該肌肉屬性的該肌肉效能值與該肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。
6.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的肌能 分析模塊更包括依據所述肌肉效能值與所述肌肉效能樣本值的比對，判定所述肌肉效能值 是否包括至少一異常肌肉效能值。
7.根據權利要求6所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的比對 模塊更包括依據該比對結果數據，產生一施力建議數據。
8.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的比對 模塊依據該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該資料庫中至少一肌能樣本值進行比對， 經由將該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該資料庫中每一肌能樣本值進行比對，並從 該至少一肌能樣本值中決定一目標肌能樣本值，再將該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值 與該目標肌能樣本值的比對，產生該比對結果數據。
9.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其更包括一顯示 模塊，用以顯示該比對結果數據。
10.根據權利要求1所述的揮擊動作的肌能狀態分析系統，其特徵在於其中所述的比 對結果數據為該揮擊速度數據與該揮擊速度樣本值的差異，以及所述多個肌肉效能值與所 述多個肌肉效能樣本值的差異。
11.一種揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其包括以下步驟提供一資料庫，儲存至少一肌能樣本值，每一肌能樣本值至少包括一揮擊速度樣本值 及其對應多個肌肉效能樣本值；經由一加速度感測器，感測一使用者使用一揮擊器具進行揮擊動作時該揮擊器具的加 速度，以產生一揮擊速度數據；取得該使用者的多個肌肉產生的多個肌電信號；分析所述肌電信號與該揮擊速度數據以取得該多個肌肉效能值；以及依據該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該資料庫中至少一肌能樣本值進行比對， 以產生一比對結果數據。
12.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其中所述的進 行比對，是依據該揮擊速度數據及該多個肌肉效能值，與該資料庫中至少一肌能樣本值的 揮擊速度樣本值及其對應多個肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果數據。
13.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其更包括對所述肌電信號進行一時域分析以取得多個肌肉施力強度值，利用所述肌肉施力強度 值與該揮擊速度數據以計算出所述肌肉效能值。
14.根據權利要求13所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其更包括 對所述肌電信號進行一頻域分析以取得一疲勞指標值，且依據所述多個肌肉施力強度 值與該疲勞指標值，判定該使用者是否處於一疲勞狀態。
15.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其中所述肌肉 效能值與所述肌肉效能樣本值分別對應多個肌肉屬性其中之一，且該方法更包括將相同該肌肉屬性的該肌肉效能值與該肌肉效能樣本值進行比對，以產生該比對結果 數據。
16.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其更包括依據所述肌肉效能值與所述肌肉效能樣本值的比對，判定所述肌肉效能值是否包括至 少一異常肌肉效能值。
17.根據權利要求16所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其更包括依據該比對結果數據，產生一施力建議數據。
18.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其中所述的進 行比對，是經由將該揮擊速度數據和所述多個肌肉效能值與該資料庫中每一肌能樣本值進 行比對，並從該至少一肌能樣本值中決定一目標肌能樣本值，再將該揮擊速度數據和該多 個肌肉效能值與該目標肌能樣本值的比對，產生該比對結果數據。
19.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其更包括提供一顯示模塊，以顯示該比對結果數據。
20.根據權利要求11所述的揮擊動作的肌能狀態分析方法，其特徵在於其中所述的比 對結果數據為該揮擊速度數據與該揮擊速度樣本值的差異，以及所述多個肌肉效能值與所 述多個肌肉效能樣本值的差異。
全文摘要
本發明是有關於一種揮擊動作的肌能狀態分析系統及方法，該系統包括一揮擊器具，用以供一使用者進行揮擊動作，其包括一加速度感測器，用以當該揮擊器具被揮動時，感測該揮擊器具的加速度以產生一揮擊速度數據；多個信號偵測模塊，用以感應該使用者的多個肌肉產生的多個肌電信號；一資料庫，用以儲存至少一肌能樣本值，每一肌能樣本值至少包括一揮擊速度樣本值及其對應多個肌肉效能樣本值；一肌能分析模塊，用以分析所述肌電信號與該揮擊速度數據以取得所述多個肌肉效能值；以及一比對模塊，用以依據該揮擊速度數據和該多個肌肉效能值與該資料庫中至少一肌能樣本值進行比對，以產生一比對結果數據。
文檔編號A61B5/22GK102068264SQ20091022367
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月23日 優先權日2009年11月23日
發明者朱敦孝 申請人:財團法人資訊工業策進會