一种基于游泳动作识别的游泳学练系统的制作方法

1.本发明涉及游泳动作识别技术领域，尤其涉及一种基于游泳动作识别的游泳学练系统。

背景技术：

2.游泳不仅是人们最好的身体锻炼方式之一，也是一项重要的生存技能。但游泳技能不是人类天生就会的，需要后天学习和练习。
3.学习游泳的人很普遍，尤其是少年儿童学习游泳的人数众多。游泳的运动特点决定了学习及练习有一定的难度和危险性，虽然通常都需要教练或其他有一定游泳技能的人进行教授或协助，有时也需要使用学习和练习的辅助工具。
4.现在对普通人来说，游泳学习和练习的工具设备，都是浮漂之类的简单物品，极少数字化和智能化的设备，不能对游泳动作进行识别，不能将动作识别与游泳辅助相结合，以更好的学习游泳，智能化程度较低，学习效果较差。

技术实现要素：

5.本发明主要解决现有技术的游泳学习和练习的工具设备不能对游泳动作进行识别等技术问题，提出一种基于游泳动作识别的游泳学练系统，以达到对游泳动作轨迹数据进行采集，并通过游泳动作轨迹数据进行识别，调整游泳学练设备的姿态，辅助游泳的学习和练习，提高游泳学练的智能化程度。
6.本发明提供了一种基于游泳动作识别的游泳学练系统，包括：游泳学练设备、佩戴式传感设备、智能终端以及云端服务器；
7.所述佩戴式传感设备，包括但不限于手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元；
8.所述佩戴式传感设备佩戴在游泳者身上，用于采集游泳者上肢和下肢的动作轨迹数据，也用于采集游泳者体征数据；
9.所述游泳学练设备，包括：设备主体和设置在设备主体上的学练设备控制板；
10.所述设备主体，包括：前托板、后托板、肩部挡板、前托板升降机构以及后托板支架；
11.所述前托板和后托板铰接，所述前托板的前端两侧分别设置肩部挡板；所述前托板的底部设置多处前托板升降机构；
12.所述肩部挡板上分别设置肩部传感单元；
13.所述学练设备控制板上集成处理单元、第一通讯模块、第二通讯模块、和存储单元；
14.所述处理单元通过第一通讯模块分别与肩部传感单元、佩戴式传感设备信号连接；所述处理单元还与前托板升降机构信号连接；
15.所述处理单元，用于获取肩部传感单元、佩戴式传感设备采集的数据，根据肩部传
感单元、佩戴式传感设备采集的数据进行游泳姿态识别，并根据识别出的游泳姿态，给出信号指令控制前托板升降机构的支伸和退落；
16.所述处理单元通过第二通讯模块分别与智能终端、云端服务器信号连接；所述智能终端和云端服务器也信号连接。
17.优选的，所述佩戴式传感设备，包括但不限于手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元。
18.优选的，所述手腕传感单元，集成有六轴加速度传感器、脉搏测量传感器和测温传感器；所述手腕传感单元，用于采集游泳者手腕部位的动作轨迹数据、脉搏数据和体温数据；
19.所述肘部传感单元、膝部传感单元、脚腕传感单元分别集成有六轴加速度传感器；
20.所述肘部传感单元，用于采集游泳者的肘部动作轨迹数据；
21.所述膝部传感单元，用于采集游泳者的膝部动作轨迹数据；
22.所述脚腕传感单元，用于采集游泳者的脚腕动作轨迹数据。
23.优选的，所述肩部传感单元集成有压力传感器、加速度传感器。
24.优选的，所述第一通讯模块包括但不限于蓝牙、wifi或zigbee通讯模块；
25.所述第二通讯模块包括但不限于4g通讯模块、5g通讯模块或lora通讯模块。
26.优选的，所述处理单元上预先建立游泳动作数据识别模型；
27.所述游泳动作数据识别模型，包括：动作数据预处理模块、动作数据特征分析模块以及动作姿态识别模块；
28.所述动作数据预处理模块，采用滑动窗方法进行数据预处理；
29.所述动作数据特征分析模块，采用傅里叶系数(dft)进行频域分析，频域分析的相关公式为：
[0030][0031][0032][0033][0034]
其中，fi为傅里叶系数，n为窗口长度，d表示频谱；
[0035]
所述动作姿态识别模块，采用如下贝叶斯分类公式进行动作姿态识别：
[0036][0037]
其中，x为确定泳姿类别样本数据的特征向量值，ai为多个类别状态中第i个，p(ai)、p(ai|x)、p(x|ai)分别为先验概率、后验概率、类条件概率的函数。
[0038]
优选的，所述处理单元在游泳姿态识别后，处理单元传送开关量信号给前托板升降机构的控制开关，使升降机构进行支伸或退落，实现前托板升或降的结果。同时处理单元将动作轨迹数据保存在存储单元中。
[0039]
优选的，所述处理单元内预设脉搏和体温数据范围值；
[0040]
采集到的游泳者脉搏数据和体温数据与预设范围值进行比较，如果脉搏数据和体温数据超出对应的预设范围值，则处理单元对前托板升降机构发送开关量信号，使前托板提升并保持状态；
[0041]
处理单元同时通过通讯模块向云端服务器发送信号，云端服务器向终端设备发送报警信号。
[0042]
本发明提供的一种基于游泳动作识别的游泳学练系统，对游泳者进行游泳动作数据采集、分析、识别、通讯、应用的游泳学练专项数字技术，关联于游泳动作识别信息进行机械动作输出的游泳学习和练习。关于专项数字技术，是通过专用设备的传感器来实现数据采集，即在游泳学习(练习)者手腕、脚腕等处佩戴专业传感设备，以及在专用设备的(肩部)挡板处的传感设备，实时对其进行游泳动作轨迹数据和其它数据进行采集。该技术还包括对采集的数据进行处理、建立游泳动作轨迹特征数据模型和动作轨迹标准数据模型、建立游泳安全反应模型、对游泳者进行游泳动作识别和数据比较、对游泳者脉搏数据、体温数据、肩部力量数据等进行分析，以及对数据进行存贮、通讯传输、大数据分析和应用等。
[0043]
关于专用游泳学练设备，除了上述带有传感器的佩戴设备外，还包括对游泳者进行支托和动作协助的智能化机电设备(即专用游泳学练设备的主体部分)。通过游泳动作轨迹数据的识别信息，以及其它数据的分析结果，专用游泳学练设备的上躯支撑部分(前托板)由升降机构动作进行关联性的下俯、上翘、左侧、右侧等，使游泳者的头部或口鼻伴随其上下肢及手脚的动作和节奏进行必要的侵入水面或露出水面(依据各泳姿特点)，实现真实学练帮助及安全保护。专用游泳学练设备的处理单元，还会依据游泳安全反应模型在必要时进行安全指令输出，由升降机构即时进行支伸动作，或保持支伸状态，保障游泳者的安全，帮助游泳初学者快速掌握游泳各项动作要素并帮助游泳练习者快速提高游泳技术。
附图说明
[0044]
图1是本发明提供的基于游泳动作识别的游泳学练系统的模块连接图；
[0045]
图2是本发明提供的游泳学练设备的结构示意图；
[0046]
图3是本发明提供的游泳学练设备的俯视图；
[0047]
图4是本发明提供的游泳学练设备的使用状态图。
[0048]
附图标记：1、前托板；2、后托板；3、肩部挡板；4、前托板升降机构；5、后托板支架；6、肩部传感单元；7、学练设备控制板；
具体实施方式
[0049]
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0050]
如图1所示，本发明实施例提供的基于游泳动作识别的游泳学练系统，包括：游泳学练设备、佩戴式传感设备、智能终端以及云端服务器。
[0051]
所述佩戴式传感设备，包括但不限于手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元；
[0052]
佩戴式传感设备佩戴在游泳者身上，用于采集游泳者上肢和下肢的动作轨迹数据，也用于采集游泳者体征数据(体温数据、脉搏跳动数据)。具体的，佩戴式传感设备的佩戴位置包括但不限于手腕、手肘、脚腕、膝盖等部位。也可根据实际情况只缠系其中之一。如果需要采集脉搏数据，则必须要在手腕处佩戴数采部件，且佩戴位置要调整到能够检测脉搏数据之处。
[0053]
所述手腕传感单元，集成有六轴加速度传感器、脉搏测量传感器和测温传感器；所述手腕传感单元，用于采集游泳者手腕部位的动作轨迹数据、脉搏数据和体温数据；
[0054]
所述肘部传感单元、膝部传感单元、脚腕传感单元分别集成有六轴加速度传感器。
[0055]
所述肘部传感单元，用于采集游泳者的肘部动作轨迹数据；
[0056]
所述膝部传感单元，用于采集游泳者的膝部动作轨迹数据；
[0057]
所述脚腕传感单元，用于采集游泳者的脚腕动作轨迹数据。
[0058]
另外，本发明的各传感单元，也集成有相应的mcu、通讯模块和电池等。mcu用于控制传感单元。传感单元的通讯模块(蓝牙、wifi或zigbee)，用于与第一通讯模块信号连接，实现与学练设备控制板7的数据交互。
[0059]
本发明的佩戴式传感设备实现对游泳者的手腕、脚腕、腿、臂动作轨迹数据的采集。
[0060]
如图2-4所示，所述游泳学练设备，包括：设备主体和设置在设备主体上的学练设备控制板7。
[0061]
所述设备主体，包括：前托板1、后托板2、肩部挡板3、前托板升降机构4以及后托板支架5；
[0062]
所述前托板1和后托板2铰接，所述前托板1的前端两侧分别设置肩部挡板3；所述前托板1的底部设置多处前托板升降机构4，所述前托板升降机构可由电机或气缸设备驱动升降。具体的，多处前托板升降机构4可设置在前托板1的端部和两侧，能够通过前托板升降机构4实现前托板1的下俯、上翘、左侧、右侧的变动。所述后托板2的下方设置后托板支架5。
[0063]
前托板1、后托板2以及肩部挡板3的尺寸，可根据游泳者的身体尺寸情况进行动态调整。肩部挡板3可以阻止游泳者做动作时前移脱离设备。
[0064]
所述肩部挡板3上分别设置肩部传感单元6。所述肩部挡板3有一定的弹性，以便于更好地获取传感器数据。所述肩部传感单元6集成有压力传感器、加速度传感器。所述肩部传感单元6，用于采集游泳者肩部压力数据(肩部前冲力)、肩部加速度数据等。
[0065]
在游泳学练设备使用时，游泳者在躺或卧在设备主体上进行游泳学习和练习时，其肩上部接触肩部传感单元6，肩部传感单元6可实时采集游泳者肩部压力数据、肩部加速度数据等；佩戴式传感设备可实时采集对游泳者的脉搏数据、体温数据以及手腕、脚腕、腿、臂动作轨迹数据等。本领域技术人员可以理解，本发明的肩部传感单元6，可与学练设备控制板7无线或有线连接，也可自设采集系统。
[0066]
所述学练设备控制板7上集成处理单元、第一通讯模块、第二通讯模块、和存储单元。具体的，学练设备控制板7可安装在后托板2的下表面。
[0067]
所述处理单元通过第一通讯模块分别与肩部传感单元6、佩戴式传感设备信号连接；所述处理单元还与前托板升降机构4信号连接；
[0068]
所述处理单元，用于获取肩部传感单元6、佩戴式传感设备采集的数据，根据肩部
传感单元6、佩戴式传感设备采集的数据进行游泳姿态识别，并根据识别出的游泳姿态，给出信号指令控制前托板升降机构4的支伸和退落。
[0069]
所述第一通讯模块包括但不限于蓝牙、wifi或zigbee通讯模块。第一通讯模块属于近距离部件间数据通讯，肩部传感单元6、佩戴式传感设备采集的数据被有线或无线方式传输到专用游泳学练设备的控制部件端。可采用有线或无线(包括且不限于蓝牙、wifi、zigbee)方式。
[0070]
所述处理单元通过第二通讯模块分别与智能终端、云端服务器信号连接；所述智能终端和云端服务器也信号连接。所述第二通讯模块包括但不限于4g通讯模块、5g通讯模块或lora通讯模块。所述学练设备控制板7与智能终端、云端服务器信号连接，是远距离通讯，可采用无线(包括且不限于4g、5g、lora)通讯方式等。
[0071]
进一步的，所述处理单元还与储存单元信号连接。所述存储单元，用于存储处理单元获取、处理和生产的各项数据。所述学练设备控制板7上还集成电池，用于保持设备的用电状态。
[0072]
本发明的学练设备控制板7，根据肩部传感单元6、佩戴式传感设备采集的游泳者实时数据(能反应游泳者状态及动力输出)，改变托板升降机构4的升降状态，进而改变前托板1的状态，帮助设备将游泳者头部侵入或露出水面(依据各泳姿特点)，或改变游泳者身体形态，即有助于游泳动作与呼吸协调练习，又有效保障游泳者的安全需要。
[0073]
本发明的学练设备控制板7获取、处理和生成的数据，能够通过第二通讯模块传输到智能终端、云端服务器上。
[0074]
所述处理单元上预先建立游泳动作数据识别模型，并对采集的数据进行处理及比对分析，识别出游泳者的泳姿类型及四肢动作情况。
[0075]
所述游泳动作数据识别模型，包括：动作数据预处理模块、动作数据特征分析模块以及动作姿态识别模块。
[0076]
所述动作数据预处理模块，采用滑动窗方法进行数据预处理。
[0077]
所述动作数据特征分析模块，采用傅里叶系数(dft)进行频域分析。
[0078]
频域特征为功率谱密度，频域分析的相关公式为：
[0079][0080][0081][0082][0083]
其中，fi为傅里叶系数，n为窗口长度，d表示频谱。
[0084]
所述动作姿态识别模块，采用如下贝叶斯分类公式进行动作姿态识别：
[0085][0086]
其中，x为确定泳姿类别样本数据的特征向量值，ai为多个类别状态中第i个，p(ai)、p(ai|x)、p(x|ai)分别为先验概率、后验概率、类条件概率的函数。
[0087]
游泳动作轨迹数据处置：包括生成数据信号指令、数据存储等。
[0088]
所述处理单元在游泳姿态识别后，处理单元传送开关量信号给前托板升降机构4的控制开关(继电器)，使电机或气缸设备进行工作，实现前托板1升或降的结果。同时处理单元将动作轨迹数据保存在存储单元中。
[0089]
所述游泳学练设备的处理单元，对采集的其它数据，同样进行处理和分析，包括游泳者肩上部的压力和加速度数据、游泳者脉搏和体温数据等，实时与其内设数据标准进行比对分析，并在异常情况下，输出必要的控制动作和发送必要的报警信号。控制动作包括保持前托板持续向上的状态。具体的，处理单元内预设脉搏和体温数据范围值。采集到的游泳者脉搏数据和体温数据与预设范围值进行比较。如果脉搏数据和体温数据超出对应的预设范围值，则处理单元对前托板升降机构4发送开关量信号，使前托板1提升并保持状态。处理单元同时通过第二通讯模块向云端服务器发送信号；云端服务器向终端设备发送报警信号。压力和加速度数据不参与比对和报警。
[0090]
上述专用游泳学练设备的控制部件对数据进行统计分析，包括且不限于游泳者游泳时长、各项动作次数、动作频率、动作标准度、学习和练习效果等。该统计结果数据发送到终端设备，或发送到云端服务器。终端设备对数据的分析，也可以全部或一部分传送到服务器端进行。
[0091]
所述的云端服务器，对接收到的数据，进行ai数据模型训练、建立各泳姿动作特征数据模型和各泳姿标准动作数据模型、建立游泳安全反应模型、大数据分析，以及更广泛的数据应用。其中ai数据模型训练，可对专业游泳运动员进行游泳动作数据采集，最后获得各泳姿的标准动作数据模型。该标准动作数据模型，可用于对游泳者的游泳动作分析和评价。
[0092]
所述的云端服务器，对接收到的数据，进行ai数据模型训练、建立各泳姿动作特征数据模型和各泳姿标准动作数据模型、建立安全数据模型、大数据分析，以及更广泛的数据应用。其中，ai数据模型训练，可对专业游泳运动员进行游泳动作数据采集，最后获得各泳姿的标准动作数据模型。
[0093]
ai数据模型训练主要包括以下步骤：
[0094]
大样本数据采集和标注、数据特征值处理、卷积层等神经网络训练、adam神经网络优化、标准数据模型生成；
[0095]
该标准动作数据模型，可用于对游泳者的游泳动作分析和评价。
[0096]
游泳安全反应模型是对全部采集的数据进行综合分析，识别游泳者的异常情况及状态，并输出各项安全保障措施。具体的，游泳安全反应模型基于安全考虑，游泳学练设备在所有未知情况下都是安全状态形态，即保障游泳者可以呼吸的状态。以蛙泳泳姿为例：安全状态形态就是保持前托板升起状态。只有收臂动作发生时，即，双手(腕)从各自侧分开距离(状态)，相向移动至相近位置(回到胸前位置)时，前托板开始下降，并在双手(腕)合并前伸时，保持下降状态。或，单手(腕)从自侧(带设备手腕侧)向另一侧移动至胸前位置时，前托板开始下降，并在手(腕)前伸时，保持下降状态。游泳者的其它任何动作，都会触发安全保护，即前托板升起。前托板下降有时间限制，即不能持续超过12秒钟时长。超过此时长，不论动作数据如何，或是否有新动作数据，都无效。安全模型需要不断完善。
[0097]
所述处理单元根据识别结果，控制游泳学练设备的前托板升降机构4动作，将前托板1进行或上、或下、或左、或右的状态改变，使游泳学习和练习者实现专业标准游泳动作应
该呈现出的形态和效果，即通过前托板1的下俯、上翘、左侧、右侧的变动，来保证游泳者口鼻在水面的合理位置，以及保证游泳者的安全。
[0098]
智能终端可采用手机、平板等智能终端设备，可安装设备应用app。可通过蓝牙和wifi近距离直连设备，也可通过4g、5g、wifi等方式连接云端服务器，获得数据、信息，以及对设备进行操控。
[0099]
综上，本发明的游泳动作数据识别和处置部分，对游泳动作轨迹数据进行处理、建立游泳动作轨迹特征数据模型和动作轨迹标准数据模型、对实际游泳动作轨迹数据进行模型比对和分析、对游泳动作进行识别、对游泳者脉搏数据、体温数据、肩部力量数据等进行分析，以及对数据进行存贮、通讯传输、大数据分析和应用等。
[0100]
本发明基于游泳动作识别的游泳学练系统的工作过程：
[0101]
步骤1：将本发明的游泳学练设备的设备主体安置在水中，场所或环境可以是游泳池，也可以是河边或海边的浅水区域。
[0102]
设备主体所有部件都是防水结构。前托板升降机构4以及后托板支架5的底部平稳地固定在水底，使设备相对稳定。前托板1、后托板2的高度可根据实际情况调整，使其保持在水面以下30至50厘米之间的距离。
[0103]
步骤2：将手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元分别缠系在游泳者的手腕、手肘、膝盖、脚腕等处，也可只缠系其中之一。如果需要采集脉搏数据，则必须要在手腕处佩戴手腕传感单元，且佩戴位置要调整到能够检测脉搏数据之处。
[0104]
步骤3：以蛙泳学习为例，游泳者趴卧在游泳学练设备的托板上，准备好后，启动设备开关。设备前下方有触按式开关，手机app上也可以进行开关操作。
[0105]
设备起始和结束状态都是前托板1向上(上翘)的状态，而且在设备使用过程中，如果出现数据异常情况，设备也会自动复位并保持在起始(或结束)状态。
[0106]
步骤4：设备启动后，当游泳者双臂前伸时，学练设备控制板7获得相应数据并识别游泳动作，并同时驱动前托板升降机构4将前托板1向下(下俯)，使游泳者的头部侵入水中。在游泳者双臂回缩划水时，学练设备控制板7获得相应数据并识别游泳动作，并同时驱动前托板升降机构4将设备前托板1向上(上翘)，使游泳者的头部露出水面，并保持此状态，保障游泳者有充分的时间进行呼吸。
[0107]
对游泳者的腿部数据的采集、分析和处理与上述情况类似，也是作为控制设备所需信号的一部分。
[0108]
上述过程可重复进行。
[0109]
步骤5：通过游泳者手腕处缠系的数采部件传感器，同时采集游泳者的心跳数据及体温数据，此数据可用于游泳者安全状态及运动状态的评价。
[0110]
步骤6：游泳者肩上部的压力数据及加速度传感器的数据也会同时被采集，并被传输到学练设备控制板7被处理和分析，此数据可用于游泳者安全状态及游泳动作效果的评价。
[0111]
在本发明中，每种泳姿都有各自的数据模型，学练设备控制板7会根据游泳者动作数据特征自动识别泳姿类型。也可通过手机或平台终端设备上的app进行泳姿类型设置。针对不同类型的泳姿，游泳学练设备的前托板1上翘时的角度，以及翘动方向可能不同，其效果为使游泳者实现该泳姿专业标准动作应呈现出的相似形态。
[0112]
在游泳者进行游泳学习和联系时，实时采集到的数据，除了被处理、识别、相关信息利用之外，还会被本机存储、统计分析，以及直接或间接通过4g、5g、wifi等通讯方式上传云端服务器。
[0113]
步骤7：当游泳者结束学习和练习时，可关闭游泳学练设备开关，或由其他人通过手机或平板的app操控关闭设备开关，游泳者离开托板，摘掉佩戴式传感设备。
[0114]
本发明可通过手机、平板、电脑等终端设备，获取游泳者此次学习和练习的各项数据，也可查询以往历史数据，以及大数据应用的各项统计和分析数据。
[0115]
设备所有部件的电路部分，都具有可充电电池。在设备使用时，可脱离外部电源，利用本设备自有的电池进行工作。设备充电接口处，有防水结构和措施。
[0116]
本发明一种基于游泳动作识别的游泳学练系统，是对游泳者进行游泳动作轨迹数据、游泳者身体相关数据和游泳动作效果数据进行采集、分析、处置、通讯、应用的游泳学练专项数字技术，以及关联游泳动作识别信息进行机械动作输出的游泳学习和练习的专用游泳学练设备。通过游泳动作识别信息，该专用设备的上躯支撑部分(前托板)由电机或气缸设备驱动进行关联性的下俯、上翘、左侧、右侧，使游泳者的头部或口鼻伴随其上下肢及手脚的动作和节奏进行必要的侵入水面或露出水面(依据各泳姿特点)，实现真实学练帮助及安全保护。
[0117]
本发明通过游泳学练设备和佩戴式传感设备来实现数据采集，即在游泳学习(练习)者手腕、脚腕等处佩戴专业传感设备，并实时对其动作轨迹的数据进行采集、对游泳者脉搏数据和体温数据进行采集，以及通过肩部挡板3上的肩部传感单元6实时采集游泳者肩上部压力和加速度数据。本发明能够对游泳动作轨迹数据进行处理、通过游泳动作数据识别模型对游泳姿态进行识别，并控制前托板升降机构4的动作。本发明内容不仅对游泳学习和练习者提供了有效的辅助性系统方法和设备实现，还充分考虑了相关的安全机制和措施，是一个完整的新方法、新技术、新产品方案，必然在游泳学习和练习服务市场有较好的应用前景。
[0118]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：

1.一种基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，包括：游泳学练设备、佩戴式传感设备、智能终端以及云端服务器；所述佩戴式传感设备，包括但不限于手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元；所述佩戴式传感设备佩戴在游泳者身上，用于采集游泳者上肢和下肢的动作轨迹数据，也用于采集游泳者体征数据；所述游泳学练设备，包括：设备主体和设置在设备主体上的学练设备控制板(7)；所述设备主体，包括：前托板(1)、后托板(2)、肩部挡板(3)、前托板升降机构(4)以及后托板支架(5)；所述前托板(1)和后托板(2)铰接，所述前托板(1)的前端两侧分别设置肩部挡板(3)；所述前托板(1)的底部设置多处前托板升降机构(4)；所述肩部挡板(3)上分别设置肩部传感单元(6)；所述学练设备控制板(7)上集成处理单元、第一通讯模块、第二通讯模块、和存储单元；所述处理单元通过第一通讯模块分别与肩部传感单元(6)、佩戴式传感设备信号连接；所述处理单元还与前托板升降机构(4)信号连接；所述处理单元，用于获取肩部传感单元(6)、佩戴式传感设备采集的数据，根据肩部传感单元(6)、佩戴式传感设备采集的数据进行游泳姿态识别，并根据识别出的游泳姿态，给出信号指令控制前托板升降机构(4)的支伸和退落；所述处理单元通过第二通讯模块分别与智能终端、云端服务器信号连接；所述智能终端和云端服务器也信号连接。2.根据权利要求1所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述佩戴式传感设备，包括但不限于手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元。3.根据权利要求2所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述手腕传感单元，集成有六轴加速度传感器、脉搏测量传感器和测温传感器；所述手腕传感单元，用于采集游泳者手腕部位的动作轨迹数据、脉搏数据和体温数据；所述肘部传感单元、膝部传感单元、脚腕传感单元分别集成有六轴加速度传感器；所述肘部传感单元，用于采集游泳者的肘部动作轨迹数据；所述膝部传感单元，用于采集游泳者的膝部动作轨迹数据；所述脚腕传感单元，用于采集游泳者的脚腕动作轨迹数据。4.根据权利要求3所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述肩部传感单元(6)集成有压力传感器、加速度传感器。5.根据权利要求3所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述第一通讯模块包括但不限于蓝牙、wifi或zigbee通讯模块；所述第二通讯模块包括但不限于4g通讯模块、5g通讯模块或lora通讯模块。6.根据权利要求1所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述处理单元上预先建立游泳动作数据识别模型；所述游泳动作数据识别模型，包括：动作数据预处理模块、动作数据特征分析模块以及动作姿态识别模块；所述动作数据预处理模块，采用滑动窗方法进行数据预处理；
所述动作数据特征分析模块，采用傅里叶系数进行频域分析，频域分析的相关公式为：所述动作数据特征分析模块，采用傅里叶系数进行频域分析，频域分析的相关公式为：所述动作数据特征分析模块，采用傅里叶系数进行频域分析，频域分析的相关公式为：所述动作数据特征分析模块，采用傅里叶系数进行频域分析，频域分析的相关公式为：其中，f
i
为傅里叶系数，n为窗口长度，d表示频谱；所述动作姿态识别模块，采用如下贝叶斯分类公式进行动作姿态识别：其中，x为确定泳姿类别样本数据的特征向量值，a
i
为多个类别状态中第i个，p(a
i
)、p(a
i
|x)、p(x|a
i
)分别为先验概率、后验概率、类条件概率的函数。7.根据权利要求6所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述处理单元在游泳姿态识别后，处理单元传送开关量信号给前托板升降机构(4)的控制开关，使升降机构(4)进行支伸或退落，实现前托板(1)升或降的结果；同时处理单元将动作轨迹数据保存在存储单元中。8.根据权利要求7所述的基于游泳动作识别的游泳学练系统，其特征在于，所述处理单元内预设脉搏和体温数据范围值；采集到的游泳者脉搏数据和体温数据与预设范围值进行比较，如果脉搏数据和体温数据超出对应的预设范围值，则处理单元对前托板升降机构(4)发送开关量信号，使前托板(1)提升并保持状态；处理单元同时通过通讯模块向云端服务器发送信号，云端服务器向终端设备发送报警信号。

技术总结

本发明涉及游泳动作识别技术领域，提供一种基于游泳动作识别的游泳学练系统，包括：游泳学练设备、佩戴式传感设备、智能终端以及云端服务器；所述佩戴式传感设备，包括但不限于手腕传感单元、肘部传感单元、膝部传感单元和脚腕传感单元；所述游泳学练设备，包括：设备主体和学练设备控制板；所述设备主体包括：前托板、后托板、肩部挡板、前托板升降机构以及后托板支架；所述前托板和后托板铰接，所述前托板的前端两侧分别设置肩部挡板；所述前托板的底部设置多处前托板升降机构；所述肩部挡板上分别设置肩部传感单元。本发明能够对游泳动作轨迹数据进行采集，并通过游泳动作轨迹数据进行识别，提高游泳学练的智能化程度。提高游泳学练的智能化程度。提高游泳学练的智能化程度。