分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法 |
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申请号 | CN201410577934.1 | 申请日 | 2014-10-24 | 公开(公告)号 | CN104574436B | 公开(公告)日 | 2017-10-13 |
申请人 | 欧立达股份有限公司; | 发明人 | 李柏勋; 张幼欣; 刘克涛; 杨世伟; | ||||
摘要 | 一种分析骑乘 自行车 的 膝关节 运动轨迹的量测系统及其方法,主要用于量测并分析骑乘者的骑乘自行车的膝关节的运动轨迹,而该量测系统至少包含一可踩踏装置、一固定于骑乘者下肢的胫骨粗隆处的发光灯体、一影像撷取装置及一膝关节运动轨迹分析装置,因此当骑乘者于可踩踏装置上进行循环踩踏时,该影像撷取装置能够撷取具有骑乘者下肢中心 位置 的影像与骑乘者进行循环踩踏时该发光灯体的发光光点轨迹线影像,而该运动轨迹分析装置则能够产生出一近似椭圆运动轨迹图,并以骑乘者的身体中心线为基准,与椭圆运动轨迹图的轨迹长轴线进行比对分析后,则能够得到骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受 力 分布,再依据骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布,搭配出适合骑乘者的 鞋 垫款式。 | ||||||
权利要求 | 1.一种分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统,用于量测并分析骑乘者骑乘自行车的膝关节运动轨迹,其特征在于该量测系统包含: |
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说明书全文 | 分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法技术领域[0001] 本发明系关于一种分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法,特别是指一种能够搭配可踩踏装置,并于骑乘者进行循环踩踏时,则能够形成发光光点轨迹线,并藉由发光光点轨迹曲线进行分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹特征,以依据膝关节运动轨迹特征搭配出适合骑乘者的鞋垫款式。 背景技术[0002] 一般Bike Fitting为了协助骑乘者去选择车架大小及设定单车配件,使骑乘者用最精准或舒适的骑姿进行骑行活动,都会使进行Bike Fitting程序调整,藉由Bike Fitting将自行车的可变模组来配合选手的身材及动作来调整至最适合的骑乘姿势。 [0003] 而一般Bike Fitting就是将骑乘者踩车时的位置和姿势,调校至骑乘者能舒适地踩到最快的速度,例如关节角度分析(伸展与屈曲角度量化)、稳定性分析(晃动距离量化)、强度分析(输出功率量化)、肌力分析(姿势角度量化)等等,皆是为了要做更精确的装备选择、更好的装备调整与正确部位的阻力训练(重量训练)建议,当然除了上述的量化资料量测之外,像是单车座位的高低调整等等,皆是为了可以使骑乘者能够以最精准或舒适的骑姿进行骑乘。 [0004] 如上所述,由于市面上的Bike fitting都是依侧视图量测2D的尺寸,如手肘、躯干、大腿、下肢的屈曲角度,但2D的量测有其不足之处,尤其是当要了解自行车手的膝关节活动稳定度和足膝关系时,使用市面上的Bike fitting量测则没有办法,因此,若能够提供一分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法,藉由量测膝关节的运动轨迹,加上前视图的资料,以形成一3D的量测模式,此量测可藉由骑乘者骑乘自行车的膝关节运动轨迹,来了解骑乘者的膝关节活动稳定度和足膝关系,除此之外,更能够依据分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹来搭配适合的鞋垫,以及应用楔型斜度垫片以进行微调整骑乘者的足膝运动稳定性,如此应为一最佳解决方案。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法,能够简易且快速的分析出骑乘自行车的膝关节运动轨迹,更能够依据骑乘自行车的膝关节运动轨迹特征搭配适合的鞋垫,以进行微调整骑乘者的足膝运动稳定性。 [0006] 为实现上述目的,本发明公开了一种分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统,用于量测并分析骑乘者骑乘自行车的膝关节运动轨迹,其特征在于该量测系统包含: [0008] 一发光灯体,固定于骑乘者下肢的胫骨粗隆处,用于骑乘者于该可踩踏装置上进行循环踩踏时,能够进行发光; [0009] 一影像撷取装置,设置于该可踩踏装置的前方,骑乘者于该可踩踏装置上进行循环踩踏时,该影像撷取装置能够撷取具有骑乘者下肢中心位置的影像与骑乘者进行循环踩踏时该发光灯体的发光光点轨迹线影像; [0010] 一膝关节运动轨迹分析装置,与该影像撷取装置相连接,该影像撷取装置能够将具有骑乘者下肢中心位置的影像与骑乘者进行循环踩踏时该发光灯体的发光光点轨迹线影像输入该膝关节运动轨迹分析装置,而该膝关节运动轨迹分析装置包含: [0011] 一轨迹长轴分析模组,于发光灯体的发光光点轨迹线影像中取出上下两端能够形成长度最长的两点,两点分别为上极限点与下极限点,因此将两点连成一线,则能取得轨迹长轴线的长度; [0012] 一轨迹横向线分析模组,于发光灯体的发光光点轨迹线影像中取出左右两端能够形成长度最长的两点,并将两点连成一线,以取得最大轨迹横向线的长度; [0013] 一轨迹偏移角度分析模组,与该轨迹长轴分析模组相连接,该轨迹偏移角度分析模组能够定义一与地面绝对垂直的参考线,并将参考线与轨迹长轴线进行夹角分析,以取得轨迹偏移角度量; [0014] 一身体中心线定义模组,能够依据具有骑乘者下肢中心位置的影像,定义出骑乘者的身体中心线; [0015] 一运动轨迹分析模组,与该轨迹长轴分析模组、该轨迹横向线分析模组、该轨迹偏移角度分析模组及该身体中心线定义模组相连接,能够藉由轨迹长轴线、最大轨迹横向线及轨迹偏移角度量,以取得一椭圆运动轨迹图,并以骑乘者的身体中心线为基准,与椭圆运动轨迹图的轨迹长轴线进行比对分析后,则能够得到骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布;以及 [0016] 一鞋垫选取判断模组,与该运动轨迹分析模组相连接,用以藉由该运动轨迹分析模组分析的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布进行判断适合骑乘者的足弓垫鞋垫。 [0017] 其中,该膝关节运动轨迹分析装置更包含有一与该运动轨迹分析模组相连接的骑乘者足部位置定义模组,依据具有骑乘者下肢中心位置的影像将骑乘者的足部区分为左脚部及右脚部,而左脚部及右脚部分别能够再定义出足底,而足底能够再定义出足底外侧与足底内侧。 [0018] 其中,该运动轨迹分析模组能够以骑乘者的身体中心线为基准,由上极限点往下极限点的方向来看,若该轨迹长轴线的水平方向投影线是接近身体中心线,该运动轨迹分析模组则能够判断出足底受力分布则是偏向足底外侧。 [0019] 其中,该足底受力分布是偏向足底外侧,因此鞋垫选取判断模组判断应选择足弓垫的刚性较低的足弓垫鞋垫,能够使足部受力分布向中央回调,以平衡并调整足部受力分布偏外侧的情况。 [0020] 其中,该运动轨迹分析模组能够以骑乘者的身体中心线为基准,由上极限点往下极限点的方向来看,若该轨迹长轴线的水平方向投影线是远离身体中心线,该运动轨迹分析模组则能够判断出足底受力分布则是偏向足底内侧。 [0021] 其中,该足底受力分布是偏向足底内侧,因此鞋垫选取判断模组判断应选择足弓垫的刚性最大的足弓垫鞋垫,能够使足部受力分布向中央回调,以平衡并调整足部受力分布偏内侧的情况。 [0022] 其中,该运动轨迹分析模组能够以骑乘者的身体中心线为基准,若椭圆运动轨迹图的轨迹长轴线与身体中心线平行,该运动轨迹分析模组则能够判断出足底受力分布则是比较平均且足底内外受力对称。 [0023] 其中,该足底受力分布是比较平均且足底内外受力对称,因此鞋垫选取判断模组判断应选择足弓垫的刚性适中的足弓垫鞋垫。 [0024] 其中,该发光灯体为可见光灯体或不可见光灯体。 [0025] 其中,该可见光灯体系为发光二极体。 [0026] 还公开了一种分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测方法,其特征在所述量测方法为: [0027] 首先,于骑乘者下肢的胫骨粗隆处固定有一发光灯体; [0028] 之后,骑乘者于一前方具有影像撷取装置的可踩踏装置上,进行循环踩踏,并由影像撷取装置撷取具有骑乘者下肢中心位置的影像与发光灯体的发光光点轨迹线影像; [0029] 于发光光点轨迹线影像中,分析出轨迹长轴线的长度、最大轨迹横向线的长度及轨迹偏移角度量,并再依据轨迹长轴线、最大轨迹横向线及轨迹偏移角度量,取得一椭圆运动轨迹图; [0030] 再依据具有骑乘者下肢中心位置的影像,定义出一骑乘者的身体中心线,并以身体中心线为基准,与椭圆运动轨迹图的轨迹长轴线进行比对分析后,以取得骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布;以及 [0031] 最后,依据膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布进行判断适合骑乘者的足弓垫鞋垫。 [0032] 其中,于发光光点轨迹线影像中能够取出上下两端能够形成长度最长的两点,两点分别为上极限点与下极限点,因此将两点连成一线,则能取得轨迹长轴线的长度,则能够取得轨迹长轴线的长度。 [0033] 其中,于发光光点轨迹线影像中取出左右两端能够形成长度最长的两点,并将两点连成一线,以取得最大轨迹横向线的长度。 [0034] 其中,于轨迹长轴线与一跟地面绝对垂直的参考线进行夹角分析,以取得轨迹偏移角度量。 [0035] 其中,于能够依据具有骑乘者下肢中心位置的影像,将骑乘者的足部区分为左脚部及右脚部,而左脚部及右脚部系分别能够再定义出足底,而足底能够再定义出足底外侧与足底内侧。 [0036] 其中,以骑乘者的身体中心线为基准,由上极限点往下极限点的方向来看,若该轨迹长轴线的水平方向投影线是接近身体中心线,则能够判断出足底受力分布则是偏向足底外侧。 [0037] 其中,由于足底受力分布是偏向足底外侧,因此判断应选择足弓垫的刚性较低的足弓垫鞋垫,能够使足部受力分布向中央回调,以平衡并调整足部受力分布偏外侧的情况。 [0038] 其中,以骑乘者的身体中心线为基准,由上极限点往下极限点的方向来看,若该轨迹长轴线的水平方向投影线是远离身体中心线,则能够判断出足底受力分布则是偏向足底内侧。 [0039] 其中,由于足底受力分布是偏向足底内侧,因此判断应选择足弓垫的刚性最大的足弓垫鞋垫,能够使足部受力分布向中央回调,以平衡并调整足部受力分布偏内侧的情况。 [0040] 其中,以骑乘者的身体中心线为基准,若椭圆运动轨迹图的轨迹长轴线与身体中心线平行,则能够判断出足底受力分布则是比较平均且足底内外受力对称。 [0041] 其中,由于足底受力分布是比较平均且足底内外受力对称,因此判断应选择足弓垫的刚性适中的足弓垫鞋垫。 [0042] 通过本发明的分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法,其结构简单,操作方便,能够简易且快速的撷取出骑乘自行车的膝关节运动轨迹,并能透过膝关节运动轨迹分析装置分析轨迹特征,依据骑乘自行车的膝关节运动轨迹搭配适合的鞋垫,以进行微调整骑乘者的足膝运动稳定性。附图说明 [0043] 图1A:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的系统架构示意图; [0044] 图1B:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的运动轨迹分析装置的内部架构示意图; [0045] 图2A:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的发光灯体设置示意图; [0046] 图2B:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的骑乘者踩踏影像撷取示意图; [0047] 图2C:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的发光光点轨迹线影像撷取示意图; [0048] 图2D:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的椭圆运动轨迹构成示意图; [0049] 图3A:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的椭圆运动轨迹往外倾斜示意图; [0050] 图3B:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的足底受力分布示意图; [0051] 图4A:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的椭圆运动轨迹平行于身体中心线或垂直地面示意图; [0052] 图4B:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的足底受力分布示意图; [0053] 图5A:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的椭圆运动轨迹往内倾斜示意图; [0054] 图5B:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的足底受力分布示意图;以及 [0055] 图6:本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的流程示意图。 具体实施方式[0056] 有关于本发明的前述及其他技术内容、特点与功效,在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中,将可清楚的呈现。 [0057] 请参阅图1A及图1B,为本发明分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法的系统架构示意图及运动轨迹分析装置的内部架构示意图,由图中可知,该量测系统1包含一可踩踏装置11、一发光灯体12、一影像撷取装置13及一膝关节运动轨迹分析装置14,其中该可踩踏装置11于本实施例中则是使用一固定式的自行车,而该可踩踏装置11为一车架,该车架上具有一车架龙头111及一对脚踏板112,用以让骑乘者2能够将双脚分别皆置于该脚踏板112上进行循环踩踏; [0058] 而骑乘者2的下肢21的胫骨粗隆处211(tibial plateau)固定有该发光灯体12(能够使用可见光灯体或是不可见光灯体,本实施例所使用的可见光灯体为发光二极体),如图2A所示,但固定的方式有多种,本实施例则是以魔鬼毡将发光灯体12固定于胫骨粗隆处 211,因此当骑乘者2的下肢21于该可踩踏装置11上进行循环踩踏时,能够一并进行发光,由于该影像撷取装置13设置于该可踩踏装置11的前方,如图2B及图2C所示,该影像撷取装置 13能够撷取具有骑乘者2下肢21相对车架龙头111中心位置的影像与骑乘者2进行循环踩踏时该发光灯体12的发光光点轨迹线影像121,由于为了撷取较清楚的发光光点轨迹线影像 121,本实施例的影像撷取装置13为一照相机,其中延长曝光时间约取5秒,灯光亮度须在一般室内居住的光源以下,光圈大小约F3.5、ISO值建议100~400以下,并依据现场即时调整相机参数,将拍摄的发光二极体光点轨迹线调整至清晰。 [0059] 而藉由该影像撷取装置13撷取具有骑乘者2的下肢21相对车架龙头111中心位置的影像与发光光点轨迹线影像121后,将其输入该膝关节运动轨迹分析装置14中以进行分析,而该膝关节运动轨迹分析装置14如图1B所示,包含一轨迹长轴分析模组141、一轨迹横向线分析模组142、一轨迹偏移角度分析模组143、一身体中心线定义模组144、一运动轨迹分析模组145、一骑乘者足部位置定义模组146及一鞋垫选取判断模组147,其中先由该轨迹长轴分析模组,于发光光点轨迹线影像121中取出上下两端能够形成长度最长的两点,两点分别为上极限点14111与下极限点14112,因此将两点连成一线,则能取得轨迹长轴线1411的长度; [0060] 之后,再由该轨迹横向线分析模组142,于发光光点轨迹线影像121中取出左右两端能够形成长度最长的两点,并将两点连成一线,以取得最大轨迹横向线1421的长度;而该轨迹偏移角度分析模组143则能够先定义一与地面绝对垂直的参考线1431,并将参考线与轨迹长轴线进行夹角分析,以取得轨迹偏移角度量1432; [0061] 而为了进行比对分析,故由该身体中心线定义模组144依据具有骑乘者2下肢21的影像,先定义出一该位骑乘者的身体中心线1441,其中车架龙头111的车架龙头中心线可做为参考基准,在正常骑乘姿势下,骑乘者的身体中心线1441会与车架龙头111的车架龙头中心线重叠;之后,再将轨迹长轴线1411、最大轨迹横向线1421及轨迹偏移角度量1432输入该运动轨迹分析模组145中,如图2D所示,该运动轨迹分析模组145能够依据轨迹长轴线1411、最大轨迹横向线1421及轨迹偏移角度量1432,形成一椭圆运动轨迹图1433。 [0062] 由于足部有右脚跟左脚的差异,故藉由该骑乘者足部位置定义模组146,先依据具有骑乘者2下肢21的影像能够将骑乘者的足部区分为左脚部及右脚部,而左脚部及右脚部分别能够再定义出足部,并将足部区分定义出足部外侧与足部内侧,之后,再以骑乘者的身体中心线1441为基准,与椭圆运动轨迹图1433的轨迹长轴线1411进行比对分析后,则能够得到骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布;以下以骑乘者的足部为右脚部为例进行分析,分析如下: [0063] (1)如图3A所示,以骑乘者的身体中心线1441为基准,由上极限点14111往下极限点14112方向的膝关节运动轨迹的偏移图来看,由于该轨迹长轴线1411的水平方向投影线14331是接近身体中心线1441,故该运动轨迹分析模组145能够判断出足底受力分布则是偏向足底外侧,搭配图3B来看,由足部受力分布线1451所显示的受力程度可知,证明足底受力分布的确是偏向足底外侧;经分析出不同的骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布后,能够再进一步判断骑乘者适合的鞋垫,以上述这个情况来看,因此判断骑乘者应选择足弓垫的刚性较低的足弓垫鞋垫,能够使足部受力分布向中央回调,以平衡并调整足部受力分布偏外侧的情况。 [0064] (2)如图5A所示,以骑乘者的身体中心线1441为基准,由上极限点14111往下极限点14112方向的膝关节运动轨迹的偏移图来看,由于该轨迹长轴线1411的水平方向投影线14331是远离身体中心线1441,故该运动轨迹分析模组145能够判断出足底受力分布则是偏向足底内侧,再搭配图5B来看,由足部受力分布线1451所显示的受力程度可知,证明足底受力分布的确是偏向足底内侧;经分析出不同的骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布后,能够再进一步判断骑乘者适合的鞋垫,以上述这个情况来看,因此判断骑乘者应选择足弓垫的刚性最大的足弓垫鞋垫,能够使足部受力分布向中央回调,以平衡并调整足部受力分布偏内侧的情况。 [0065] (3)如图4A所示,以骑乘者的身体中心线1441为基准,由于轨迹长轴线1411系与身体中心线1441平行,故该运动轨迹分析模组145则能够判断出足底受力分布则是比较平均且足底内外受力对称,再搭配图4B来看,由足部受力分布线1451所显示的受力程度可知,证明足底受力分布的确是比较平均且足底内外受力对称;由于分析出不同的骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布后,能够再进一步判断骑乘者适合的鞋垫,以上述这个情况来看,因此判断骑乘者应选择足弓垫的刚性适中的足弓垫鞋垫,如此将能够对应平均且于足底内外对称的足底受力。 [0066] 另外,骑乘者的足部为左脚部的分析与骑乘者的足部为右脚部的分析相仿,因此不多加赘述。 [0067] 综上所述,如图6所示,本发明的分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测方法,其步骤为: [0068] 1.首先,于骑乘者下肢的胫骨粗隆处固定有一发光灯体601; [0069] 2.之后,骑乘者于一前方具有影像撷取装置的可踩踏装置上,进行循环踩踏,并由影像撷取装置撷取具有骑乘者下肢中心位置的影像与发光灯体的发光光点轨迹线影像602; [0070] 3.于发光光点轨迹线影像中,分析出轨迹长轴线的长度、最大轨迹横向线的长度及轨迹偏移角度量,并再依据轨迹长轴线、最大轨迹横向线及轨迹偏移角度量,取得一椭圆运动轨迹图603; [0071] 4.再依据具有骑乘者下肢中心位置的影像,定义出一骑乘者的身体中心线,并以身体中心线为基准,与椭圆运动轨迹图的轨迹长轴线进行比对分析后,以取得骑乘自行车的膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布604;以及 [0072] 5.最后,依据膝关节运动轨迹的偏移数据与足底受力分布进行判断适合骑乘者的足弓垫鞋垫605。 [0073] 本发明所提供的分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统及其方法,与其他习用技术相互比较时,其优点如下: [0074] 本发明能够提供一分析骑乘自行车的膝关节运动轨迹的量测系统,除了能够简易且快速的撷取出骑乘自行车的膝关节运动轨迹,并能透过膝关节运动轨迹分析装置分析轨迹特征,依据骑乘自行车的膝关节运动轨迹搭配适合的鞋垫,以进行微调整骑乘者的足膝运动稳定性。 |