具体实施方式

图1所示的设备2旨在允许用户通过踩踏板来进行体育锻炼，从而提高骨盆的活动性和/或保持甚至发展心血管功能。

设备2包括框架22，该框架22配备有曲柄组24，并且根据健身自行车的已知分解，该框架22支撑鞍座26以及车把28。设备2是健身自行车类型。

曲柄组24包括两个曲柄和两个踏板，在图1中仅可见这些曲柄之一和这些踏板之一，分别以附图标记242和244表示。

在盖25的内部提供了用于曲柄组24的制动系统，该制动系统未示出并且是可调节的，以便允许根据要执行的锻炼来调节用户必须对踏板施加的作用力。

鞍座26由以可调节的方式安装在框架22上的座杆27支撑，并且座杆27通过未示出的由旋钮272控制的紧固螺钉而固定。

屏幕29安装在框架22的上部，在车把28的两个分支282和284之间。因此，该屏幕29对于坐在鞍座26上的用户是可见的。

鞍座26包括附接至座杆27的底架262，从而通过座杆安装至框架22。鞍座26还包括两个鞍形部分，即左鞍形部分264和右鞍形部分266。该鞍座还包括相对于底架262的用于每个鞍形物的铰接构件。这些铰接构件包括托架267，该托架267用于围绕由托架267限定的俯仰轴线A26铰接鞍形部分，每个鞍形部分都独立于另一个鞍形部分。托架267本身由可弹性变形的元件268支撑，该元件构成了鞍形部分的另一个铰接构件。可弹性变形的元件268被设置为在托架267围绕平行于鞍座26的向前/向后方向的轴线B26的侧倾运动R期间弹性变形。另一方面，可弹性变形的元件268被设置为在托架267围绕轴线C26的横摆运动L期间弹性变形，该轴线C26通常是垂直的，并且与座杆27的纵轴平行或一致。鞍形部分264和266的俯仰运动彼此独立，然而，它们的侧倾运动R和横摆运动L是相同的，因为侧倾运动R和横摆运动L是由它们共用的元件268的弹性变形引起的。

优选地，在此应用WO-A-2013/135697的技术教导。

在一种变型中，可以为鞍座26提供另一种结构，特别是具有独立的俯仰运动、侧倾运动和横摆运动的鞍形部分。

鞍座26配备有两个惯性单元。惯性单元位于鞍形部分264和266的每一个之下，只有布置在鞍形部分266之下的单元在图2中可见(附图标记为30)。该附图标记用于指定这两个单元中的每一个。

每个惯性单元30能够检测沿着安装有设备2的空间的正交参考坐标系X-Y-Z的三个轴的加速度。因此，每个惯性单元30能够提供分别平行于X、Y和Z轴的三个加速度分量Ax、Ay和Az，以及围绕这些轴的三个旋转分量Gx，Gy和Gz。每个惯性单元30以100Hz的频率操作。

实际上，每个惯性单元30可以由NXP公司以参考号BRKT-STBC-AGM01出售的电子卡形成，该电子卡集成了两种类型的惯性传感器，即FXOS8700加速度计-磁力计和FXPS21002陀螺仪。在此，不使用FXOS8700部件的磁力计功能。换句话说，该磁力计未激活。

在一种变型中，可以使用其他类型的惯性单元。

由惯性单元30之一确定的分量Ax、Ay、Az、Gx、Gy和Gz表示鞍形部分264或266的俯仰运动T和侧倾运动R，在该鞍形部分264或266之下安装有所讨论的惯性单元30。

来自两个惯性单元30的输出信号被提供给计算单元40，该计算单元除其他外还包括被编程为执行以下详述的计算操作的微处理器41，以及数据存储存储器44。

数据链路32将每个惯性单元30连接到计算单元40，并允许所讨论的惯性单元30的输出信号S30被传送，该输出信号包括分量Ax、Ay、Az、Gx、Gy和Gz。

设备2还包括光学传感器50，该光学传感器50位于鞍座26下方并且具有沿大致平行于轴线C26的方向朝向鞍座30的观察方向，如图2中的箭头F50所示。光学传感器50用于确定鞍座26围绕轴线C26的横摆运动L。

为此，可以将未示出的目标附接在鞍座26下方，以利于对准光学传感器50。该目标包括两个标记点，即反射器或发光二极管或LED。

光学传感器50通过支撑件54安装在座杆27上，并通过数据链路52连接到计算单元40，光学传感器50的输出信号S₅₀流经该数据链路52，该输出信号S₅₀包括与鞍座26的围绕轴C26的相对于静止位置的瞬时偏离相对应的角度，和/或鞍座26的横摆运动L的角幅度γ。光学传感器输出信号S₅₀，该信号S₅₀表示位置2D，即它检测到的带有反射器或带有LED的目标光点的像素坐标。

光学传感器50以50Hz的频率工作。

实际上，光学传感器50可以是由DFRobot销售的SEN0158类型。

在一种变型中，可以使用其他光学传感器类型。

传感器组件60在曲柄组24附近集成到体育锻炼设备2中，并且能够检测曲柄组24的转速V、踩踏板的持续时间D和踩踏板的瞬时功率P。该数据以大约1Hz的频率被收集，以便特别地在旨在增加用户的骨盆的活动性的放松运动的情况下验证速度V和功率D不是太高。传感器组件60还包括未示出并且可由用户佩戴的传感器，用于确定用户在踩踏板时的心率F。

传感器组件60通过数据链路62连接到计算单元40，该数据链路62允许传送该传感器组件的输出信号S60，该输出信号包括量V、D和P。

要注意的是，即使在文献中已知包括磁力计的惯性单元，包括上述作为实例提到的磁力计，在附图所示的本发明的实施例中，磁力计的使用也不是优选的，因为磁力计受到电磁干扰，可能会使测量结果失真。因为这样的干扰可在安装有设备2的区域中发生，特别是因为用户或协助他/她的人，特别是看护者或教练员，可能正携带手机或其他电子设备。另外，一些用户可能安装了金属髋关节假体，该金属髋关节假体构成位于鞍座26附近的相对较大的铁磁质量，这可能会干扰磁力计的工作。相反，横摆运动L的角幅度γ相对较小，通常小于15°，以至于在测量该角度时几度的绝对误差将引起较大的相对误差。

使用光学传感器50补充由惯性单元30获得的相对于俯仰运动T和侧倾运动R的测量的横摆运动L的测量，避免了由磁力计的电磁干扰引起的缺点。

但是，如果可以保护安装有锻炼设备2的房间免受电磁干扰，并且如果该房间中的那些人没有携带电磁设备或大的铁磁质量，则可以设想使用带有主动磁力计的惯性单元，代替光学传感器50。

计算单元40通过有线数据链路42连接到屏幕29，计算单元40的输出信号S₄₀在该有线数据链路上传播。该输出信号包括供用户在坐在鞍座26上时在屏幕29上观看的信息。

信号S₄₀还包括用于协助用户的人的信息，该信息可以与在屏幕29上显示的信息相同或不同。就这一点而言，信号S40可以经由诸如无线电链路之类的无线数据链路，包括借助于诸如Wi-Fi网络或蓝牙网络之类的无线网络100，被发送至蜂窝电话200或便携式计算机300。蜂窝电话200或计算机300可以是协助用户的人的蜂窝电话或计算机，或者甚至可以是用户的蜂窝电话或计算机。这两个物品可以用于显示和存储从计算单元40接收到的数据，以便在设备2上的锻炼阶段之后进行分析。该数据也可以存储在存储器44中。

就它们与设备2一起使用的程度而言，蜂窝电话200和计算机300被认为是设备2的显示屏幕，尽管与屏幕29不同，这不是它们的唯一功能。

在该示例中，计算单元由电子卡组成。在一种变型中，计算单元40由分布在整个设备2中的几个物理单元构成。实际上，该单元40可以位于盖25之下或屏幕29的背面。

单元40与传感器之间的距离应尽可能短。优选靠近鞍座26以及传感器30和50设置单元40，而不是远离鞍座26以及传感器30和50设置单元40。因此，盖25之下的位置仅是示例。

在用户在设备2上的锻炼阶段期间，在第一步100中启动上述各种电子部件，然后在后续步骤102中，用户开始踩踏板并在锻炼期间保持踩踏板。

在步骤102开始之后的步骤104中，每个惯性单元30用于检测其下安装有惯性单元30的鞍座264或266分别围绕轴线A26和B26的俯仰运动T和侧倾运动R，以及将包括分量Ax、Ay、Az、Gx、Gy和Gz的信号S₃₀发送到计算单元40。

与步骤104并行地，借助于光学传感器50实施步骤106，以检测横摆运动L并将包括由光学传感器50检测到的横摆角的信号S₅₀发送给计算单元40。

仍然与步骤104并行地，实施另一步骤108以借助于传感器组件60检测参数V、D和P，然后传感器组件60输出信号S₆₀。

计算单元40被配置为接收信号S₃₀、S₅₀和S₆₀，并通过微处理器41实施几个计算步骤。

在第一计算步骤110中，实施Madgwick算法以确定代表俯仰运动T和侧倾运动R的角幅度的近似值的四元数。

俯仰运动T的角幅度表示为α，侧倾运动R的角幅度表示为β。在步骤110中确定的俯仰和侧倾的角幅度的近似值分别表示为α′和β′。

Sebastian Madgwick于2010年4月30日发表的论文“An efficient orientationfilter for inertial and inertial/magnetic sensor arrays(用于惯性和惯性/磁传感器阵列的有效取向滤波器)”以及Sebastian Madgwick等人的题为“Estimation of IMUand MARG orientation using a gradient descent algorithm(使用梯度下降算法估算IMU和MARG取向)”的论文(2011IEEE International Conference on RehabilitationRobotics-Rehab Week Zurich,June 29-July 1,2011(2011IEEE康复机器人国际会议-苏黎世康复周-2011年6月29日至7月1日))中对此步骤中使用的Madgwick算法进行了描述。

在这种情况下，Madgwick算法与六个输入参数一起使用。

在步骤110之后，实施步骤112，其中，将由光学传感器50检测到的角度的值转换成等同于磁力计的输出信号的三个分量Mx、My和Mz。使用俯仰角和侧倾角的近似值α′和β′作为由光学传感器50检测到的并且被并入信号S₅₀中的横摆角的校正变量来执行转换步骤112。在该步骤112中，微处理器41使用旋转矩阵将来自光学传感器50的数据转换为Mx、My和Mz类型的数据。

步骤112中使用的转换算法包括以下类型的旋转矩阵的实现：

可通过以下链接访问此旋转矩阵的定义：

http://doucets.free.fr/Matrice_de_Rotation/rotations_intro_doc.html。

该矩阵已简化并适用于3D铰接式鞍座的问题。然后以以下形式表示：

在步骤112之后，实施步骤114，在该步骤中再次使用Madgwick类型的算法，这次使用九个输入参数，即量Ax、Ay、Az、Gx、Gy和Gz、Mx、My和Mz。因此，该版本的Madgwick算法比其中仅使用六个输入参数的步骤110中使用的算法更为复杂。在此步骤中，该算法可以确定四元数，并在此基础上计算鞍形部分运动的欧拉角。

在步骤114结束时，俯仰运动的角幅度α、β和γ。

步骤110的计算频率可以等于步骤104的频率或100Hz。步骤112和114的频率等于100Hz。在一个变型中，它可以等于步骤106的频率或50Hz，计算侧倾和横摆。Hz。

重复执行步骤110、112和114，以恢复代表每个鞍形部分264或266的三个运动，俯仰R、侧倾R和横摆L的量。因此，获得了代表这些运动的角幅度的六个角度值，即

-左鞍形部分264的俯仰角α_G；

-右鞍形部分266的俯仰角α_D；

-左鞍形部分264的侧倾角β_G；

-右鞍形部分266的侧倾角β_D；

-左鞍形部分264的横摆角γ_G；以及

-右鞍形部分266的横摆角γ_D。

就这一点而言，可以注意到，步骤104和110通过用于左鞍形部分264的第一惯性单元30和用于右鞍形部分266的第二惯性单元30来实施。

在步骤114之后，计算单元40以等于步骤114的频率的频率实施选择步骤116，以从上述六个角度中选择四个代表性角度。由于鞍形部分264和266的俯仰运动T是独立的，因此分别选择角α_G和α_D。由于鞍形部分的侧倾运动R是有联系的，因此角β_G和β_D可以相同或几乎相同，并且它们中仅一个且它们中仅一个被选择，将其称为β。类似地，由于鞍形部分的横摆运动L是有联系的，角γ_G和γ_D可以被认为是相同或几乎相同，并且它们中仅一个被选择，其在下文中被称为γ。

在步骤116之后，实施步骤118，其中信号S₄₀从计算单元40发送到屏幕29。该信号S₄₀包括选择的角α_G、α_D、β和γ，以及已由传感器组件60提供的速度V、持续时间D、踩踏功率P和心率F。

屏幕29在步骤120中接收信号S₄₀，并在步骤122中使用图4中可见的人机界面显示来自该信号S₄₀的某些数据。

在此人机界面上，两个图标564和566分别代表鞍形部分264和266。在此，图标564和566分别形成用于鞍形部分264和266的鞍形部分符号。文本框580用于显示用户标识符，例如名字和姓氏。提供按钮590、592和594以分别开始、暂停或完全停止锻炼设备2的操作。通过按下开始按钮590来启动上述步骤100。

水平条582位于屏幕29的底部，并且用于显示踩踏时间和/或功率，特别是通过色码显示。在该示例中，该踩踏时间由矩形584表示，该矩形的水平宽度根据踩踏时间而增加。在条582内，可以显示几个区域582a、582b、582c和582d，在显示期间，用户将要实现不同的踩踏功率，在该示例中，四个踩踏功率P1、P2、P3和P4用不同的颜色或其他方式标记。

图形区域586用于显示符号588，符号588的几何形状根据俯仰运动T、侧倾运动R和横摆运动L的角度而变化。符号588形成角α_G，α_D，β和γ的角幅度符号，即角α_G，α_D，β_G，β_D，γ_G和γ_D的角幅度符号，因为角β_G和β_D相同，角γ_G和γ_D相同。

选择步骤116的结果以在鞍座264上支撑用户左坐骨的点P_G以及在鞍座566上支撑用户右坐骨的点P_D的形式显示在屏幕29上。

具体地，屏幕29的图形界面被设计成使得与图4的实施例中的轴线A26一致的x轴表示侧倾角β的值，而与图4的实施例中的轴线B26一致的y轴表示左俯仰角α_G和右俯仰角α_D的值。

因此，可以根据角α_G和β在A26和B26轴线坐标系中的值来显示点P_G，并且根据角α_D和β在同一坐标系中的值来显示点P_D。

实际上，用户坐骨在鞍形部分264和266上的支撑不是临时性的，而是分布在相对较小的区域内，小于几cm²。坐骨的支承点被定义为该区域的中心。

理想地，支承点P_G被内接在曲线C_G内，该曲线C_G界定了与用户的骨盆的左部分在鞍形部分264上的正确定位相对应的区域。该曲线C_G在屏幕29上通过图标564内的虚线具体化。类似地，曲线C_D在图标566内限定了点P_D通常应位于其中的区域。屏幕29上由曲线C_G和C_D包围的区域S_G和S_D定义了点P_G和P_D的可接受参考位置的定位。曲线C_G和C_G以及表面S_G和S_D的定义可以存储在存储器44中，从而允许单元40确定每个支承点P_G或P_D的位置与相应的参考位置(即，即表面S_G或S_D上的点)之间可能的偏差。屏幕29被配置为通过显示点P_G和P_D与表面S_G和S_G的相对位置来显示该偏差。

在图4中，位于表面S_G外侧的点P_G1对应于用户在鞍座26上向前太远的情况，这导致俯仰幅度太大。这导致向前滑动的风险，这要求调节鞍座的向后运动。

同样位于表面S_G外侧的点P_G2表示用户向后太远的情况，这导致俯仰太小。这导致运动不足，或者对于良好的生理运动而言不是最佳的，并且要求通过鞍座的向后或高度来调节人在自行车上的位置。

还可以考虑如下情况：支撑点P_G和P_D相对于在鞍形部分264和266之间限定的空间不是对称地布置的，这由于这些点P_G和P_D在屏幕29上的定位缺乏对称性而可以在图标564和566上看到。必须纠正这种定位缺乏对称性的情况，因为它会导致运动不足，或者对于良好的生理运动不是最佳的，并要求人们使他/她自己正确地位于座位中心。

因此，假设曲线C_G和C_D永久地显示在屏幕29上，特别是作为图标564和566的一部分，则用户可以通过观看位于他/她前面的屏幕29来识别他/她的支撑点P_G和P_D是否正确定位，并在必要时通过可由协助他/她的人引导、在鞍形部分上移动，以直观的方式纠正他/她的姿势。

点P_G和P_D在图4中在水平方向(即平行于轴线A26)上的位置对侧倾运动R的角幅度β产生影响。点P_G和P_D越靠近鞍形部分之间的空间，即越靠近轴线B26，侧倾运动R越大。请注意，点P_G和P_D之间的间距是用户的解剖结构的结果，不能更改。

人机界面还包括横摆运动L的表示，采取在轴线B26周围摆动的箭头F_L的形式，该横摆运动L具有角幅度，其作为该角度的值的函数。为了利于箭头F_L的可视化，该箭头在屏幕29上的铰接点P_L沿着轴线B26从轴线C26偏移。这允许箭头F_L不位于图标564和566的与曲线C_G和C_D相同的部分中。

相反，符号588是基于在步骤116中由单元40计算出的参数而产生的。

如图5所示，符号588是二维的，并且在宽度上平行于轴线L588延伸，并且在高度上平行于轴线H588延伸。常规地，符号588在轴线H588的左侧的部分的宽度可以被取为表示对于左鞍形部分264观察到的侧倾角β_G的准瞬时值。类似地，符号588在H588轴右侧的部分的宽度表示右鞍形部分266的准瞬时侧倾角β_D。“准瞬时”表示侧倾角值是最近取的值(例如最近10个位置)的平均值。

符号588的中值M588定义为与其内边缘b588及其外边缘B588等距的曲线。

传统上，符号588的左侧部分中的中值M588的端点之间的高度可以取为表示左鞍形部分264的俯仰角的平均值α_G，而在符号588的右侧部分中的相同距离表示右鞍形部分266的俯仰角的平均值α_D。L588。用于俯仰角值的平均值是根据最近10个值，根据自所述阶段开始以来的值，或根据任何其他合适的计算规则来计算的。

常规地，中值M588与内边缘b588之间的距离也可以被认为代表左鞍座264的横摆角的平均值γ_G，而中值M288与外边缘B588之间的距离代表右鞍形部分266的横摆角的平均值γ_D。用于横摆角的平均值以与俯仰角相同的方式或以另一种合适的方式来实现。

然后，本领域技术人员将理解，显示角幅度α、β、γ的特定方式是本发明的第二方面，其不同于本发明的第一方面，本发明的第一方面对应于俯仰运动T、侧倾运动R和横摆运动L中的运动的检测，以及相关的角幅度α、β、γ的确定。

特别地，本发明的第二方面包括确定表示多个角幅度α、β、γ的单个符号588，其中每个角幅度α、β、γ对应于所述符号的相应尺寸。

作为可选的补充，所确定的单个符号588表示两个鞍形部分264、266中的每个鞍形部分的多个角幅度α、β、γ，其中单个符号被分解为单独的第一部分和第二部分，其中第一部分对应于左鞍形部分264，第二部分对应于右鞍形部分266。为便于用户解释所显示的量，第一部分和第二部分优选地布置在参考轴(例如H588轴)的相反侧，例如，第一部分在参考轴的左侧，第二部分在所述参考轴的右侧。

作为进一步可选的补充，至少两个角幅度α、β分别对应于所述符号沿相应方向的尺寸，与一个角幅度α、β彼此不同。在图5的示例中，每个鞍形部分264、266的侧倾运动R的角幅度β_G、β_D的表示对应于符号588沿水平方向(即平行于L588轴)的尺寸，并且每个鞍形部分264、266的俯仰运动T的角幅度α_G、α_D的表示对应于符号588沿着与侧倾运动R相关联的方向垂直(即平行于H588轴)的方向(例如竖直方向)的尺寸。

在上述示例中，考虑到鞍形部分264和266围绕C26轴旋转成一体，并且单个传感器50被用于测量横摆角γ，因此角γ_G和γ_D的值相同，这对应于曲线M₅₈₈是符号588的中值的事实。但是，根据以下变型，特别地，也可以是在每个鞍形部分264、266下方的光学传感器。

为了容易地识别中值M588的位置，符号588的位于该中值的任一侧的部分可以被不同地着色。

在屏幕29上的符号588的显示允许用户验证每个鞍形部分264和266的运动是规则且协调的，即明显是平滑的。符号588相对于轴线L588和H588的对称性还允许用户确保鞍座运动是平衡的。实际上，符号588的几何形状与“无穷大”符号的几何形状可比较。对于预设的锻炼程序，踩踏运动的平滑度和顺应性的指示可以是符号588的形状接近“无穷大”符号的形状。

根据未示出的本发明的实施例，可以将光学传感器定位在每个鞍形部分264和266下方，这然后允许彼此独立地确定两个鞍形部分的相应横摆运动。然后调整计算步骤110至118和显示步骤122。

代替光学传感器，在惯性单元具有激活的磁力计的前述情况下，对在单元40中执行的计算进行调整。省略步骤110和112，并且直接从惯性单元30的输出信号执行步骤114。

如果必要，在步骤114中计算出的俯仰角、侧倾角和横摆角的幅度α、β和γ的值可以被存储在存储器44中以及在装置200和300的存储器中。因此，可以在设备2上的体育锻炼阶段期间观察这些值的变化，并且可以在该设备上的连续体育锻炼阶段期间或者甚至在同一阶段期间比较这些值。因此，本发明使得可以监视用户的表现。

也可以存储锻炼阶段的值V、P、F和D，或者更确切地说，存储表，该表根据自该阶段开始以来经过的时间D给出速度V、功率P和心率F的值，这使得可以评估阶段期间用户的步调和精力变化。同样，这允许跟踪用户的进度。

优选地，通过在装置使用期间(例如在锻炼阶段期间)内结合俯仰运动T、侧倾运动R和横摆运动L的幅度来获得符号588。

代替上面提到的Madgwick算法，可以对步骤110和114使用其他可比较类型的算法，包括Mahony算法。同样，对于用于反演步骤112的算法，或者可以使用另一种类型的旋转矩阵，并且例如可以一方面基于角β_G和β_D的平均值，另一方面基于γ_G和γ_D的值，做出选择116或者可以做出另一选择。

数据链路32、42、52和62例如是有线链路，或者在变型中是无线链路，例如无线电链路。

根据未示出的本发明的实施例，可以省略屏幕29，并且用于显示支撑点P_G、P_D的人机界面仅在诸如电话200或计算机300的屏幕之类的辅助硬件的屏幕或被认为是体育锻炼设备2的一部分的用户终端的任何其他屏幕上发生。

可以将以上考虑的实施例和变型结合以产生本发明的新实施例。