[實用新型]一種三維動態定位設備

無效

• 申請號: 200920222896.2
• 申請日: 2009-09-23
• 公開（公告）號: CN201514612U
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 吳健康
• 申請（專利權）人: 吳健康
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G01C21/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本實用新型屬于運動感知獲取技術領域以及人機交互技術領域，涉及運動信息獲取、處理、分析和人機交互應用的設備、系統。

背景技術

目前人機交互有兩大類，一類是鼠標，它廣泛應用于計算機系統，與鍵盤一起，實現人和計算機的交互。另一類以電視機遙控器為代表，它不具備鼠標的功能。本實用新型一方面在三維空間中類似三維鼠標，可以幫助使用者方便地定位；另一方面，它可以感知和估計使用者移動交互裝置的位移、速度、加速度、方向和力度，這在模擬訓練、游戲等方面有重要應用。

三維交互裝置和系統涉及兩種技術。一是檢測人機交互裝置或持該器件的人體特定部位的運動，二是將檢測到的運動信息經過處理、分析和轉換，達到交互應用的需要。目前，這兩個方面的技術可綜述如下：

中國專利200710169770.9“智能型高爾夫推桿”，利用兩組光電收發傳感器分別接收從地面反射來的激光光束的時間差，計算得出擊球時的平均速度，即可判斷球能否進洞提供依據；還設有三維加速度傳感器采集X、Y、Z三個方向上的加速度，以及從推桿擊中球到離開球整個過程中加速度的變化情況，最后計算出X、Y、Z三個方向上的受力。美國專利7,234,351，“Electronic?measurement?of?the?motion?ofa?moving?bodyof?sports?equipment”也是將加速度傳感器和陀螺儀嵌入高爾夫球桿、網球拍等運動器械，測量運動信息，用于訓練。與此類似，美國專利用微型加速度傳感器、陀螺儀和磁力計來測量運動物體的三維位置和方位信息。然而，以上專利雖然談到了使用微型加速度傳感器、陀螺儀和磁力計來測量運動物體在三維空間的運動信息。他們都沒有提到，加速度傳感器測出的加速度并非僅是運動物體的加速度，其中重力加速度分量很大，不能將重力加速度從所測加速度中分離出來，傳感器坐標系的三個方向上的受力沒有多大意義；而且從加速度到位置信息要經過兩次積分，這兩個積分常數成了未知數。同樣，陀螺儀測量的是角速度，到角度也要經過一次積分。再者，微型傳感器數據噪聲極大，根本無法直接使用。也就是說，沒有進一步的傳感器數據的處理和分析方法，這些專利中的發明是無法實現的。

在交互應用方面，中國專利200610127869.8，“基于運動體動作的智能交互裝置及動作位置的檢測方法”，運動檢測方法基于運動體佩戴項圈，通過安裝在項圈內的角度傳感器產生的彎曲形變，判斷運動體的運動位置；中國專利200610083199.4“基于立體視覺的游戲控制系統及方法”，使用標定的攝像機獲得使用者相關部位的圖像，用姿態特征時空信息及其相關性進行區域選擇和特征提取，獲得三維位置和姿態信息并映射為游戲控制命令，由系統和游戲控制接口，實現模擬游戲人物和場景漫游的實時控制功能。美國專利7,262,760，“3D?pointing?devices?withorientation?compensation?and?improved?usability”，是一種方法，它將測得的交互裝置的運動和位置數據，從交互裝置的坐標轉換到交互對象的坐標，從而為交互鼠標輸入數據。實際上，從測量出運動數據到交互在很大程度上取決于應用。上述三個專利中的交互方法也各不相同。

隨著各種三維技術的應用，特別是訓練、游戲、制造、醫療、虛擬現實、混合現實等的發展，對三維交互提出了越來越高的要求。人們希望有一種三維的人機交互。其一，它應能準確地獲取交互裝置的三維方位和位置信息；其二，為了訓練、游戲等的需要，我們要求的不僅是位置信息，還要求三維運動(速度、加速度、軌跡)以及力度信息。其三，這種人機交互裝置應不受距離限制，它可以如通常的鼠標，與計算機近距離使用，也可以如電視機遙控器，甚至更遠距離與所控制機器交互。其四，我們要求一種交互裝置能夠多用，滿足訓練、游戲、制造、醫療、虛擬現實、混合現實等的需要。這就是本實用新型的三維人機交互裝置和系統的目的。

實用新型內容

為了解決現有技術存在的人機交互裝置本身運動的非線性和微型傳感器測量的非線性問題和磁場受周圍環境影響問題，本實用新型的目的是提供一種三維動態定位設備。

為達成所述目的，本實用新型提供三維動態定位設備，包括：

三維人機交互裝置在自身的多個微型傳感器坐標系中獲取并輸出三維人機交互裝置的三維運動狀態的多種傳感數據；