[發明專利]關節空間中人體運動捕捉裝置

有效

• 申請號: 201410012189.6
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103750843A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 龔道雄;謝訓鵬;高居炎;王寶平;孫曉英;陳煥朝
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種關節空間中人體運動捕捉裝置，屬于機械設計及自動化控制領域。

背景技術

自二十世紀九十年代以來，國內外的一些研究機構相繼開展機械式系統運動捕捉系統的設計，如康復訓練的外骨骼系統。如日本產業技術綜合研究所研制的HRP4C機器人，這款機器人相比以往的機器人，加入了腰關節自由度。因此在運動捕捉裝置的設計中，加入腰自由度關節顯的尤為必要。

運動捕捉工作也可以通過運動圖像采集、標志點提取與運動分析相結合的技術方法來實現，由攝像機采集人體自立行走過程中的腰關節、髖關節、膝關節和踝關節的運動圖像，通過對標定點的提取，以及基于不同肢體段連體坐標系之間的相對姿態關系分析得到各關節的運動信息；由于受到圖像畸變、攝像頭精度、參數提取以及周邊環境的影響，獲得的關節運動檢測信息與人體正常的運動存在一定的偏差。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種關節空間中人體運動捕捉裝置，該裝置在腰關節、髖關節、膝關節和踝關節分別安裝角度編碼器，并在腳底安裝壓力傳感器，使用FPGA模塊進行數據的并行傳輸，從而獲得更加符合人體運動規律的運動規律。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種關節空間中人體運動捕捉裝置，該裝置包括背部子系統、左下肢子系統、右下肢子系統，其中左右下肢子系統為對稱結構。

如圖1-15所示，具體而言，所述背部子系統包括肩部橫桿1、肩部軸關節A2.1、肩部曲桿3、肩部軸關節B2.2、背部連桿4、背部調節桿5、腰部俯仰轉動軸關節A6.1、連接桿7、腰部橫滾轉動軸關節B6.2、腰部偏航轉動軸關節C6.3、腰部軸關節8、腰部固定板A9.1、腰帶10、腰帶固定板B9.2、腰部固定塊11；肩部曲桿3為一曲桿結構，一端為直桿，另一端為曲桿；肩部曲桿3直桿端通過肩部軸關節A2.1與肩部橫桿1連接，肩部曲桿3曲桿端通過肩部軸關節B2.2與背部連桿4連接；肩部軸關節A2.1與肩部軸關節B2.2可以繞俯仰方向轉動；背部連桿4與背部調節桿5通過螺栓連接固定，所述背部連桿4設有長形孔，背部調節桿5上安裝的螺栓與背部連桿4上的長形孔可自由調節，從而實現調節背部連桿4與背部調節桿5之間的配合長度；連接板7為一組合機構，該機構分為上部連接板、側部連接板、下部連接板三部分；上部連接板與側部連接板組成“L”形結構，連接處通過螺釘連接；上部連接板與側部連接板分別于腰部俯仰轉動軸關節A6.1與腰部橫滾轉動軸關節B6.2連接，下部連接板直接一端與腰部橫滾轉動軸關節B6.2連接，另一端與腰部偏航轉動軸關節C6.3連接；其中所述腰部俯仰轉動軸關節A6.1、腰部橫滾轉動軸關節B6.2和腰部偏航轉動軸關節C6.3之間呈“品”字結構；所述腰部各轉動軸關節都安裝有角度編碼器，以實現測量腰關節俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度變化值；背部調節桿5與連接板7的上部連接板通過腰俯仰轉動軸關節A6.1連接；腰部偏航轉動軸關節C6.3與腰部軸關節8連接；腰部軸關節8與腰部固定板A9.1固定連接；腰部固定板A9.1與腰部固定板B9.2中間固定有腰帶10，腰帶10可實現與人體腰部綁定，肩部橫桿1與人體肩部綁定，二者可實現固定背部子系統的目的；腰部固定板B9.2與腰部固定塊11固定連接；左下肢子系統的左腰部連接桿12、右下肢子系統的右腰部連接桿29通過背部子系統的腰部固定塊11螺栓連接固定；所述左腰部連接桿12與右腰部連接桿29連接處設有螺栓孔，用以調節以適應不同實驗者腰部長度。