[發明專利]一種人體姿態捕捉系統

在審

• 申請號: 201611272616.X
• 申請日: 2016-12-27
• 公開（公告）號: CN108253954A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 雷笛;王哲龍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種人體姿態捕捉系統，涉及姿態檢測領域。為了解決現有的光學捕捉系統易受環境影響無法捕捉人體動作的問題。系統包括12個數據采集節點、2個數據接收節點和用于接收姿態數據的上位機。12個數據采集節點分別放置在人體軀干的不同位置用于測量人體不同軀干的運動姿態，并通過無線方式將姿態數據發送到數據接收節點，數據接收節點通過串口與上位機連接，并將接收到的所有數據采集節點的數據轉交給上位機處理。該系統可測量三軸加速度、三軸角速度和三軸磁力計，使用加速度計和磁力計做姿態方向估計，結合陀螺儀和線性卡爾曼濾波，實現準確的三維全姿態解算，不受外界因素影響，能實時捕捉人體姿態，準確還原人體動作。

技術領域

本發明涉及姿態檢測領域，具體涉及一種運動姿態捕捉系統。

背景技術

現有的動作捕捉應用于人體動作識別、飛行器姿態分析等，這些應用都是將我們獲取到的慣性數據信息經過過濾整合等操作，并通過一系列的算法進行分析，得到最終結果，其可以是人體三維動作的重構，也可以是飛行器或物體等姿態的分析。這些都是富有挑戰性的研究課題，對仿生工程，醫學工程，體育競技以及游戲動畫等有著重要的推動作用。

常用的運動捕捉技術從原理上分析主要包括：1、聲學式，這種方法有較大延遲和滯后，實時性較差，精度一般不很高，容易受到干擾；2、光學式，系統價格昂貴，整個系統使用起來復雜，且容易受到環境影響3、機械式，使用起來非常不方便，機械結構對操作者的動作阻礙和限制很大，不利于操作人員的使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種人體姿態捕捉系統，其旨在實現小體積，便于攜帶和安裝，且不受環境影響，能準確實時捕捉人體的動作姿態。

具體技術方案如下：

一種人體姿態捕捉系統，其中，包括主體部件和輔助部件：主體部件包括捕捉設備、接收設備和上位機。捕捉設備用以對穿戴捕捉設備的操作人員的姿態進行相應的姿態數據采集，捕捉設備包括：12個數據采集節點，12個數據采集節點分別放置于人體12個預設位置，每個位置分別對應特定的數據采集節點，數據采集節點用以實時采集預設位置的姿態數據。接收設備用以接收捕捉設備的姿態數據，接收設備包括：2個數據接收節點，每個數據接收節點用以接收特定的6個數據采集節點的姿態數據。上位機，連接接收設備，用以接收保存姿態數據，并根據姿態數據做濾波處理和姿態解算。輔助部件包括充電接，用以給12個數據采集節點充電。

輔助部件還包括固定服和固定粘鉤；固定服標記12個數據采集節點的位置，固定粘鉤用以輔助固定數據采集節點到固定服上。

每個數據采集節點包括數據采集控制器、無線收發模塊、傳感器模塊和電源電路及接口。數據采集控制器用于對傳感器模塊進行數據采集，并對采集到的數據打包整理傳送給無線收發模塊；無線收發模塊用以數據采集節點與數據接收節點之間做無線通信；傳感器模塊包括3種傳感器：三軸加速度計，用于測量空間坐標下x軸加速度、y軸加速度、z軸加速度；三軸陀螺儀，用于測量空間坐標下x軸角速度、y軸角速度、z軸角速度；三軸磁力計，用于測量空間坐標下x軸磁場強度、y軸磁場強度、z軸磁場強度；電源電路及接口用以給數據采集節點供電。

數據接收節點包括無線收發模塊、數據采集控制器和串口通信模塊。無線收發模塊用以數據采集節點與數據接收節點之間做無線通信；數據采集控制器用以接收數據并將數據傳給串口通信模塊；串口通信模塊用以數據接收節點與上位機通信。

為了完整搭建數據接收節點，其還包括輔助電路，輔助電路包括晶振電路、電源供電電路以及程序下載接口電路。

為了對數據做姿態解算，采用捷聯慣性姿態解算，濾波處理采用線性卡爾曼濾波算法。

固定服包括：頭套、上衣、綁腿、鞋套。

上述技術方案的有益效果：