[發(fā)明專利]手部關(guān)節(jié)的計算方法及手套

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711283329.3
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108073283B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁峰;翁曉瑤;張杰;賴錦濤
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州深靈科技有限公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強

本發(fā)明提供了一種手部關(guān)節(jié)的計算方法及手套，該方法包括：從中指第一關(guān)節(jié)傳感器、食指第一關(guān)節(jié)傳感器以及手掌傳感器融合得到四元數(shù)，建立所述食指第一關(guān)節(jié)傳感器的坐標(biāo)軸向量x1、向量y1；使用四元數(shù)乘法將向量變換至地理坐標(biāo)系向量，計算向量的夾角α以及向量的夾角β；依據(jù)該α、β模擬出手指姿勢。本發(fā)明具有用戶體驗度好的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子及體育領(lǐng)域，尤其涉及一種手部關(guān)節(jié)的計算方法及手套。

背景技術(shù)

利用與身體關(guān)節(jié)緊密連接的慣性測量單元(IMU)獲取各局部關(guān)節(jié)獨立的，在地理空間中的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)，進而綜合獲得整體的空間姿態(tài)(例如動作趨勢)，是近年來實現(xiàn)運動姿態(tài)捕捉的主要技術(shù)之一。其中，手掌部分關(guān)節(jié)密集，靈活性強，運動復(fù)雜，可完成的動作多種多樣，可專門針對該部分進行姿態(tài)捕捉的研究。為了獲取完整的手部運動狀態(tài)，一般需要在每根手指上各安置兩至三個慣性測量單元，對應(yīng)各個指關(guān)節(jié)。并在手背上也放置一個，以聯(lián)系起各指關(guān)節(jié)。每個測量單元一般集合了加速計或陀螺儀或磁力計，可分別測得X,Y,Z三個方向上的加速度、角速度以及磁場強度。在測量之前乃至測量過程中還需分別對三個傳感器進行偏移、尺度等誤差糾正，再將得到的數(shù)據(jù)進行融合，最終獲得各傳感器在地理空間中的姿態(tài)，一般表示為四元數(shù)或者歐拉角。

得到了所有關(guān)節(jié)在地理坐標(biāo)系中的姿態(tài)數(shù)據(jù)之后，以地理坐標(biāo)系為中介，計算下級關(guān)節(jié)與上級關(guān)節(jié)間的相對位置關(guān)系，可重構(gòu)出整個手掌的形態(tài)。方便快捷，處理效率高。然而，四元數(shù)不能很好地反映出各個關(guān)節(jié)相互之間的關(guān)系，并且對于非專業(yè)人士而言，結(jié)果不夠直觀。

現(xiàn)有的姿態(tài)解算采用的是四元數(shù)直接求解。用該方法解算出的下級關(guān)節(jié)的姿態(tài)數(shù)據(jù)只與直屬上級關(guān)節(jié)有關(guān)，而各個關(guān)節(jié)自身的運動規(guī)律，同級關(guān)節(jié)、以及不存在直系從屬關(guān)系的非同級關(guān)節(jié)之間的一些隱含的相對位置條件則被忽略。由于實際操作中，傳感器的設(shè)置、固定以及傳感器獲得的數(shù)據(jù)本身都存在一定誤差，這些誤差很可能導(dǎo)致解算出的姿態(tài)不符合自然規(guī)律，出現(xiàn)諸如指關(guān)節(jié)發(fā)生以手指指向為軸的扭轉(zhuǎn)，相鄰手指位置重合等狀況，所以現(xiàn)有的姿態(tài)結(jié)算方法的準(zhǔn)確度不高，用戶體驗度低。

發(fā)明內(nèi)容

提供一種手部關(guān)節(jié)的計算方法，所述手部關(guān)節(jié)的計算的方法將傳感器的姿態(tài)數(shù)據(jù)映射到手部關(guān)節(jié)角度的計算方式，以便將手部的限制條件的引入計算模型以保證重現(xiàn)出來的手部是符合自然規(guī)律的，所以其具有準(zhǔn)確度高，用戶體驗度好的優(yōu)點。

一方面，提供一種手部關(guān)節(jié)的計算方法，所述方法包括：

從中指第一關(guān)節(jié)傳感器、食指第一關(guān)節(jié)傳感器以及手掌傳感器融合得到四元數(shù)，所述四元數(shù)具體包括：q1,q2及q0；

建立所述食指第一關(guān)節(jié)傳感器的坐標(biāo)軸向量x1、向量y1；

使用四元數(shù)乘法及將向量q₁y₁q₁^-1變q₁x₁q₁^-1換至地理坐標(biāo)系向量 y_G1x_G1；

使用四元數(shù)乘法q₀^-1y_G1q₀及q₀^-1x_G1q₀將地理坐標(biāo)系向量變換至手掌坐標(biāo)系下向量y_H1及x_H1；

建立中指第一關(guān)節(jié)傳感器105的坐標(biāo)軸向量x2、向量y2，將向量x2、向量 y2轉(zhuǎn)換至手掌坐標(biāo)系下向量；

將手掌坐標(biāo)系下的向量z軸坐標(biāo)置零，y_H1P、x_H1P及y_H2P、x_H2P；得到向量