[發明專利]手部關節動作捕捉裝置

在審

• 申請號: 201911337687.7
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN110859632A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 柴紅坡
• 申請（專利權）人: 鄭州樂迪光電科技有限公司
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/107
• 代理公司: 無錫市匯誠永信專利代理事務所(普通合伙) 32260
• 代理人: 豐葉

本發明公開了一種手部關節動作捕捉裝置，包括手面固定塊(1)、五個手指組件，每個所述手指組件包括至少一節指節(2)，每相鄰的兩節指節(2)之間、指節(2)與手面固定塊(1)之間均通過鉸接連接件(3)實現鉸接，每個所述鉸接連接件(3)上均設置有角度傳感器(4)，所述五個手指組件與手面固定塊(1)分別與人體手掌按1：1設置。利用角度傳感器實時連續按1：1直接捕捉關節的彎曲角度，捕捉精度高，同時兼顧了低成本，操作簡易，對環境要求低。

技術領域

本發明涉及一種人體手部關節動作捕捉領域，特別涉及一種手部關節動作捕捉裝置。

背景技術

根據運動捕捉的工作原理大致可以分為兩類場地輔助型和獨立佩戴性。聲學式運動捕捉，電磁式運動捕捉，光學式運動捕捉屬于場地輔助型；獨立佩戴型根據傳感器的不同分為慣性傳感器型，彎曲傳感器型，角度傳感器型。

場地輔助型都需要在高精度固定的物理場或者幾何空間基點作為運動捕捉的參考點進行測量，并用高速計算機進行計算和自由度分析，故而設備比較大，成本比較高，只能用在高附加值的項目上，不能作為普通勞動者使用，特別是高危，環境惡劣，使用者學歷較低的情況。

慣性傳感器型是采用慣性導航傳感器，由于人體的尺度和負重，以及要采集自由度的數量很大，所以不能采用有一定體積和重量高精度的陀螺儀(高精度陀螺儀的特別昂貴)，時間積累誤差會造成采集精度不夠，短時間尚可，長期生產勞動是不可勝任的。

彎曲傳感器型是采用電阻式或光纖式彎曲傳感器，采用該類傳感器的捕捉機構雖重量輕，穿戴性好，但彎曲傳感器的精度較差，且價格較高。

目前已有的采用角度傳感器的捕捉機構，也可稱為機械外骨骼式捕捉機構，其采用關節連桿式結構，因為其傳感器不能直接測出關節的轉動角度，而是需要根據機構的尺寸及位置進行計算后得出關鍵點轉動角度，雖然可以做到實時測量，但是因為不同人手尺寸的不同，或者同一人因為穿戴位置的不同，其計算結果都會存在誤差，測量結果重復性較差。

發明內容

為克服上述缺點，本發明的目的在于提供一種手部關節動作捕捉裝置，利用角度傳感器實時連續按1：1直接捕捉關節的彎曲角度，捕捉精度高，同時兼顧了低成本，操作簡易，對環境要求低。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案是：一種手部關節動作捕捉裝置，包括手面固定塊、五個手指組件，每個所述手指組件包括至少一節指節，每相鄰的兩節指節之間、指節與手面固定塊之間均通過鉸接連接件實現鉸接，每個所述鉸接連接件上均設置有角度傳感器，所述五個手指組件與手面固定塊分別與人體手掌按1：1設置。

本發明手部關節動作捕捉裝置的有益效果是，通過研究手部骨骼運動規律，用仿生學原理，采用機械式外骨骼穿戴結構，利用角度傳感器實時連續按1：1直接捕捉關節的彎曲角度，捕捉精度高，同時兼顧了低成本，操作簡易，對環境要求低。

作為本發明的進一步改進是，每個所述指節均包括指節固定塊、至少一個手指滑塊以及彈性限位復位部，所述指節固定塊上設置有滑軌，所述至少一個手指滑塊滑動設置在指節固定塊的滑軌上，所述彈性限位復位部通過彈力迫使手指滑塊復位至滑軌的初始位置；且當所述手指滑塊設置有至少兩個時，所述彈性限位復位部限定每相鄰的兩個手指滑塊之間的距離。滑軌與手指滑塊的設置使得手指滑塊可在滑軌上前后移動，彈性限位復位部的設置給手滑塊提供了限位以及復位的作用，使得該手部關節動作捕捉裝置可根據不同人手尺寸調節，兼容不同尺寸。

優選地，每個所述彈性限位復位部采用壓簧，所述壓簧位于手指滑塊的一側，或是位于兩個手指滑塊之間。能實現對手指滑塊的限位以及復位功能，結構簡單，組裝方便，節省了成本。一般壓簧位于手指滑塊的一側的為每個手指組件自由端的指節，壓簧位于兩個手指滑塊之間的為手指組件中部的指節。