[發明專利]一種引導人類上肢運動的穿戴式交互設備

有效

• 申請號: 202110577259.2
• 申請日: 2021-05-26
• 公開（公告）號: CN113311943B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 劉冠陽;黃超;王毅;王宇航
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F9/455;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

本發明涉及一種引導人類上肢運動的穿戴式交互設備，包括：MEMS傳感器、MCU控制模塊、振動電機模塊和上位機虛擬環境；MEMS傳感器用于采集人體上肢運動信息，并將人體上肢運動信息發送到MCU控制模塊；MCU控制模塊用于接收人體上肢運動信息，并將人體上肢運動信息發送到上位機虛擬環境；上位機虛擬環境用于接收人體上肢運動信息，并根據人體上肢運動信息生成觸覺編碼指令，將觸覺編碼指令發送到MCU控制模塊；振動電機模塊用于接收MCU控制模塊發送的觸覺編碼指令，根據觸覺編碼指令進行振動，引導人體上肢運動。本發明通過MEMS傳感器采集人體上肢運動信息，提高了運動引導的精度。

技術領域

本發明涉及運動引導技術領域，特別是涉及一種引導人類上肢運動的穿戴式交互設備。

背景技術

中國空間站作為有人參與的大型長壽命的空間研究設施，將被建設成為國家級太空實驗室，開展領域廣泛和系列化的空間科學研究，推動空間科學重要領域進入世界前列，取得重大發現，引領技術發展，推動空間科學與應用實現跨越式發展。空間科學實驗是指在空間站進行的科學實驗，由地面科學家發出控制指令，控制實驗參數，或是向空間站的航天員發出指令，命令航天員手動控制實驗。

面向各類實驗控制特性的交互需求，需要研究實現遙科學可穿戴引導系統，通過肢體、穿戴式設備對模塊的提拉旋轉和更換維修等有能量注入的操作實現地面人員與航天員引導協同交互。目前獲取人體姿態信息采用視覺方法較多，如使用Kinect設備，但光學設備存在遮擋和精度不高的缺點。

發明內容

本發明的目的是提供一種引導人類上肢運動的穿戴式交互設備，提高了引導精度。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種引導人類上肢運動的穿戴式交互設備，包括：MEMS傳感器、MCU控制模塊、振動電機模塊和上位機虛擬環境；

所述MEMS傳感器用于采集人體上肢運動信息，并將所述人體上肢運動信息發送到所述MCU控制模塊；

所述MCU控制模塊用于接收所述人體上肢運動信息，并將所述人體上肢運動信息發送到所述上位機虛擬環境；

所述上位機虛擬環境用于接收所述人體上肢運動信息，并根據所述人體上肢運動信息生成觸覺編碼指令，將所述觸覺編碼指令發送到所述MCU控制模塊；

所述振動電機模塊用于接收所述MCU控制模塊發送的觸覺編碼指令，根據所述觸覺編碼指令進行振動，引導人體上肢運動。

可選地，所述引導人類上肢運動的穿戴式交互設備還包括藍牙模塊，所述MCU控制模塊和所述上位機虛擬環境通過所述藍牙模塊進行數據傳輸。

可選地，所述藍牙模塊為HC-05藍牙模塊。

可選地，所述MCU控制模塊包括ArduinoNano單片機。

可選地，多個振動電機模塊分布在人體上肢，所述MCU控制模塊包括多個PWM輸出口，各振動電機模塊通過PWM輸出口與所述MCU控制模塊進行數據通信。

可選地，所述上位機虛擬環境通過Unity3D搭建。

可選地，所述上位機虛擬環境使用藍牙串口通信。

可選地，所述振動電機模塊包括直流偏心旋轉塊電機。

可選地，所述上位機虛擬環境接收主端人員的人體上肢運動信息和從端人員的人體上肢運動信息；

主端人員的人體上肢運動信息和從端人員的人體上肢運動信息包括左臂的運動信息和右臂的運動信息；所述左臂的運動信息和所述右臂的運動信息均包括腕關節點坐標、肘關節點坐標和肩關節點坐標；用肘關節點坐標指向腕關節點坐標的相對向量表示小臂的相對向量，用肩關節點坐標指向肘關節點坐標的相對向量表示大臂的相對向量；