[發(fā)明專利]一種基于Leap Motion的拇指彈琴觸鍵動作測量平臺及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111008491.0
• 申請日: 2021-08-31
• 公開（公告）號: CN113758506B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 丁伯慧;陳番興;丁晨陽;林家洛;李錚
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種基于Leap?Motion的拇指彈琴觸鍵動作測量平臺，其特征在于，包括測量平臺框架、上平臺玻璃面、下平臺玻璃面、觸鍵限位結構和Leap?Motion傳感器，所述測量平臺框架是由連接桿和角碼相互連接組成的長方體框架結構，所述測量平臺框架的頂部放置有所述上平臺玻璃面，上平臺玻璃面上設有琴鍵標記；測量平臺框架的底部設置有下平臺玻璃面，所述下平臺玻璃面的上表面放置有所述Leap?Motion傳感器，測量平臺框架頂部其中兩側(cè)的連接桿相對稱的設置有軌道，所述軌道內(nèi)可活動的連接有觸鍵限位結構；所述觸鍵限位結構包括直角連接件、帶孔螺釘、鋼絲繩和緊定螺釘，所述直角連接件的一邊通過緊定螺釘固定于所述軌道內(nèi)，并能夠通過緊定螺釘任意調(diào)節(jié)觸鍵限位結構的前后位置，直角連接件的另一邊通過帶孔螺釘、鋼絲繩與另一個直角連接件相互連接；所述上平臺玻璃面由厚度為2mm的高透玻璃構成。

2.根據(jù)權利要求1所述一種基于Leap?Motion的拇指彈琴觸鍵動作測量平臺，其特征在于，所述上平臺玻璃面由厚度為2mm的高透玻璃構成。

3.一種基于Leap?Motion的拇指彈琴觸鍵測量方法，基于權利要求1所述拇指彈琴觸鍵動作測量平臺，其特征在于，包括以下步驟：

(1)人手保持彈琴時的標準動作要求，將除拇指外的四根手指放置在上平臺玻璃面上，分別與上平臺玻璃面上的琴鍵標記相對應；

(2)調(diào)整人手和Leap?Motion傳感器的位置，保證Leap?Motion傳感器能夠直接識別到中指的掌指關節(jié)(MCP)和近側(cè)指間關節(jié)(PIP)，避免Leap?Motion傳感器發(fā)出的光線透過上平臺玻璃面時產(chǎn)生折射而對動作測量產(chǎn)生影響；

(3)除拇指外的四指在上平臺玻璃面上保持位置和姿態(tài)不變，拇指進行抬指動作，模仿真實彈琴過程中的抬指蓄力動作；

(4)拇指進行落指動作，模仿真實彈琴過程中的落指觸鍵動作；

(5)拇指接觸到鋼絲繩時，落指動作停止，根據(jù)正常彈琴習慣停留相應時間；

(6)不斷重復步驟(3)到步驟(5)，進行若干次拇指彈琴觸鍵動作采集；

(7)Leap?Motion傳感器實時識別中指的掌指關節(jié)(MCP)和近側(cè)指間關節(jié)(PIP)特征點，以及拇指的掌腕關節(jié)(CMC)、掌指關節(jié)(MCP)、指間關節(jié)(IP)特征點和指尖點(TIP)，并記錄這些特征點和指尖點的空間位置坐標。

4.一種基于Leap?Motion的拇指彈琴觸鍵動作分析方法，基于權利要求1所述拇指彈琴觸鍵動作測量平臺，其特征在于，包括以下步驟：

(1)根據(jù)Leap?Motion傳感器的測量方式和人手彈琴動作習慣搭建拇指彈琴觸鍵動作測量平臺，用Leap?Motion傳感器捕捉并記錄拇指關節(jié)特征點和指尖點的空間位置坐標；

(2)根據(jù)拇指結構特點，結合關節(jié)運動方式，在拇指掌腕關節(jié)(CMC)處建立跟隨拇指近指節(jié)運動的動坐標系{T}和{D}，并建立Leap?Motion輸出坐標系{M}；

(3)根據(jù)Leap?Motion輸出坐標系{M}與動坐標系{T}和{D}的位置關系建立坐標系之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R；

(4)利用旋轉(zhuǎn)矩陣R將拇指近指節(jié)的空間運動轉(zhuǎn)化為水平面和鉛錘平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動以及繞拇指近指節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動；

(5)拇指掌指關節(jié)(MCP)與指間關節(jié)(IP)關節(jié)轉(zhuǎn)動由向量乘法得到。