CN103344234B - 一种多维关节姿态检测传感器 - Google Patents

Abstract

一种多维关节姿态检测传感器，它涉及一种姿态检测传感器，以解决现有人体姿态测量手段通常采用惯性传感器检测及视频检测的方法，这两种方法均存在检测误差大的问题。柔性波纹管的两端与相对应的固定盘连接，检测模块与相对应的固定盘连接，两个第一位移传感器均设置在中空腔内，四个外壳通孔与四个固定盘通孔相互对齐，同一圆周上的四个钢线滑动轨道中各设置一根钢线，第二钢线的上端与两个位移传感器中的一个连接，第四钢线的上端与两个位移传感器中余下的一个连接，上线束的上端穿过上固定块，第一钢线的下端与两个位移传感器中的一个连接，第三钢线的下端与两个位移传感器中余下的一个连接，下线束的下端穿过下固定块。本发明用于生体姿态测量。

Description

一种多维关节姿态检测传感器

技术领域

本发明涉及一种姿态检测传感器，具体涉及一种多维关节姿态检测传感器。

背景技术

现有人体姿态测量手段通常采用惯性传感器检测及视频检测的方法，惯性器件皆利用数个加速度传感器及陀螺仪测量关节角，其用测量系统及数据处理都比较复杂。其长时间检测会造成较大累积误差，降低测量精确度；在其不适用于动态环境(如行驶中汽车，飞机)中进行姿态检测，任何外界环境的动态变化会导致明显参数失真且不适用于静止姿态测量。此方法主要针对静态环境中短时间连续运动测量，现阶段研究人体测量精度约为2-3度。视频检测捕获的3D运动数据需要采用计算机三维重建等技术进行后期处理，视频检测对于光照，背景要求较高，人体有些部位和环节不是很明显，并且相互之间遮挡会造成结果出现误差。由于视频捕捉空间有限，该方法主要应用于实验室测量，适用于测试走、跑、跳等活动范围较小的运动，不适于真实环境、长时间、长距离的姿态测量。相比于视频检测与惯性器件检测方法，利用电子量角器则是一种比较传统的测量方式，主要用于静态造型及关键帧的捕获。基于此原理开发的测量系统易于操作并能及时提供资料，但是受试者的关节姿态受到安装于身体上的器件束缚，影响测量结果的准确度。

发明内容

本发明的目的是为解决现有人体姿态测量手段通常采用惯性传感器检测及视频检测的方法，这两种方法均存在系统复杂、检测误差大、应用环境受限的问题，提供一种多维关节姿态检测传感器。

本发明包括柔性波纹管、上固定块、下固定块、两个固定盘、两个检测模块、四根钢线和数个钢线滑动轨道，柔性波纹管外表面上的每个波峰处沿圆周均布设有四个钢线滑动轨道，柔性波纹管表面沿母线方向的数个钢线滑动轨道为上下正对设置，柔性波纹管的两端与相对应的固定盘连接，每个固定盘上设有四个固定盘通孔，两个检测模块与两个固定盘一一对应，检测模块与相对应的固定盘连接，每个检测模块包括外壳和两个位移传感器，外壳内部具有中空腔，两个第一位移传感器均设置在中空腔内，与固定盘连接的外壳端面上设有四个外壳通孔，四个外壳通孔与四个固定盘通孔相互对齐，与外壳通孔相对的外壳端面上中心处设有中心孔，四根钢线按逆时针排序为第一钢线、第二钢线、第三钢线和第四钢线，同一圆周上的四个钢线滑动轨道中各设置一根钢线，且每根钢线的上端穿过上方的固定盘上的固定盘通孔和外壳通孔，其中第二钢线的上端与两个位移传感器中的一个连接，第四钢线的上端与两个位移传感器中余下的一个连接，第一钢线和第三钢线的上端均从中心孔中穿出聚为上线束，上线束的上端穿过上固定块，且每根钢线的下端穿过下方的固定盘上的固定盘通孔和外壳通孔，其中第一钢线的下端与两个位移传感器中的一个连接，第三钢线的下端与两个位移传感器中余下的一个连接，第二钢线和第四钢线的下端均从中心孔中穿出聚为下线束，下线束的下端穿过下固定块。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

一、本发明以柔性波纹管作为结构主体，两端固定于待检测物体两侧，对待测关节不产生运动拘束，不影响关节活动范围及运动灵活性。本发明利用单一传感器结构实现对不同特点且相互耦合的多个关节自由度进行同时测量，可根据具体需求，实现对2～4个自由度测量。本发明与惯性传感器及视频检测方法相比，更适合于静态及动态模块环境的关节角度检测，适于长时间、长距离的姿态检测，测量精度高(达到1度)。二、本发明结构有助于减少多自由度重构算法的计算量。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图，图2是图1的A-A剖视图，图3是固定盘4的结构立体图，图4是上方检测模块5的主剖视图，图5是上方检测模块5的侧剖视图，图6是下方检测模块5的主剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式包括柔性波纹管1、上固定块6、下固定块7、两个固定盘4、两个检测模块5、四根钢线3和数个钢线滑动轨道2，柔性波纹管1外表面上的每个波峰处沿圆周均布设有四个钢线滑动轨道2，柔性波纹管1表面沿母线方向的数个钢线滑动轨道2为上下正对设置，柔性波纹管1的两端与相对应的固定盘4连接，每个固定盘4上设有四个固定盘通孔4-1，两个检测模块5与两个固定盘4一一对应，检测模块5与相对应的固定盘4连接，每个检测模块5包括外壳5-1和两个位移传感器5-2，外壳5-1内部具有中空腔，两个第一位移传感器5-2均设置在中空腔内，与固定盘4连接的外壳5-1端面上设有四个外壳通孔5-1-2，四个外壳通孔5-1-2与四个固定盘通孔4-1相互对齐，与外壳通孔5-1-2相对的外壳5-1端面上中心处设有中心孔5-1-1，四根钢线3按逆时针排序为第一钢线3-1、第二钢线3-2、第三钢线3-3和第四钢线3-4，四根钢线3与同一截面上的四个钢线滑动轨道2一一对应，同一圆周上的四个钢线滑动轨道2中各设置一根钢线3，且每根钢线3的上端穿过上方的固定盘4上的固定盘通孔4-1和外壳通孔5-1-2，其中第二钢线3-2的上端与两个位移传感器5-2中的一个连接，第四钢线3-4的上端与两个位移传感器5-2中余下的一个连接，第一钢线3-1和第三钢线3-3的上端均从中心孔5-1-1中穿出聚为上线束8，上线束8的上端穿过上固定块6；且每根钢线3的下端穿过下方的固定盘4上的固定盘通孔4-1和外壳通孔5-1-2，其中第一钢线3-1的下端与两个位移传感器5-2中的一个连接，第三钢线3-3的下端与两个位移传感器5-2中余下的一个连接，第二钢线3-2和第四钢线3-4的下端均从中心孔5-1-1中穿出聚为下线束9，下线束9的下端穿过下固定块7。柔性波纹管1为模仿人类皮肤皱褶，具有弯曲时外截面半径不变、软管易弯曲不易扭转的特点。钢线3在钢线滑动轨道2中可自由滑动，钢线滑动轨道2起到了约束钢线3运行轨迹的作用。固定盘4上的四个固定盘通孔4-1用来约束钢线3运行。上固定块6和下固定块7可牵引线束进行移动。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的四个固定盘通孔4-1沿同一圆周均布设置。这样设计为使四根钢线3受力均匀。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的四个固定盘通孔4-1与同一截面上的四个钢线滑动轨道2一一正对。这样设计方便钢线3通过，使得四根钢线3受力均匀。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式，本实施方式的固定盘4的材质为硬质塑料。这种材质可以保证柔性波纹管1在末端仍保持外截面半径不变。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的检测模块5的材质为硬质塑料。这种材质可以保证柔性波纹管1在末端仍保持外截面半径不变。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的上固定块6和下固定块7的材质为硬质塑料。这种材质可以保证柔性波纹管1在末端仍保持外截面半径不变。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的上固定块6通过螺栓与检测模块5连接。上固定块6与检测模块5连接时，检测模块5位于待测关节一端，实现方向角与弯曲角两个自由度的分离与检测。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图1和图6说明本实施方式，本实施方式的下固定块7通过螺栓与检测模块5连接。下固定块7与检测模块5连接时，检测模块5位于待测关节另一端，实现方向角与弯曲角两个自由度的分离与检测。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式的上固定块6与检测模块5分离设置。上固定块6与检测模块5分离时，检测模块5位于待测关节一端，上固定块6牵引上线束8安装于检测体特定位置，第三自由度变化会导致上固定块6索引上线束8，导致四根钢线3产生相同大小直线位移。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：本实施方式的下固定块7与检测模块5分离设置。下固定块7与检测模块5分离时，检测模块5位于待测关节另一端，下固定块7牵引下线束9安装于检测体特定位置，第三自由度变化会导致下固定块7索引下线束9，导致四根钢线3产生相同大小直线位移。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (10)

1.一种多维关节姿态检测传感器，所述传感器包括两个检测模块(5)，其特征在于：所述传感器还包括柔性波纹管(1)、上固定块(6)、下固定块(7)、两个固定盘(4)、四根钢线(3)和数个钢线滑动轨道(2)，柔性波纹管(1)外表面上的每个波峰处沿圆周均布设有四个钢线滑动轨道(2)，柔性波纹管(1)表面沿母线方向的数个钢线滑动轨道(2)为上下正对设置，柔性波纹管(1)的两端与相对应的固定盘(4)连接，每个固定盘(4)上设有四个固定盘通孔(4-1)，两个检测模块(5)与两个固定盘(4)一一对应，检测模块(5)与相对应的固定盘(4)连接，每个检测模块(5)包括外壳(5-1)和两个位移传感器(5-2)，外壳(5-1)内部具有中空腔，两个第一位移传感器(5-2)均设置在中空腔内，与固定盘(4)连接的外壳(5-1)端面上设有四个外壳通孔(5-1-2)，四个外壳通孔(5-1-2)与四个固定盘通孔(4-1)相互对齐，与外壳通孔(5-1-2)相对的外壳(5-1)端面上中心处设有中心孔(5-1-1)，四根钢线(3)按逆时针排序为第一钢线(3-1)、第二钢线(3-2)、第三钢线(3-3)和第四钢线(3-4)，同一圆周上的四个钢线滑动轨道(2)中各设置一根钢线(3)，且每根钢线(3)的上端穿过上方的固定盘(4)上的固定盘通孔(4-1)和外壳通孔(5-1-2)，其中第二钢线(3-2)的上端与两个位移传感器(5-2)中的一个连接，第四钢线(3-4)的上端与两个位移传感器(5-2)中余下的一个连接，第一钢线(3-1)和第三钢线(3-3)的上端均从中心孔(5-1-1)中穿出聚为上线束(8)，上线束(8)的上端穿过上固定块(6)，且每根钢线(3)的下端穿过下方的固定盘(4)上的固定盘通孔(4-1)和外壳通孔(5-1-2)，其中第一钢线(3-1)的下端与两个位移传感器(5-2)中的一个连接，第三钢线(3-3)的下端与两个位移传感器(5-2)中余下的一个连接，第二钢线(3-2)和第四钢线(3-4)的下端均从中心孔(5-1-1)中穿出聚为下线束(9)，下线束(9)的下端穿过下固定块(7)。

2.根据权利要求1所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：所述四个固定盘通孔(4-1)沿同一圆周均布设置。

3.根据权利要求1或2所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：四个固定盘通孔(4-1)与同一截面上的四个钢线滑动轨道(2)一一正对。

4.根据权利要求3所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：所述固定盘(4)的材质为硬质塑料。

5.根据权利要求4所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：所述检测模块(5)的材质为硬质塑料。

6.根据权利要求5所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：所述上固定块(6)和下固定块(7)的材质为硬质塑料。

7.根据权利要求1所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：所述上固定块(6)通过螺栓与检测模块(5)连接。

8.根据权利要求1所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：下固定块(7)通过螺栓与检测模块(5)连接。

9.根据权利要求1所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：所述上固定块(6)与检测模块(5)分离设置。

10.根据权利要求1所述一种多维关节姿态检测传感器，其特征在于：下固定块(7)与检测模块(5)分离设置。