CN103637807B - 一种人体三维姿态和行为状态传感监测方法 - Google Patents

Abstract

发明公开了一种人体三维姿态和行为状态传感检测方法和装置。检测在计算机控制下进行，装置中有多组人体传感器装置，每组均有三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器，安装在人体的不同部位。通过建立三维空间参考坐标系、人体三维空间坐标系、传感器集成电路三维坐标系以及传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角，确定立正状态下头顶以及人体各关节的坐标点，计算校准姿态角和测量姿态角进而计算头顶和人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标并确定人体三维姿态。根据三轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器的输出初始值和任意姿态下输出测量值计算肢体的运动方向和运动路径。本发明不受监视区域限制，不需体外连线、监测点多、人体姿态测量精确、实时。

Description

一种人体三维姿态和行为状态传感监测方法

一、技术领域

本发明涉及智能检测系统范畴，特别是人体姿态的检测，具体是一种人体三维姿态和行为状态传感检测方法与装置。

二、背景技术

在运动训练中或一些特殊疾病如癫痫的诊断、治疗中需要对人体在日常行为中的姿态进行监测与检测。检测装置或仪器已经越来越多的运用到训练或临床诊断，专利号200910028156.X的中国专利《微型多功能人体姿态智能检测仪及检测方法》公布了一种微型多功能人体姿态智能检测仪及检测方法，利用了加速度计作为姿态传感器，为需要受检者提供部分运动状态下的运动参数，运动状态主要包括跑步、急速行走、跳跃等，提供参数包括跑步或行走频率、运动速度、跳跃高度和距离、初始起跳角度和速度。但是没有计算人体的详细三维姿态。专利号200810117914.0的中国专利《基于人体姿态识别的互动娱乐系统及其实现方法》，公布了一种基于人体姿态识别的互动娱乐系统及其实现方法，通过智能视频分析技术实现人体姿态参数提取。但是视频姿态计算受区域限制，只能用于所接摄像机拍摄范围。专利号200820080700.6中国专利《一种电磁式人体姿态采集系统》公布了一种电磁式人体姿态采集系统，但是该系统复杂，连线多，使用起来很麻烦。专利号201310270130.2的中国专利《基于ZigBee和三轴加速度传感器的人体姿态检测系统以及方法》虽然给出了人体姿态检测方法，但本发明只检测跌倒，检测内容有限，还不能适应当前运动或疾病诊断的需要。

三、发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计一种记录人体三维姿态传感检测的方法和装置。本发明的方法不用视频检测、不需要体外连线同时可完成多个记录点的检测，检测效果更好、更精确。

本发明的目的是这样达到的：利用人体三维姿态和行为状态传感检测装置在计算机控制下进行检测，检测装置中有多组人体传感器装置，每组人体传感装置中有三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器三种不同的传感器，人体三维传感装置安装在人体的不同部位。

检测过程是：建立三维空间参考坐标系，以三维空间参考坐标系为基础建立人体三维空间坐标系、传感器集成电路三维坐标系以及传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角。以头顶 和人体各关节为人体姿态定位点，测量人体头顶以及各关节间的间距，确定立正状态下头顶以及人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标点。在人体不同部位安装人体三维传感装置，在立正状态向正北站立下测量人体三维传感装置三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器输出校准值，人体任意姿态下测量得到人体三维传感装置中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器的输出测量值。根据输出校准值和任意姿态下输出测量值，计算人体三维传感装置校准姿态角和测量姿态角。根据人体三维传感装置校准姿态角和测量姿态角计算头顶和人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标，根据头顶和人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标确定人体三维姿态；根据人体三维传感装置中三轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器的输出初始值和任意姿态下输出测量值计算肢体的运动方向和运动路径，综合人体三维姿态、肢体运动方向、肢体运动路径，确定人体行为状态。

所述建立三维空间参考坐标系，以三维空间参考坐标系为基础建立人体三维空间坐标系、传感器集成电路三维坐标系以及传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角；以头顶和人体各关节为人体姿态定位点，测量人体头顶以及各关节间的间距，确定立正状态下头顶以及人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标点的步骤是：

先建立三维空间参考坐标系，坐标系中，OX轴指向北，OY轴指向东，OZ轴指向地； 

再建立传感器集成电路坐标系，坐标系中，OXb轴沿传感器集成电路的纵轴指向前,OYb轴沿传感器集成电路横轴指向右侧，OZb轴根据右手法则确定；三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采用相同的传感器集成电路坐标系。

然后确定传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角：包括面向角、侧倾角、前倾角，

面向角：传感器集成电路纵轴OXb轴在水平面的投影与地磁北之间的夹角，面向角用ψ表示；

侧倾角：传感器集成电路横轴OYb方向与水平面之间所形成的夹角，侧倾角用Ф表示；

前倾角：传感器集成电路纵轴OXb轴方向与水平面之间所形成的夹角，前倾角用θ表示。

根据姿态角确定传感器集成电路相对参考坐标系的姿态角计算公式：设三轴磁力传感器采集数据为[Mx,My,Mz],三轴加速传感器的数据采集数据为[Gx,Gy,Gz],则传感器集成电路相对参考坐标系的姿态角为：

前倾角:θ=arcsin(-Gx)

侧倾角：Ф=arcsin(Gy/cosθ)

面向角: $\mathrm{\ψ}=\arctan \frac{\mathrm{Mx}\cos \mathrm{\θ}+\mathrm{Mz}\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{Mx}\sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{My}\cos \mathrm{\φ}-\mathrm{Mz}\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}}$

传感器装置的姿态角与传感器集成电路的姿态角相同，并采用相同的符号表示；

建立人体三维空间坐标系的过程是：

设各人体关节用字母表示为：A：头顶；B1：左肩关节；B2：右肩关节；C1：左肘关节；C2：右肘关节；D1：左腕关节；D2，右腕关节：E1，左掌指关节；E2：右掌指关节；F1：左髋关节；F2：右髋关节；G1：左膝关节；G2：右膝关节；H1：左踝关节；H2：右踝关节；I1：左脚趾骨；I2：右脚趾骨。 

设B1B2中点为O,F1F2中点为M，则OM为躯干，测量人体如下线段或人体部位的长度：OA：反映头的长度，OB1=OB2=OB=人体的肩宽的一半，B1C1=B2C2=BC=上臂长度，C1D1=C2D2=CD=前臂长度，D1E1=D2E2=DE=手掌长度，OM=躯干高度，MF1=MF2=MF=髋关节宽度的一半，F1G1=F2G2=FG=大腿长度，G1H1=G2H2=GH=小腿长度，H1I1=H2I2=HI=脚掌长度。

建立人体三维空间坐标系OXrYrZr，以O为坐标原点的参考坐标建立人体三维空间坐标系OXrYrZr：O点的正北方为Xr轴，O点的正东方为Yr轴，O点的正下方为Zr轴；当人体成立正姿势面向正北站立时，B1B2为Y坐标，设其坐标轴为Yr，OB2为Yr轴正方向；OM为Z坐标，设其坐标轴为Zr，OM方向为Zr轴正方向；过O点做平面B1OM的垂线，该垂线为X坐标，设其坐标轴为Xr，人的正面方向为Xr轴正方向。

人体三维传感器和安装部位如下：头部传感装置安装在头部；躯干传感装置安装在胸部或背部；左上臂传感装置安装在左上臂上；右上臂传感装置安装在右上臂上；左前臂传感装置安装在左前臂上；右前臂传感装置安装在右前臂上；左手传感装置安装在左手上；右手传感装置安装在右手上；左大腿传感装置安装在左大腿上；右大腿传感装置安装在右大腿上；左小腿传感装置安装在左小腿上；右小腿传感装置安装在右小腿上；左脚传感装置安装在左脚上；右脚传感装置安装在右脚上。

头部传感装置、左脚传感装置、右脚传感装置与水平面平行安装，

躯干传感装置、左上臂传感装置、右上臂传感装置、左前臂传感装置、右前臂传感装置、左手传感装置、右手传感装置、左大腿传感装置、右大腿传感装置、左小腿传感装置、右小腿传感装置与水平面垂直安装。

所述通过在立正状态向正北站立下测量人体三维传感装置三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器输出校准值，人体任意姿态下测量得到人体三维传感装置中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和输出测量值，根据输出校准值和任意姿态下输出测量值，计算人体三维传感装置校准姿态角和测量姿态角步骤是：

人面向北，双脚并拢，静止直立，分别记录传感器装置中三轴磁力传感器、三轴加速传感器输出值，计算传感器装置的校准姿态角：包括校准前倾角、校准侧倾角、校准面向 角。

在人体任意姿态下，分别记录传感器集成电路中三轴磁力传感器、三轴加速传感器的输出值，计算传感器装置在测量时刻的测量姿态角：包括测量前倾角、测量侧倾角、测量面向角。

所述肢体运动方向、肢体运动路径为肢体在三维空间参考坐标系中的运动方向和运动路径，根据人体三维传感装置的三轴陀螺仪传感器与三轴加速传感器数据，对各肢体三轴陀螺仪传感器X,Y,Z分量对时间积分，计算各肢体的旋转角度和方向，根据各肢体三轴加速传感器的Gx,Gy,Gz分量按照以下公式对时间积分算出肢体的运动速度V，通过对速度积分得到运动距离，结合运动距离和运动方向，得到肢体运动方向、肢体运动路径；

$V=\∫(\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gy}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}-1)\mathrm{dt}$

根据躯干传感装置的运动方向和运动路径确定人体三维空间坐标系OXrYrZr原点O点的运动方向和运动路径。

人体三维姿态和行为状态传感检测装置，检测装置由上位机、上位机无线通信接口和若干组人体三维传感装置构成。每组人体三维传感装置均含有三轴磁力传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器三种传感器，三种传感器分别与微处理器连接，微处理器上连接有无线通信模块和存储器。

若干组人体三维传感装置包括头部传感装置、躯干传感装置、左上臂传感装置、右上臂传感装置、左前臂传感装置、右前臂传感装置、左手传感装置、右手传感装置、左大腿传感装置、右大腿传感装置、左小腿传感装置、右小腿传感装置、左脚传感装置和右脚传感装置。

所述头部传感装置、左脚传感装置和右脚传感装置上的传感器集成电路、微处理器集成电路、存储器集成电路、无线通信集成电路在同一个印制电路板上，印制电路板为矩形，且印制电路板各边分别与传感器集成电路各边平行或垂直。

躯干传感装置、左上臂传感装置、右上臂传感装置、左前臂传感装置、右前臂传感装置、左手传感装置、右手传感装置、左大腿传感装置、右大腿传感装置、左小腿传感装置、右小腿传感装置的印制电路板分微处理器印制电路板和传感器印制电路板，微处理器印制电路板安装除传感器集成电路以及其周边电路外的所有电路，传感器印制电路板安装传感器集成电路以及其周边电路，微处理器印制电路板和传感器印制电路板通过接插件连接，接插件连接的电路网络包括电源、地、中断引脚以及数据通信接口，微处理器印制电路板与传感器印制电路板垂直安装，当立正姿势安装到人体上时，使得微处理器印 制电路板处于竖直方向，传感器印制电路板处于水平方向，传感器印制电路板为矩形，且各边分别与传感器集成电路各边平行或垂直。

传感器装置中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器三种传感器采用三种传感器合一的集成电路芯片LM333D。

本发明的积极效果是：

1、与视频人体姿态记录相比，本发明不采用视频方式，不受监视区域限制。

2、与电磁式人体姿态采集系统相比，本发明没有体外接线，使用方便，并具有更大的使用范围。

3、与现有三轴加速度传感器的人体姿态检测和微型多功能人体姿态智能检测仪及检测方法相比，本发明使用多个传感器组，每组传感器采用了多种传感器，能检测更多的参数，能精确记录人体各部位的相互位置关系和动作，比现有装置有更多的记录参数和更精确的检测指标。

四、附图说明

图1是本发明的人体三维状态和行为状态传感检测装置结构示意图。

图2是若干组人体传感检测器装置安装在人体的示意图。

图3是传感器装置电路结构图。

图4是传感器装置中三轴磁力传感器、三轴加速传感器和三轴陀螺仪传感器合一的芯片电路图。

图5是传感器装置中微处理器的电路结构图。

图6传感器装置中无线通信模块电路图。

图7是传感器装置与上位机无线通信接口电路图。

图8是无线通信接口电路中RS232接口电路图。

图9是三维参考坐标系示意图。

图10是传感器装置三维坐标系示意图。

图11是传感器装置相对于参考坐标系的姿态角定义的示意图。

图12是确定的人体头顶和各个关节示意图。

图13是人体三维空间坐标系中示意图。

图14是人体三维传感器检测装置中上位机控制流程图。

图15是人体三维传感装置上的微处理器的处理流程图。

图16是本人体三维传感器检测装置中上位机无线通信接口微处理器的工作流程图。

图中，1头部传感装置、2躯干传感装置、3左上臂传感装置、4右上臂传感装置、5 左前臂传感装置、6右前臂传感装置、7左手传感装置、8右手传感装置、9左大腿传感装置、10右大腿传感装置、11左小腿传感装置、12右小腿传感装置、13左脚传感装置、14右脚传感装置，A头顶，B1左肩关节，B2右肩关节，C1左肘关节，C2右肘关节，D1左腕关节，D2右腕关节，E1左掌指关节，E2右掌指关节，F1左髋关节，F2右髋关节，G1左膝关节，G2右膝关节，H1左踝关节，H2右踝关节，I1左脚趾骨，I2右脚趾骨。

五、具体实施方式

参见图1、图2。

本实施例中，人体三维姿态传感检测装置有14组传感器装置。14组传感器装置在人体上的安装部位如图2所示。头部传感装置1安装在头部；躯干传感装置2安装在胸部或背部；左上臂传感装置3安装在左上臂上；右上臂传感装置4安装在右上臂上；左前臂传感装置5安装在左前臂上；右前臂传感装置6安装在右前臂上；左手传感装置7安装在左手上；右手传感装置8安装在右手上；左大腿传感装置9安装在左大腿上；右大腿传感装置10安装在右大腿上；左小腿传感装置11安装在左小腿上；右小腿传感装置12安装在右小腿上；左脚传感装置13安装在左脚上；右脚传感装置14安装在右脚上。可以用特制的鞋、帽子、手套、长袖紧身上衣、紧身裤子分别安装上述装置或采用其他安装方式。

头部传感装置1、左脚传感装置13和右脚传感装置14上的传感器集成电路、微处理器集成电路、存储器集成电路、无线通信集成电路在同一个印制电路板上，印制电路板为矩形，且印制电路板各边分别与传感器集成电路各边平行或垂直。

躯干传感装置2、左上臂传感装置3、右上臂传感装置4、左前臂传感装置5、右前臂传感装置6、左手传感装置7、右手传感装置8、左大腿传感装置9、右大腿传感装置10、

左小腿传感装置11、右小腿传感装置12的印制电路板分微处理器印制电路板和传感器印制电路板，微处理器印制电路板安装除传感器集成电路以及其周边电路外的所有电路，传感器印制电路板安装传感器集成电路以及其周边电路，微处理器印制电路板和传感器印制电路板通过接插件连接，接插件连接的电路网络包括电源、地、中断引脚以及数据通信接口，微处理器印制电路板与传感器印制电路板垂直安装，当立正姿势安装到人体上时，使得微处理器印制电路板处于竖直方向，传感器印制电路板处于水平方向，传感器印制电路板各边分别与传感器集成电路各边平行或垂直。

参见图3—图8。

14个传感器装置组采用相同的传感器电路结构。每组传感器装置均含有三轴磁力传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器三种传感器，三种传感器分别与微处理器 连接，微处理器上连接有无线通信模块和存储器。

三轴磁力传感器、三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器三种传感器采用三种传感器合一的集成电路芯片，集成电路采用ST Microelectronics公司生产的型号为LM333D。

微处理器集成电路采用TEXAS INSTRUMENTS公司的单片机MSP430F13，存储器集成电路采用ST Microelectronics公司生产的M24C64。与上位机通过RS232接口连接。

图6中无线通信模块U9为无线通信集成电路CC2520，由美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产，U10无线通信前端集成电路CC2591:由美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产。

使用本人体三维姿态和行为状态传感检测装置进行姿态和人体运动路径计算，多组人体三维传感器工作流程参见附图14、15、16。

利用多组人体三维状态和行为状态传感器检测装置在计算机控制下进行检测，其上位机的控制流程是：开始，第一步，给各个传感器下发校准指令，第二步，读取各传感器在校准状态下的数据，第三步，计算各传感器在校准状态下的姿态角，第四步，读取各传感器在任意姿态的测量状态下的数据，第五步，计算各传感器在任意姿态的测量姿态角，第六步，计算人体头顶和各关节坐标，第七步，计算肢体运动路径、运动方向和人体运动路径、运动方向，第八步，存储测量数据和计算数据，最后返回第一步。

传感装置上的微处理器的处理流程是：开始后，控制无线传输模块接收上位机命令，然后采集传感器数据，再通过无线传输模块将传感器数据发送给上位机，循环往返。

上位机无线通信接口微处理器的工作流程是：开始后，接收上位机命令，控制无线传输模块发送数据，控制无线传输模块接收数据，将接收数据送给上位机，循环往返。

建立三维空间参考坐标系参见附图9，坐标系中，OX轴指向北，OY轴指向东，OZ轴指向地。 

建立传感器集成电路三维坐标系参见附图10。坐标系中，OXb轴沿传感器装置的纵轴指向前,OYb轴沿传感器装置横轴指向右侧，OZb轴根据右手法则确定。

确定传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角参见附图11。

面向角：传感器集成电路纵轴OXb轴在水平面的投影与地磁北之间的夹角，面向角用ψ表示；

侧倾角：传感器集成电路横轴OYb方向与水平面之间所形成的夹角，侧倾角用Ф表示；前倾角：传感器集成电路纵轴OXb轴方向与水平面之间所形成的夹角，前倾角用θ表示；根据姿态角确定传感器集成电路相对参考坐标系的姿态角计算公式：设三轴磁力传感器采集数据为[Mx,My,Mz],三轴加速传感器的数据采集数据为[Gx,Gy,Gz],则传感器集成电路相对参考坐标系的姿态角为：

前倾角:θ=arcsin(-Gx)

侧倾角：Ф=arcsin(Gy/cosθ)

面向角: $\mathrm{\ψ}=\arctan \frac{\mathrm{Mx}\cos \mathrm{\θ}+\mathrm{Mz}\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{Mx}\sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{My}\cos \mathrm{\φ}-\mathrm{Mz}\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}}$

参见附图12、13。

确定人体头部和各个关节位置是A头顶、B1左肩关节、B2右肩关节、C1左肘关节、C2右肘关节、D1左腕关节、D2右腕关节、E1左掌指关节、E2右掌指关节、F1左髋关节、F2右髋关节、G1左膝关节、G2右膝关节、H1左踝关节、H2右踝关节、I1左脚趾骨、I2右脚趾骨。 

计算各传感装置人体任意姿态的修正姿态角：

头部传感装置的姿态角反映线段OA的姿态，校准时根据计算得到头部传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψAj，校准侧倾角为ФAj，校准前倾角为θAj；在测量时刻计算得到的头部传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψAc，测量侧倾角为ФAc，测量前倾角为θAc；修正后的头部传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψA=ψAc-ψAj，修正侧倾角为ФA=ФAc-ФAj，修正前倾角为θA=θAc-θAj；

躯干传感装置的姿态角反映了线段OM的姿态，校准时根据计算得到躯干传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψOMj，校准侧倾角为ФOMj，校准前倾角为θOMj；在测量时刻根据计算得到的躯干传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψOMc，测量侧倾角为ФOMc，测量前倾角为θOMc；修正后的躯干传感装置的姿态角分别为；修正面向角为ψOM=ψOMc-ψOMj，修正侧倾角为ФOM=ФOMc-ФOMj，修正前倾角为θOM=θOMc-θOMj；

左上臂传感装置的姿态角反映了线段B1C1的姿态，校准时根据计算得到左上臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψBC1j，校准侧倾角为ФBC1j，校准前倾角为θBC1j；在测量时刻根据计算得到的左上臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψBC1c，测量侧倾角为ФBC1c，测量前倾角为θBC1c；修正后的左上臂传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψBC1=ψBC1c-ψBC1j，修正侧倾角为ФBC1=ФBC1c-ФBC1j，修正前倾角为θBC1=θBC1c-θBC1j；

右上臂传感装置的姿态角反映了线段B2C2的姿态，校准时根据计算得到右上臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψBC2j，校准侧倾角为ФBC2j，校准前倾角为θBC2j；在测量时刻根据计算得到的右上臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψBC2c，测量侧倾角为ФBC2c，测量前倾角为θBC2c；修正后的右上臂传感装置的姿态角分别为：修正 面向角为ψBC2=ψBC2c-ψBC2j，修正侧倾角为ФBC2=ФBC2c-ФBC2j，修正前倾角为θBC2=θBC2c-θBC2j；

左前臂传感装置的姿态角反映了线段C1D1的姿态，校准时根据计算得到左前臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψCD1j，校准侧倾角为ФCD1j，校准前倾角为θCD1j；在测量时刻根据计算得到的左前臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψCD1c，测量侧倾角为ФCD1c，测量前倾角为θCD1c；修正后的左前臂传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψCD1=ψCD1c-ψCD1j，修正侧倾角为ФCD1=ФCD1c-ФCD1j，修正前倾角为θCD1=θCD1c-θCD1j；

右前臂传感装置的姿态角反映了线段C2D2的姿态，校准时根据计算得到右前臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψCD2j，校准侧倾角为ФCD2j，校准前倾角为θCD2j；在测量时刻根据计算得到的右前臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψCD2c，测量侧倾角为ФCD2c，测量前倾角为θCD2c；修正后的右前臂传感装置的姿态角分别为；修正面向角为ψCD2=ψCD2c-ψCD2j，修正侧倾角为ФCD2=ФCD2c-ФCD2j，修正前倾角为θCD2=θCD2c-θCD2j；

左手传感装置的姿态角反映了线段D1E1的姿态，校准时根据计算得到左手传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψDE1j，校准侧倾角为ФDE1j，校准前倾角为θDE1j；在测量时刻根据计算得到的左手传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψDE1c，测量侧倾角为ФDE1c，测量前倾角为θDE1c；修正后的左手传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψDE1=ψDE1c-ψDE1j，修正侧倾角为ФDE1=ФDE1c-ФDE1j，修正前倾角为θDE1=θDE1c-θDE1j；

右手传感装置的姿态角反映了线段D2E2的姿态，校准时根据计算得到右手传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψDE2j，校准侧倾角为ФDE2j，校准前倾角为θDE2j；在测量时刻根据计算得到的右手传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψDE2c，测量侧倾角为ФDE2c，测量前倾角为θDE2c；修正后的右手传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψDE2=ψDE2c-ψDE2j，修正侧倾角为ФDE2=ФDE2c-ФDE2j，修正前倾角为θDE2=θDE2c-θDE2j；

左大腿传感装置的姿态角反映了线段F1G1的姿态，校准时根据计算得到左大腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψFG1j，校准侧倾角为ФFG1j，校准前倾角为θFG1j；在测量时刻根据计算得到的左大腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψFG1c，测量侧倾角为ФFG1c，测量前倾角为θFG1c；修正后的左大腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψFG1=ψFG1c-ψFG1j，修正侧倾角为ФFG1=ФFG1c-ФFG1j，修正前倾角为 θFG1=θFG1c-θFG1j；

右大腿传感装置的姿态角反映了线段F2G2的姿态，校准时根据计算得到右大腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψFG2j，校准侧倾角为ФFG2j，校准前倾角为θFG2j；在测量时刻根据计算得到的右大腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψFG2c，测量侧倾角为ФFG2c，测量前倾角为θFG2c；修正后的右大腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψFG2=ψFG2c-ψFG2j，修正侧倾角为ФFG2=ФFG2c-ФFG2j，修正前倾角为θFG2=θFG2c-θFG2j；

左小腿传感装置的姿态角反映了线段G1H1的姿态，校准时根据计算得到左小腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψGH1j，校准侧倾角为ФGH1j，校准前倾角为θGH1j；在测量时刻根据计算得到的左小腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψGH1c，测量侧倾角为ФGH1c，测量前倾角为θGH1c；修正后的左小腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψGH1=ψGH1c-ψGH1j，修正侧倾角为ФGH1=ФGH1c-ФGH1j，修正前倾角为θGH1=θGH1c-θGH1j；

右小腿传感装置的姿态角反映了线段G1H2的姿态，校准时根据计算得到右小腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψGH2j，校准侧倾角为ФGH2j，校准前倾角为θGH2j；在测量时刻根据计算得到的右小腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψGH2c，测量侧倾角为ФGH2c，测量前倾角为θGH2c；修正后的右小腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψGH2=ψGH2c-ψGH2j，修正侧倾角为ФGH2=ФGH2c-ФGH2j，修正前倾角为θGH2=θGH2c-θGH2j；

左脚传感装置的姿态角反映了线段H1I1的姿态，校准时根据计算得到左脚传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψHI1j，校准侧倾角为ФHI1j，校准前倾角为θHI1j；在测量时刻根据计算得到的左脚传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψHI1c，测量侧倾角为ФHI1c，测量前倾角为θHI1c；修正后的左脚传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψHI1=ψHI1c-ψHI1j，修正侧倾角为ФHI1=ФHI1c-ФHI1j，修正前倾角为θHI1=θHI1c-θHI1j；

右脚传感装置的姿态角反映了线段H2I2的姿态，校准时根据计算得到右脚传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψHI2j，校准侧倾角为ФHI2j，校准前倾角为θHI2j；在测量时刻根据计算得到的右脚传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψHI2c，测量侧倾角为ФHI2c，测量前倾角为θHI2c；修正后的右脚传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψHI2=ψHI2c-ψHI2j，修正侧倾角为ФHI2=ФHI2c-ФHI2j，修正前倾角为θHI2=θHI2c-θHI2j。

得到各点的坐标为：

M点的坐标：Mx=OM·sinθOM·cosψOM，My=OM·sinθOM·sinψOM，Mz=OM·cosθOM；

B1点坐标：B1x=OB·cosФOM·sinψOM，B1y=-OB·cosФOM·cosψOM，B1z=OB·sinФOM；

B2点坐标：B2x=-OB·cosФOM·sinψOM，B2y=OB·cosФOM·cosψOM，B2z=OB·sinФOM；F1点坐标：F1x=Mx+MF·cosФOM·sinψOM，F1y=My-MF·cosФOM·cosψOM，F1z=Mz+MF·sinФOM；

F2点坐标：F2x=Mx-MF·cosФOM·sinψOM，F2y=My+MF·cosФOM·cosψOM，F2z=Mz+MF·sinФOM；

A点坐标：Ax=-OA·sinθA·cosψA，Ay=-OA·sinθA·sinψA，Az=-OA·cosθA；

C1点坐标：C1x=B1x+BC·sinθBC1·cosψBC1，C1y=B1y+BC·sinθBC1·sinψBC1，C1z=B1z+BC·cosθBC1；

C2点坐标：C2x=B2x+BC·sinθBC2·cosψBC2，C2y=B2y+BC·sinθBC2·sinψBC2，C2z=B2z+BC·cosθBC2；

D1点坐标：D1x=C1x+CD·sinθCD1·cosψCD1，D1y=C1y+CD·sinθCD1·sinψCD1，D1z=C1z+CD·cosθCD1；

D2点坐标：D2x=C2x+CD·sinθCD2·cosψCD2，D2y=C2y+CD·sinθCD2·sinψCD2，D2z=C2z+CD·cosθCD2；

E1点坐标：E1x=D1x+DE·sinθDE1·cosψDE1，E1y=D1y+DE·sinθDE1·sinψDE1，E1z=D1z+DE·cosθDE1；

E2点坐标：E2x=D2x+DE·sinθDE2·cosψDE2，E2y=D2y+DE·sinθDE2·sinψDE2，E2z=D2z+DE·cosθDE2；

G1点坐标：G1x=F1x+FG·sinθFG1·cosψFG1，G1y=F1y+FG·sinθFG1·sinψFG1，G1z=F1z+FG·cosθFG1；

G2点坐标：G2x=F2x+FG·sinθFG2·cosψFG2，G2y=F2y+FG·sinθFG2·sinψFG2，G2z=F2z+FG·cosθFG2；

H1点坐标：H1x=G1x+GH·sinθGH1·cosψGH1，H1y=G1y+GH·sinθGH1·sinψGH1，H1z=G1z+GH·cosθGH1；

H2点坐标：H2x=G2x+GH·sinθGH2·cosψGH2，H2y=G2y+GH·sinθGH2·sinψGH2，H2z=G2z+GH·cosθGH2；

I1点坐标:I1x=H1x+HI·cosθHI1·cosψHI1，I1y=H1y+HI·cosθHI1·sinψHI1，I1z=H1z+HI·sinθHI1；

I2点坐标:I2x=H2x+HI·cosθHI2·cosψHI2，I2y=H2y+HI·cosθHI2·sinψHI2，I2z=H2z+HI·sinθHI2；

连接各关节点坐标，即构成人体三维姿态图。

肢体运动方向、肢体运动路径为肢体在三维空间参考坐标系中的运动方向和运动路径，根据人体三维传感装置的三轴陀螺仪传感器与三轴加速传感器数据，对各肢体三轴陀螺仪传感器X,Y,Z分量对时间积分，计算各肢体的旋转角度和方向，根据各肢体三轴加速传感器的Gx,Gy,Gz分量按照以下公式对时间积分算出肢体的运动速度V，通过对速度积分得到运动距离，结合运动距离和运动方向，从而得到肢体运动方向、肢体运动路径；

$V=\∫(\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gy}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}-1)\mathrm{dt}$

根据躯干传感装置的运动方向和运动路径确定人体三维空间坐标系OXrYrZr原点O点的运动方向和运动路径。

Claims (7)

1.一种人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：利用人体三维姿态和行为状态传感检测装置在计算机控制下进行检测，检测装置中有多组人体三维传感装置，每组人体三维传感装置中有三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器三种不同的传感器，人体三维传感装置安装在人体的不同部位；检测过程是：

建立三维空间参考坐标系，以三维空间参考坐标系为基础建立人体三维空间坐标系、传感器集成电路三维坐标系以及传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角；以头顶和人体各关节为人体姿态定位点，测量人体头顶以及各关节间的间距，确定立正状态下头顶以及人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标点；在人体不同部位安装人体三维传感装置，在立正状态向正北站立下测量人体三维传感装置三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器输出校准值；人体任意姿态下测量得到人体三维传感装置中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器的输出测量值；根据输出校准值和任意姿态下输出测量值，计算人体三维传感装置校准姿态角和测量姿态角，根据人体三维传感装置校准姿态角和测量姿态角计算头顶和人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标，根据头顶和人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标确定人体三维姿态；根据人体三维传感装置中三轴陀螺仪传感器和三轴加速度传感器的输出初始值和任意姿态下输出测量值计算肢体的运动方向和运动路径，综合人体三维姿态、肢体运动方向、肢体运动路径，确定人体行为状态。

2.如权利要求1所述的人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：

所述建立三维空间参考坐标系，以三维空间参考坐标系为基础建立人体三维空间坐标系、传感器集成电路三维坐标系以及传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角；以头顶和人体各关节为人体姿态定位点，测量人体头顶以及各关节间的间距，确定立正状态下头顶以及人体各关节在人体三维空间坐标系中的坐标点的步骤是：

先建立三维空间参考坐标系，坐标系中，OX轴指向北，OY轴指向东，OZ轴指向地；

再建立传感器集成电路三维坐标系，坐标系中，OXb轴沿传感器集成电路的纵轴指向前,OYb轴沿传感器集成电路横轴指向右侧，OZb轴根据右手法则确定；三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器采用相同的传感器集成电路三维坐标系；

然后确定传感器集成电路对三维参考坐标系的姿态角：包括面向角、侧倾角、前倾角；

面向角：传感器集成电路纵轴OXb轴在水平面的投影与地磁北之间的夹角，面向角用ψ表示；

侧倾角：传感器集成电路横轴OYb方向与水平面之间所形成的夹角，侧倾角用Ф表示；

前倾角：传感器集成电路纵轴OXb轴方向与水平面之间所形成的夹角，前倾角用θ表示；

根据姿态角确定传感器集成电路相对参考坐标系的姿态角计算公式：设三轴磁力传感器采集数据为[Mx,My,Mz],三轴加速度传感器数据采集数据为[Gx,Gy,Gz],则传感器集成电路相对参考坐标系的姿态角为：

前倾角:θ＝arcsin(-Gx)

侧倾角：Ф＝arcsin(Gy/cosθ)

面向角: $\mathrm{\ψ}=\arctan \frac{\mathrm{Mx}\cos \mathrm{\θ}+\mathrm{Mz}\sin \mathrm{\θ}}{\mathrm{Mx}\sin \mathrm{\φ}\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{My}\cos \mathrm{\φ}-\mathrm{Mz}\sin \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}}$

传感装置的姿态角与传感器集成电路的姿态角相同，并采用相同的符号表示；

建立人体三维空间坐标系的过程是：

设各人体关节用字母表示为：A：头顶；B1：左肩关节；B2：右肩关节；C1：左肘关节；C2：右肘关节；D1：左腕关节；D2，右腕关节：E1，左掌指关节；E2：右掌指关节；F1：左髋关节；F2：右髋关节；G1：左膝关节；G2：右膝关节；H1：左踝关节；H2：右踝关节；I1：左脚趾骨；I2：右脚趾骨；

设B1B2中点为O,F1F2中点为M，则OM为躯干，测量人体如下线段或人体部位的长度：OA：反映头的长度，OB1＝OB2＝OB＝人体的肩宽的一半，B1C1＝B2C2＝BC＝上臂长度，C1D1＝C2D2＝CD＝前臂长度，D1E1＝D2E2＝DE＝手掌长度，OM＝躯干高度，MF1＝MF2＝MF＝髋关节宽度的一半，F1G1＝F2G2＝FG＝大腿长度，G1H1＝G2H2＝GH＝小腿长度，H1I1＝H2I2＝HI＝脚掌长度；

建立人体三维空间坐标系OXrYrZr，以O为坐标原点的参考坐标建立人体三维空间坐标系OXrYrZr：O点的正北方为Xr轴，O点的正东方为Yr轴，O点的正下方为Zr轴；当人体成立正姿势面向正北站立时，B1B2为Y坐标，设其坐标轴为Yr，OB2为Yr轴正方向；OM为Z坐标，设其坐标轴为Zr，OM方向为Zr轴正方向；过O点做平面B1OM的垂线，该垂线为X坐标，设其坐标轴为Xr，人的正面方向为Xr轴正方向。

3.如权利要求1所述的人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：所述人体三维传感装置的安装部位如下：头部传感装置安装在头部；躯干传感装置安装在胸部或背部；左上臂传感装置安装在左上臂上；右上臂传感装置安装在右上臂上；左前臂传感装置安装在左前臂上；右前臂传感装置安装在右前臂上；左手传感装置安装在左手上；右手传感装置安装在右手上；左大腿传感装置安装在左大腿上；右大腿传感装置安装在右大腿上；左小腿传感装置安装在左小腿上；右小腿传感装置安装在右小腿上；左脚传感装置安装在左脚上；右脚传感装置安装在右脚上；

头部传感装置、左脚传感装置、右脚传感装置与水平面平行安装，

躯干传感装置、左上臂传感装置、右上臂传感装置、左前臂传感装置、右前臂传感装置、左手传感装置、右手传感装置、左大腿传感装置、右大腿传感装置、左小腿传感装置、右小腿传感装置与水平面垂直安装。

4.如权利要求1所述的人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：

所述在立正状态向正北站立下测量人体三维传感装置三轴磁力传感器、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪传感器输出校准值，人体任意姿态下测量得到人体三维传感装置中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器的输出测量值，根据输出校准值和任意姿态下输出测量值，计算人体三维传感装置校准姿态角和测量姿态角步骤是：

人面向北，双脚并拢，静止直立，分别记录传感器装置中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器输出值，计算传感器装置的校准姿态角：包括校准前倾角、校准侧倾角、校准面向角；

在人体任意姿态下，分别记录传感器集成电路中三轴磁力传感器、三轴加速度传感器的输出值，计算传感器装置在测量时刻的测量姿态角：包括测量前倾角、测量侧倾角、测量面向角。

5.如权利要求4所述的人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：分别计算各传感器装置人体任意姿态的修正姿态角：

头部传感装置的姿态角反映线段OA的姿态，校准时根据计算得到头部传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψAj，校准侧倾角为ФAj，校准前倾角为θAj；在测量时刻计算得到的头部传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψAc，测量侧倾角为ФAc，测量前倾角为θAc；修正后的头部传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψA＝ψAc-ψAj，修正侧倾角为ФA＝ФAc-ФAj，修正前倾角为θA＝θAc-θAj；

躯干传感装置的姿态角反映了线段OM的姿态，校准时根据计算得到躯干传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψOMj，校准侧倾角为ФOMj，校准前倾角为θOMj；在测量时刻根据计算得到的躯干传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψOMc，测量侧倾角为ФOMc，测量前倾角为θOMc；修正后的躯干传感装置的姿态角分别为；修正面向角为ψOM＝ψOMc-ψOMj，修正侧倾角为ФOM＝ФOMc-ФOMj，修正前倾角为θOM＝θOMc-θOMj；

左上臂传感装置的姿态角反映了线段B1C1的姿态，校准时根据计算得到左上臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψBC1j，校准侧倾角为ФBC1j，校准前倾角为θBC1j；在测量时刻根据计算得到的左上臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψBC1c，测量侧倾角为ФBC1c，测量前倾角为θBC1c；修正后的左上臂传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψBC1＝ψBC1c-ψBC1j，修正侧倾角为ФBC1＝ФBC1c-ФBC1j，修正前倾角为θBC1＝θBC1c-θBC1j；

右上臂传感装置的姿态角反映了线段B2C2的姿态，校准时根据计算得到右上臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψBC2j，校准侧倾角为ФBC2j，校准前倾角为θBC2j；在测量时刻根据计算得到的右上臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψBC2c，测量侧倾角为ФBC2c，测量前倾角为θBC2c；修正后的右上臂传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψBC2＝ψBC2c-ψBC2j，修正侧倾角为ФBC2＝ФBC2c-ФBC2j，修正前倾角为θBC2＝θBC2c-θBC2j；

左前臂传感装置的姿态角反映了线段C1D1的姿态，校准时根据计算得到左前臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψCD1j，校准侧倾角为ФCD1j，校准前倾角为θCD1j；在测量时刻根据计算得到的左前臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψCD1c，测量侧倾角为ФCD1c，测量前倾角为θCD1c；修正后的左前臂传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψCD1＝ψCD1c-ψCD1j，修正侧倾角为ФCD1＝ФCD1c-ФCD1j，修正前倾角为θCD1＝θCD1c-θCD1j；

右前臂传感装置的姿态角反映了线段C2D2的姿态，校准时根据计算得到右前臂传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψCD2j，校准侧倾角为ФCD2j，校准前倾角为θCD2j；在测量时刻根据计算得到的右前臂传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψCD2c，测量侧倾角为ФCD2c，测量前倾角为θCD2c；修正后的右前臂传感装置的姿态角分别为；修正面向角为ψCD2＝ψCD2c-ψCD2j，修正侧倾角为ФCD2＝ФCD2c-ФCD2j，修正前倾角为θCD2＝θCD2c-θCD2j；

左手传感装置的姿态角反映了线段D1E1的姿态，校准时根据计算得到左手传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψDE1j，校准侧倾角为ФDE1j，校准前倾角为θDE1j；在测量时刻根据计算得到的左手传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψDE1c，测量侧倾角为ФDE1c，测量前倾角为θDE1c；修正后的左手传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψDE1＝ψDE1c-ψDE1j，修正侧倾角为ФDE1＝ФDE1c-ФDE1j，修正前倾角为θDE1＝θDE1c-θDE1j；

右手传感装置的姿态角反映了线段D2E2的姿态，校准时根据计算得到右手传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψDE2j，校准侧倾角为ФDE2j，校准前倾角为θDE2j；在测量时刻根据计算得到的右手传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψDE2c，测量侧倾角为ФDE2c，测量前倾角为θDE2c；修正后的右手传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψDE2＝ψDE2c-ψDE2j，修正侧倾角为ФDE2＝ФDE2c-ФDE2j，修正前倾角为θDE2＝θDE2c-θDE2j；

左大腿传感装置的姿态角反映了线段F1G1的姿态，校准时根据计算得到左大腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψFG1j，校准侧倾角为ФFG1j，校准前倾角为θFG1j；在测量时刻根据计算得到的左大腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψFG1c，测量侧倾角为ФFG1c，测量前倾角为θFG1c；修正后的左大腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψFG1＝ψFG1c-ψFG1j，修正侧倾角为ФFG1＝ФFG1c-ФFG1j，修正前倾角为θFG1＝θFG1c-θFG1j；

右大腿传感装置的姿态角反映了线段F2G2的姿态，校准时根据计算得到右大腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψFG2j，校准侧倾角为ФFG2j，校准前倾角为θFG2j；在测量时刻根据计算得到的右大腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψFG2c，测量侧倾角为ФFG2c，测量前倾角为θFG2c；修正后的右大腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψFG2＝ψFG2c-ψFG2j，修正侧倾角为ФFG2＝ФFG2c-ФFG2j，修正前倾角为θFG2＝θFG2c-θFG2j；

左小腿传感装置的姿态角反映了线段G1H1的姿态，校准时根据计算得到左小腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψGH1j，校准侧倾角为ФGH1j，校准前倾角为θGH1j；在测量时刻根据计算得到的左小腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψGH1c，测量侧倾角为ФGH1c，测量前倾角为θGH1c；修正后的左小腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψGH1＝ψGH1c-ψGH1j，修正侧倾角为ФGH1＝ФGH1c-ФGH1j，修正前倾角为θGH1＝θGH1c-θGH1j；

右小腿传感装置的姿态角反映了线段G1H2的姿态，校准时根据计算得到右小腿传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψGH2j，校准侧倾角为ФGH2j，校准前倾角为θGH2j；在测量时刻根据计算得到的右小腿传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψGH2c，测量侧倾角为ФGH2c，测量前倾角为θGH2c；修正后的右小腿传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψGH2＝ψGH2c-ψGH2j，修正侧倾角为ФGH2＝ФGH2c-ФGH2j，修正前倾角为θGH2＝θGH2c-θGH2j；

左脚传感装置的姿态角反映了线段H1I1的姿态，校准时根据计算得到左脚传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψHI1j，校准侧倾角为ФHI1j，校准前倾角为θHI1j；在测量时刻根据计算得到的左脚传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψHI1c，测量侧倾角为ФHI1c，测量前倾角为θHI1c；修正后的左脚传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψHI1＝ψHI1c-ψHI1j，修正侧倾角为ФHI1＝ФHI1c-ФHI1j，修正前倾角为θHI1＝θHI1c-θHI1j；

右脚传感装置的姿态角反映了线段H2I2的姿态，校准时根据计算得到右脚传感装置校准姿态角为：校准面向角为ψHI2j，校准侧倾角为ФHI2j，校准前倾角为θHI2j；在测量时刻根据计算得到的右脚传感装置测量姿态角为：测量面向角为ψHI2c，测量侧倾角为ФHI2c，测量前倾角为θHI2c；修正后的右脚传感装置的姿态角分别为：修正面向角为ψHI2＝ψHI2c-ψHI2j，修正侧倾角为ФHI2＝ФHI2c-ФHI2j，修正前倾角为θHI2＝θHI2c-θHI2j。

6.如权利要求5所述的人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：根据各个传感器的姿态角得到头顶和各个关节点人体三维空间坐标系中的坐标为：

M点的坐标：Mx＝OM·sinθOM·cosψOM，My＝OM·sinθOM·sinψOM，Mz＝OM·cosθOM；

B1点坐标：B1x＝OB·cosФOM·sinψOM，B1y＝-OB·cosФOM·cosψOM，B1z＝OB·sinФOM；

B2点坐标：B2x＝-OB·cosФOM·sinψOM，B2y＝OB·cosФOM·cosψOM，B2z＝OB·sinФOM；

F1点坐标：F1x＝Mx+MF·cosФOM·sinψOM，F1y＝My-MF·cosФOM·cosψOM，

F1z＝Mz+MF·sinФOM；

F2点坐标：F2x＝Mx-MF·cosФOM·sinψOM，F2y＝My+MF·cosФOM·cosψOM，

F2z＝Mz+MF·sinФOM；

A点坐标：Ax＝-OA·sinθA·cosψA，Ay＝-OA·sinθA·sinψA，Az＝-OA·cosθA；

C1点坐标：C1x＝B1x+BC·sinθBC1·cosψBC1，C1y＝B1y+BC·sinθBC1·sinψBC1，

C1z＝B1z+BC·cosθBC1；

C2点坐标：C2x＝B2x+BC·sinθBC2·cosψBC2，C2y＝B2y+BC·sinθBC2·sinψBC2，

C2z＝B2z+BC·cosθBC2；

D1点坐标：D1x＝C1x+CD·sinθCD1·cosψCD1，D1y＝C1y+CD·sinθCD1·sinψCD1，

D1z＝C1z+CD·cosθCD1；

D2点坐标：D2x＝C2x+CD·sinθCD2·cosψCD2，D2y＝C2y+CD·sinθCD2·sinψCD2，

D2z＝C2z+CD·cosθCD2；

E1点坐标：E1x＝D1x+DE·sinθDE1·cosψDE1，E1y＝D1y+DE·sinθDE1·sinψDE1，

E1z＝D1z+DE·cosθDE1；

E2点坐标：E2x＝D2x+DE·sinθDE2·cosψDE2，E2y＝D2y+DE·sinθDE2·sinψDE2，

E2z＝D2z+DE·cosθDE2；

G1点坐标：G1x＝F1x+FG·sinθFG1·cosψFG1，G1y＝F1y+FG·sinθFG1·sinψFG1，

G1z＝F1z+FG·cosθFG1；

G2点坐标：G2x＝F2x+FG·sinθFG2·cosψFG2，G2y＝F2y+FG·sinθFG2·sinψFG2，

G2z＝F2z+FG·cosθFG2；

H1点坐标：H1x＝G1x+GH·sinθGH1·cosψGH1，H1y＝G1y+GH·sinθGH1·sinψGH1，

H1z＝G1z+GH·cosθGH1；

H2点坐标：H2x＝G2x+GH·sinθGH2·cosψGH2，H2y＝G2y+GH·sinθGH2·sinψGH2，

H2z＝G2z+GH·cosθGH2；

I1点坐标:I1x＝H1x+HI·cosθHI1·cosψHI1，I1y＝H1y+HI·cosθHI1·sinψHI1，

I1z＝H1z+HI·sinθHI1；

I2点坐标:I2x＝H2x+HI·cosθHI2·cosψHI2，I2y＝H2y+HI·cosθHI2·sinψHI2，

I2z＝H2z+HI·sinθHI2；

连接各关节点坐标，构成人体三维姿态图；

所述肢体运动方向、肢体运动路径为肢体在三维空间参考坐标系中的运动方向和运动路径，根据人体三维传感装置的三轴陀螺仪传感器与三轴加速度传感器数据，对各肢体三轴陀螺仪传感器X,Y,Z分量对时间积分，计算各肢体的旋转角度和方向，根据各肢体三轴加速度传感器的Gx,Gy,Gz分量按照以下公式对时间积分算出肢体的运动速度V，通过对速度积分得到运动距离，结合运动距离和运动方向，得到肢体运动方向、肢体运动路径； $V=\∫(\sqrt{{\mathrm{Gx}}^2+{\mathrm{Gy}}^2+{\mathrm{Gz}}^2}-1)\mathrm{dt}$ 式中，t为时间；

根据躯干传感装置的运动方向和运动路径确定人体三维空间坐标系OXrYrZr原点O点的运动方向和运动路径。

7.如权利要求1所述的人体三维姿态和行为状态传感检测方法，其特征在于：利用多组人体三维传感装置在计算机控制下进行检测，其上位机的控制流程是：开始，第一步，给各个传感器下发校准指令，第二步，读取各传感器在校准状态下的数据，第三步，计算各传感器在校准状态下的姿态角，第四步，读取各传感器在任意姿态的测量状态下的数据，第五步，计算各传感器在任意姿态的测量姿态角，第六步，计算人体头顶和各关节坐标，第七步，计算肢体运动路径、运动方向和人体运动路径、运动方向，第八步，存储测量数据和计算数据，最后返回第一步；

传感装置上的微处理器的处理流程是：开始后，控制无线传输模块接收上位机命令，然后采集传感器数据，再通过无线传输模块将传感器数据发送给上位机，循环往返；

上位机无线通信接口微处理器的工作流程是：开始后，接收上位机命令，控制无线传输模块发送数据，控制无线传输模块接收数据，将接收数据送给上位机，循环往返。