CN108433704A - 一种三维人体扫描设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维人体扫描设备，包括固定立柱、转台、连接板、深度摄像头，转台包括:底板、转盘、驱动旋转组件、多个半桥式传感器，转盘底端开口、四周封闭，转盘的顶端设有安装孔，该安装孔与底端开口相通，转盘的内腔设有固定板；每个半桥式传感器均嵌设在固定板上；人体称重平台的顶壁设有多个向固定板方向延伸的称重导柱，固定板上还设有供称重导柱穿过的贯穿孔，每个半桥式传感器与转盘顶端之间均设有平衡结构。本发明通过平衡结构对转台起到自调心作用，当人体站立在转台上后，仍能保证人体作用力的重心不偏移，进而提高人体三维扫描设备的检测精度。

Description

一种三维人体扫描设备

技术领域

本发明属于人体测量领域，具体涉及一种三维人体扫描设备。

背景技术

人体三维扫描仪，也叫3D人体扫描仪，是利用光学测量技术、计算机技术、图像处理技术、数字信号处理技术等进行三维人体表面轮廓的非接触自动测量。人体全身(半身)扫描系统充分利用光学三维扫描的快速以及白光对人体无害的优点，在3-5秒内对人体全身或半身进行多角度多方位的瞬间扫描。

常用的人体三维扫描仪是将单个深度摄像头固定在滑块上，通过滑块沿滑轨上下运动的方式扫描人体的信息。深度摄像头通过电机驱动沿导轨上下运动，对站在转台上的人体进行扫描的方式中，存在以下缺陷：1.上下跑动的导轨摄像头因为有电机拖动，在对人体进行扫描时不可避免的会出现噪声，对用户的感官体验造成影响；2.摄像头沿导轨运动，致使人体3D模型建立时间较长；3.由于转台电机、滑块电机启动时间以及运行速度等不同，使得3D摄像头拍照位置不固定，当滑块带动3D摄像头在立柱的上中下三个位置拍照时，每次拍照的位置会稍有偏差，因而需要算法进行处理、拟合，这样就导致模型合成的稳定性稍有限制。

基于此，急需提供一种通过多个深度摄像头同时对人体快速扫描的设备。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种一种三维人体扫描设备。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种三维人体扫描设备，包括固定立柱、转台、连接板、深度摄像头，所述连接板的一端连接固定立柱，所述连接板的另一端连接转台，所述深度摄像头设置在固定立柱上，其特征在于，所述转台包括:底板、转盘、驱动旋转组件、多个半桥式传感器，所述转盘底端开口、四周封闭，所述转盘的周壁底部具有向内延伸的凸环，该凸环与转盘的顶面平行；所述驱动旋转组件设置在底板与转盘之间；

所述转盘的顶端设有安装孔，该安装孔与底端开口相通，所述转盘的内腔设有固定板；每个所述半桥式传感器均嵌设在固定板上，所述半桥式传感器的中心处设有通孔；所述安装孔内嵌设有人体称重平台，所述人体称重平台的顶壁设有多个向固定板方向延伸的称重导柱，所述固定板上还设有供称重导柱穿过的贯穿孔，

每个所述半桥式传感器与转盘顶端之间均设有平衡结构，多个所述称重导柱分别穿过平衡结构的中心孔、通孔、贯穿孔后与螺母固定连接，所述螺母置于贯穿孔内，且螺母的外径大于通孔的内径。

上述的一种三维人体扫描设备，所述平衡结构包括具有半球形结构的轴圈和设有半球形凹槽的座圈，所述轴圈和座圈的中心处均设有供称重导柱穿过的圆孔，该圆孔的内径大于柱状件的外径，且所述轴圈的外球面与座圈的内球面接触；所述轴圈的顶面与转盘的顶壁接触，所述座圈的底面与半桥式传感器接触。

上述的一种三维人体扫描设备，所述驱动旋转组件包括：设置在凸环周壁上的内齿圈、嵌设在底板上的直交轴减速电机，该直交轴减速电机的输出轴上设有齿轮，所述齿轮与内齿圈啮合；

多个所述滚动支撑件沿凸环的轴线均匀分布，且滚动支撑件固设在凸环的底面，所述滚动支撑件的滚动件与底板的顶面接触上述的一种三维人体扫描设备，所述转台还包括多个滚动支撑件，多个所述滚动支撑件沿凸环的轴线均匀分布，且滚动支撑件固设在凸环的底面，所述滚动支撑件的滚动件与底板的顶面接触。。

上述的一种三维人体扫描设备，所述转台还包括旋转轴承盘，该旋转轴承盘包括：外圈、内圈、嵌设在外圈和内圈之间的滚动体，所述内圈的高度高于外圈的高度，所述内圈的顶面与固定板的底面固定连接，所述外圈固设在底板的中心处上，所述直交轴减速电机位于外圈的任一侧。

上述的一种三维人体扫描设备，还包括拉杆扶手，该拉杆扶手设置在转台的顶面；

所述拉杆扶手包括把手和固定座套，所述固定座套的一侧壁上开设有开口，开口的侧缘上设有沿竖向延伸的锯齿部；

所述固定座套内设有滑轨，滑轨的滑动部上设有推拉式电磁铁，推拉式电磁铁的推拉杆上固设有与所述锯齿部啮合的咬合件，推拉式电磁铁的通断电以实现咬合件与锯齿部的咬合和分离；所述把手固设在所述滑动部的顶端。

上述的一种三维人体扫描设备，所述推拉式电磁铁的推拉杆竖向设置；所述咬合件上设有倾斜的导向长圆孔，所述滑动部上设有穿设在导向长圆孔内的导向柱，以实现推拉式电磁铁的推拉杆运动时导向长圆孔相对导向柱运动，且实现咬合件与锯齿部的咬合和分离。

上述的一种三维人体扫描设备，所述滑轨的固定部固设在所述固定座套的内壁上，滑动部与固定部滑动连接；

所述固定座套外套设有外罩，外罩与把手固定连接。

上述的一种三维人体扫描设备，所述深度摄像头为多个，所述固定立柱由细长状的第一长方体和短粗状的第二长方体拼接而成，所述第一长方体上设有多个呈竖向分布的凹槽，所述摄像头本体固定在凹槽内；每个所述凹槽的底壁上均设有穿线孔，所述线缆贯穿穿线孔；所述第二长方体为空心结构，第二长方体内设有主机。

上述的一种三维人体扫描设备，所述第二长方体内还设有处理器和驱动模块，所述底板上嵌设有光电传感器，所述光电传感器的透射光路径垂直于旋转组件的轴线，所述凸环的底壁上设有一挡光片，该挡光片可周期性地遮挡所述光电传感器的透射光路径；

所述深度摄像头与主机交互式连接，所述主机与处理器交互式连接，所述称重模块的输出端与处理器的输入端连接，所述光电传感器的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端通过驱动模块与直交轴减速电机电连接；

所述称重模块用于测量位于转台上被测人体的体重信息，多个所述深度摄像头用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；所述主机用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；所述驱动模块与直交轴减速电机电连接，所述直交轴减速电机带动转台旋转，所述转台旋转一周的过程中深度摄像头采集深度图像。

本发明的有益效果：

1.本发明通过平衡结构对转台起到自调心作用，当人体站立在转台上后，仍能保证人体作用力的重心不偏移，进而提高人体三维扫描设备的检测精度。

2.本发明的主机向多个深度摄像头同时下达拍照指令，深度摄像头采集并输出被测人体的深度图像，因此，本发明的多摄像头三维人体扫描设备扫描速度更快。

3.本发明将直交轴减速电机嵌设在人体旋转称重的转台，大大降低转台的高度、减小了转台的体积；

4.本发明通过将多个深度摄像头直接固定在立柱上，使得整个立柱的重量大大降低，进而使立柱的运输和拆装过程更加便捷。

5.本发明通过推拉式电磁铁的通断电可根据使用者身高快速调节把手的高度，省时省力且适应性强，结构简单且成本低且使用寿命长。

6.本发明通过锯齿部和咬合件的啮合实现滑轨的高度固定，固定可靠性高，本发明体积小，节约空间。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是三维人体扫描设备的结构示意图。

图2是拉杆扶手的结构示意图。

图3是拉杆扶手拉长状态的结构示意图。

图4是拉杆扶手推拉式电磁铁断电时结构示意图。

图5是拉杆扶手推拉式电磁铁通电时结构示意图。

图6是拉杆扶手推拉式电磁铁位于咬合件下方的结构示意图。

图7是拉杆扶手内部结构示意图。

图8是三维人体扫描系统的结构框图。

图9是电机驱动模块的电路示意图。

图10是转台的整体结构示意图。

图11是转台的内部结构示意图。

图12是图10中转台的拆分状态示意图。

图13是称重模块的结构示意图。

图中：11.第一长方体；12.第二长方体；13.深度摄像头；2.连接板；3.扶手；31.把手；32.固定座套；321.开口；322.锯齿部；33.滑动部；331.导向柱；34.推拉式电磁铁；341.推拉杆；35.咬合件；351.导向长圆孔；36.固定部；37.外罩；38.开关按键；4.转台；41.电极片；42.螺母；43.人体称重平台；45.固定板；46.轴圈；47.半桥式传感器；49.座圈；401.滚动支撑件；402.环状板；403.内齿圈；404.直交轴减速电机；405.旋转轴承盘；406.中间板；407.称重导柱；417.光电传感器；418.底板；420.转盘；421.凸环。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

我公司于2017年6月27日申请的一种人体三维扫描系统(该申请的申请号为2017207595943)，公开了一种人体三维扫描系统，包括PC机、处理器、体重体脂测量模块、称重传感器、转台、导轨、转台导轨驱动装置、3D摄像头、用于测量人体电阻的电极式电阻测量模块、导轨滑块位置检测传感器以及转台位置检测传感器，PC机通过USB模块与3D摄像头交互式连接，3D摄像头通过滑块与导轨滑动连接且沿导轨上下滑动；导轨滑块位置检测传感器设置在导轨的上端部和/或下端部；转台位置检测传感器、体重体脂测量模块、称重传感器和电极式电阻测量模块均设置在转台上；处理器与PC机、以及体重体脂测量模块交互式连接；体重体脂测量模块的输入端与称重传感器的输出端、以及电极式电阻测量模块的输出端相连；处理器的输入端与导轨滑块位置检测传感器的输出端、以及转台位置检测传感器的输出端相连；处理器的输出端与转台导轨驱动装置的输入端相连，转台导轨驱动装置的输出端与转台、以及导轨相连。

申请号为2017207595943的申请文件，是通过3D摄像头配合导轨和转台对人体进行全面覆盖扫描，通过PC机生成人体三维模型并基于该三维模型进行人体身高的测量，降低了外界因素对测量数据的影响，且速度快，效率高。该申请通过轨道滑块位置检测传感器将3D摄像头的位置信息并反馈至处理器以限制滑块的运动范围，使3D摄像头在安全范围内对人体进行全面扫描，且通过步进电机精准控制3D摄像头的运动。

转台位置检测传感器反馈当前转台的运动情况和转台转动角度，使转台能够平稳的转动一周，配合3D摄像头完成全面扫描，保持人体3D模型数据的完整性。

在后续的研发过程中，我们发现：3D摄像头通过电机驱动沿导轨上下运动，对站在转台上的人体进行扫描的方式中，存在以下缺陷：1.上下跑动的导轨摄像头因为有电机拖动，在对人体进行扫描时不可避免的会出现噪声，对用户的感官体验造成影响；2.摄像头沿导轨运动，致使人体3D模型建立时间较长；3.由于转台电机、滑块电机启动时间以及运行速度等不同，使得3D摄像头拍照位置不固定，当滑块带动3D摄像头在立柱的上中下三个位置拍照时，每次拍照的位置会稍有偏差，因而需要算法进行处理、拟合，这样就导致模型合成的稳定性稍有限制。

基于此，本实施例提出了一种改进后的多摄像头三维人体扫描设备，改进后的多摄像头三维人体扫描设备，如图1所示，包括固定立柱、转台4、连接板2、深度摄像头13，连接板2的一端连接固定立柱，连接板2的另一端连接转台4，深度摄像头13包括摄像头本体和与摄像头本体连接的线缆，深度摄像头13为多个，固定立柱由细长状的第一长方体和短粗状的第二长方体拼接而成，第一长方体11上设有多个呈竖向分布的凹槽，摄像头本体固定在凹槽内；每个凹槽的底壁上均设有穿线孔，线缆贯穿穿线孔；第二长方体为空心结构，第二长方体内设有主机。

作为优选，本实施例的深度摄像头13为三个，三个深度摄像头13既能扫描完整转台4上人体的信息，还能最大限度的降低生产成本。

本实施例的固定立柱包括细长状的第一长方体、短粗状的第二长方体，第一长方体拼接在第二长方体12的上方，第一长方体11上固设有多个深度摄像头13，第二长方体12的内腔放置一主机，线缆穿过第二长方体12的背板并与主机连接。第二长方体12的内腔还设有处理器，处理器与主机交互式连接。

由于本实施例的深度摄像头13是扫描转台4上人体的信息，因此，转台4与立柱之间还需要设置连接板2。具体地，该连接板2优选：从固定立柱的底面上向深度摄像头13正前方延伸，直至与转台4接触。由于转台4上的称重模块、电极片41需要与处理器进行数据交互，因此，连接板2的底面设有向下开口的过线槽，过线槽用于容纳多根电线。

本实施例省去了运动滑轨、供深度摄像头13上下运动的滑块、驱动滑块运动的皮带机构和电机、以及对深度摄像头13的线缆起防护作用的拖链，将多个深度摄像头13直接固定在立柱上。本实施例不仅杜绝了滑块上下运动时发出的噪声，提高了用户体验感，而且在硬件电路部分省略了驱动电机运动部分的硬件电路，更重要的是大大降低了整个立柱的重量，让运输和设备拆装过程中会更加便捷。

如图10-12所示，本实施例的转台4包括:底板418、转盘420、驱动旋转组件、旋转轴承盘405以及多个滚动支撑件401，转盘420底端开口、四周封闭，转盘420的周壁底部具有向内延伸的凸环421，该凸环421与转盘420的顶面平行；驱动旋转组件包括：设置在凸环421周壁上的内齿圈403、嵌设在底板418上的直交轴减速电机404，该直交轴减速电机404的输出轴上设有齿轮，齿轮与内齿圈403啮合；多个滚动支撑件401沿凸环421的轴线均匀分布，且滚动支撑件401固设在凸环421的底面，滚动支撑件401的滚动件与底板418的顶面接触；转盘420的顶端设有安装孔，该安装孔与底端开口相通，安装孔内嵌设有人体称重平台43，转盘420的内腔设有固定板，该固定板上设有多个称重模块；称重模块与人体称重平台43接触。旋转轴承盘405包括：外圈、内圈、嵌设在外圈和内圈之间的滚动体，内圈的高度高于外圈的高度，内圈的顶面与固定板的底面固定连接，外圈固设在底板418的中心处上，直交轴减速电机404位于外圈的任一侧。

在实际生产中，本实施例的转盘可以采用模具一体成型，当然也可以单独制作部件后完成拼装。采用模具注塑工艺，可以增强整个转盘的强度，也可简化工序，但开模费用较高；采用单独制备零部件后完成拼装的工艺，工序复杂但成本低。本实施例还提供了转盘单独零部件加工的结构，转台4包括人体称重平台、中间板(相当于转盘的顶面)、环状板(凸环)、固定板。

具体地，如图10-12所示，本实施例的转台包括底板418、多个滚动支撑件401以及与底板418同轴设置的旋转组件，滚动支撑件401设置在底板418与旋转组件之间，多个滚动支撑件401沿环状板402的轴线均匀分布；旋转组件的内壁上设有内齿圈403，底板418上嵌设一直交轴减速电机404，直交轴减速电机404的输出齿轮与内齿圈403啮合，通过直交轴减速电机404工作，实现旋转组件相对底板418的旋转。

旋转组件通过内齿圈403与直交轴减速电机404的输出齿轮联接配合，内齿圈403在直交轴减速电机404的作用下，带动旋转组件相对于底板418旋转。其中，内齿圈403与直交轴减速电机404的输出齿轮配合，传动精度高，且易于控制旋转角度。

滚动支撑件401限制底板418与旋转组件之间的间距，该间距大于直交轴减速电机404与顶壁到旋转组件底壁的间距，保证了转台基本功能的实现；可以提高转台的承重上限，扩展转台的适用范围；其次，滚动支撑件401实现对旋转组件的稳定支撑的同时，降低直交轴减速电机404的荷载，使转台顺畅运行，延长直交轴减速电机404的使用寿命。内齿圈403可以与环状板402一体成型，也可以分别加工后固定连接。

本领域技术人员可以知道的是，本实施例的滚动支撑件401可以是多种多样的，只要能够实现对旋转组件稳定有效的支撑、且能够减小底板418、旋转组件之间的转动摩擦即可，滚动支撑件401可以是多个飞碟万向球，具体的，飞碟万向球的顶端可以通过螺杆与环状板402固定连接，飞碟万向球底端与底板418滚动配合，当转台转动时，飞碟万向球跟随旋转组件运动。

滚动支撑件401还可以是普通的滚动轴承，比如深沟球轴承，该滚动轴承通过中心轴固定在环状板402上，具体的，环状板402上设置有用于固定滚动支撑件401的多个槽体，滚动轴承件安装在中心轴上，中心轴安装在上述的槽体内中，需要注意的是，中心轴的轴线方向需要垂直于旋转组件的轴线，即与环状板402的径线重合；此时，当旋转组件在直交轴减速电机404的带动下相对于底板418转动时，滚动轴承以也以垂直于中心轴的方向滚动。本领域普通技术人员需要理解的是，当中心轴指向旋转组件的旋转轴时，安装在中心轴上的滚轮的运动方向则时时沿着以旋转轴为圆心的轨迹圆的切线方向，因而可以在向心力的作用下做圆周运动，且该种方式，轴承与底板418之间线接触、支撑更稳定，且滚动轴承的承重性能更好。

另外，滚动支撑件401还可以滚珠，比如钢珠，具体的，在底板418上均匀设置多个用于容纳滚珠的滚珠槽，每一滚珠槽内设置一滚珠，在环状板402上设置一与滚珠槽对应的环形凹槽，滚珠顶端与环形凹槽滚动配合，通过滚珠实现对旋转组件的稳定支撑。

本实施例采用直交轴减速电机404作为转台驱动电机的目的是减小转台的体积，减速电机是减速机与驱动电机的集成，这种集成体通常也可称为齿轮马达或齿轮电机；其具有驱动电机和减速机的双重功能，本实施例中的直交轴减速电机404的马达输出轴与减速器的输出轴之间的夹角为九十度，成垂直分布，可以在保证较大传动比的前提下，减小电机的垂直安装空间，减小转台的垂直高度，减小转台体积，同时使底板418与旋转组件之间的垂直间距变小，直交轴减速的传动更加稳定。

为了更进一步缩小体积、在底板418上开设用于安装直交轴减速电机404的电机安装槽，使得电机本体部分置于底板418中，电机本体的底壁需高于底板418的底面，以防止电机本体承重。优选直交轴减速电机404的电机壳体的顶壁和底壁为相互平行的平面，此处所说的顶壁为直交轴减速电机404的输出轴所在侧的侧壁，在不影响电机的正常功能的情况下，改善电机壳体形状，相较于改善前电机的圆柱形侧壁，改善后的顶壁、底壁相互平行的电机壳体的厚度更薄，因此使安装有此直交轴减速电机404的转台的高度更小。

进一步地，旋转组件靠近中心的部分是悬空的，即内齿圈403以内的部分悬空，没有实体支撑，仅靠滚动支撑件401承载和传递旋转组件、以及旋转组件上的用户的重量。在使用过程中，随着使用时间的推移，或使用者体重过大，会造成旋转组件中部产生向下的形变，影响转台的使用寿命，另外，本实施例的转台主要是应用于人体旋转称重设备中的，即旋转组件内设置有用于测量体重的称量体重的元件和结构，若是旋转组件中心下陷，则会影响称重元件测量的结果的精确性。

因此，本实施例的转台还包括嵌设在底板418中部的旋转轴承盘405，旋转轴承盘405包括与底板418固定连接的外圈、以及与旋转组件底壁固定连接的内圈；内圈的高度高于外圈的高度，内圈与外圈之间的周壁上均布有多个滚珠，使得内圈可相对于外圈做圆周运动。旋转轴承盘405可进一步使转台转动时更加平稳，且可防止随着使用时间的推移或人体过重而造成的旋转组件中心向下凹陷变形的情况；更重要的是，采用旋转轴承盘405结构可以使旋转组件在工作中旋转更稳定，其原因是，旋转轴承盘405使得旋转组件的旋转轴精确地与底板418中心轴线重合，即对心稳定。

为了增加转台的安全性，本实施例的人体称重转台还包括用于安装扶手的中间板406，该中间板406与固定板45固定连接，人体称重平台43穿过中间板406中心处的通槽后与固定板45固定连接，扶手安装在中间板406上，以防止在转台旋转过程中将人摔下转台。在实际使用中，优选人体称重平台43顶面与中间板406顶面平齐，上述中间板406上通槽的形状与称重板的形状相适应。

进一步地，人体称重平台43上还设置有两个电极片41，该电极片41用于感应和测量人体电阻，并将测得的结果发送给处理器。底板418上嵌设有透射型的光电传感器417，且光电传感器417的透射光路径垂直于旋转组件的轴线；在旋转组件的底壁上设有一挡光片，该挡光片可周期性地遮挡光电传感器417的透射光路径。该光电传感器417用于采集旋转组件转动过程中的起始位置和终止位置，当直交轴减速电机404启动时旋转组件开始转动，挡光片经过光电传感器417的透光槽并瞬时遮挡住透光槽，此时，光电传感器417采集旋转组件开始旋转的位置，当挡光片随旋转组件转动一整圈后再次旋转到光电传感器417的位置时，会再次阻断光电传感器417的透光路径，光电传感器417会感应到信号并且反馈给系统，系统发出控制指令，控制转台电机停止工作，人体转台随即停止转动，从而完成人体扫描过程。

目前市面上常见的人体三维扫描设备主要是通过4个或8个均布的半桥式传感器47上的球形凸点与人体称重平台43下方的表面接触来保证转台平衡的，如果人体称重平台43下方的表面以及半桥式传感器47与固定板45的接触表面平面度加工不到位，就会导致每个半桥式传感器47作用力重心偏移，从而影响半桥式传感器47的测量精度。

为了克服由于重心偏移导致半桥式传感器47测量精度不高的问题，本实例的三维人体扫描设备中的称重模块还用到平衡结构，该平衡结构包括具有半球形结构的轴圈46和设有半球形凹槽的座圈49，轴圈46和座圈49的中心处均设有供柱状件穿过的圆孔，该圆孔的内径大于柱状件的外径，且轴圈46的外球面与座圈49的内球面接触，以实现轴圈46小范围内的倾斜运动。

本实例的平衡结构主要由一个有外球面的轴圈46和一个有内球面的座圈49组成。由于接触表面为球面，可在一定角度范围内作倾斜运动(即调心运动)，所以当人体称重平台43下方的表面以及半桥式传感器47与固定板45的接触表面平面度加工不到位时，仍能保证作用力重心不偏移。

考虑到平衡结构的固定问题，本实例还对半桥式传感器47做了结构上的改变，其中，原有的半桥式传感器47上设置有球形凸点。而本实例的半桥式传感器47，在传感器本体的中心处设有通孔，通孔的作用是供称重导柱407穿过。

本实例的固定板45的上端面设有用于容纳人体称重平台43的空腔，该空腔内设有多个自空腔底壁向固定板45下端面延伸的台阶通孔，人体称重平台43的下表面设有多个与台阶通孔匹配的称重导柱407；

台阶通孔至少包括可容纳平衡结构和半桥式传感器47的第一孔段、供称重导柱407伸入且便于拧入螺母42的第二孔段，该第二孔段的内径小于第一孔段的内径；

半桥式传感器47包括传感器本体，传感器本体的上表面与座圈49的下表面连接，传感器本体的下表面与第一孔段的底面连接；传感器本体的中心处设有供称重导柱407穿过的通孔；本实例的半桥式传感器47选用的是广东华兰海电测科技股份有限公司的CZL928DAD。

平衡结构包括具有半球形结构的轴圈46和设有半球形凹槽的座圈49，轴圈46和座圈49的中心处均设有供柱状件穿过的圆孔，该圆孔的内径大于柱状件的外径，且轴圈46的外球面与座圈49的内球面接触，以实现轴圈46小范围内的倾斜运动，从而提高半桥式传感器47的检测精度。

需指出，本实例的螺母42为自锁螺母，称重导柱407为压铆螺钉，该自锁螺母与压铆螺钉配合，可实现对半桥式传感器47和平衡结构沿通孔轴向的固定。台阶通孔、称重导柱407均为四个，且四个台阶通孔均匀分布在人体称重平台43人体踩踏区的正下方。

本实例的倒装式转台采用的是带通孔的半桥式传感器47，可用紧固件(例如螺母42)将半桥式传感器47与平衡结构、人体称重平台43等进行连接(具体结构见图10)。通过合理控制人体称重平台43上的称重导柱407与半桥式传感器47上通孔的配合间隙以及人体称重平台43与固定板45矩形轮廓的配合间隙，就可以保证人体称重平台43在实际工作中，其矩形轮廓与固定板45对应轮廓处不存在摩擦力，从而更大限度地杜绝除体重之外的作用力对传感器的形变产生影响，也就进一步提高了人体三维扫描设备体测数据的精度。

由于本实例的平衡结构可以自调心，即使固定板45和(或)人体称重平台43与平衡结构的接触表面平面度加工不到位，也可以保证平衡结构的轴圈46(或座圈49)与人体称重平台43(或半桥式传感器47)完全接触，从而使作用力的重心与传感器形变部位校准中心重合，进而保证测量数据的精确。

本实例的倒装式转台平衡原理是：由于轴圈46和座圈49为球面接触，又均与称重导柱407之间存在间隙，因此当人站立在平面度加工不到位的人体称重平台43上后，由于体重的作用，该体侧板会随着与之紧密贴合的轴圈46在一定角度范围内做倾斜运动，直至体重的作用力重心与传感器形变部位校准中心重合为止，即实现自平衡；需指出，轴圈46或座圈49与称重导柱407之间的间隙大小会影响到倒装式转台的自平衡调整角度。

本实例的轴圈46和座圈49为球面接触，因此轴圈46和座圈49可以在一定角度范围内作倾斜运动，从而对人体三维扫描设备的转台可起到自调心作用，当人体站立在转台上后，仍能保证人体作用力的重心不偏移，进而提高人体三维扫描设备的体测精度。本实施例的工作过程如下：

首先，直交轴减速电机404带动设置在其输出轴上输出齿轮产生水平转动，该输出齿轮与内齿圈403啮合，直交轴减速电机404转动通过齿轮传递到内齿圈403，内齿圈403带动环状板402一起相对于底板418转动，环状板402带动固定板45、中间板406以及人体称重平台43一起相对于底板418转动，当位于固定板45面上的挡光片转到底板418设置有光电传感器417的位置时，挡光片挡住光电传感器417的光路，阻断光信号，光电传感器417因而采集到旋转组件的起始位置，并将起始位置信息反馈至控制系统，当旋转组件旋转一周后，挡光片会再次阻断光电传感器417的光路，光电传感器417因而采集到旋转组件的终止位置，并将终止位置信息反馈至控制系统，控制系统根据光电传感器417反馈的信息控制电机停止工作，使旋转组件停止；

另外，当人站在人体称重平台43上面时，由于人体重力产生向下的压力，该压力通过称重导柱407传递到重力传感器上，重力传感器承受到重力因而产生形变，重力传感器测得的形变信息传回至控制系统，控制系统根据半桥式传感器47传回的形变信息，得出人体重量参数；同时电极片41感应人体电阻，并将该电阻信息传回至控制系统，控制系统从而根据人体电阻信息获取人体的体脂参数。

本实施例的拉杆扶手，如图2-图7所示，包括把手31和固定座套32，固定座套32竖直设置，固定座套32的一侧壁上开设有开口321，开口321的长度竖向延伸，开口321的侧缘上设有沿竖向延伸的锯齿部322。固定座套32内设有滑轨，滑轨的固定部36固设在固定座套32的两个相对的较窄内壁上，滑动部33与固定部36滑动连接，滑动部33可在固定座套32内伸缩滑动，结构紧凑。滑轨的滑动部33上设有推拉式电磁铁34，推拉式电磁铁34的推拉杆341上固设有与锯齿部322啮合的咬合件35，咬合件35的一侧部上同样设有锯齿，推拉式电磁铁34位于咬合件35的一侧。把手31固设在滑动部33的顶端，把手31上设有开关按键38，开关按键38与推拉式电磁铁34电连接。推拉式电磁铁34通过操作开关按键38通电后，推拉杆341收缩运动压缩推拉式电磁铁34上的弹簧，同时推拉杆341带动咬合件35运动，进而咬合件35与锯齿部322分离，此时，滑轨的滑动部33可上下伸缩运动，运动到适宜高度后，操作开关按键38推拉式电磁铁34断电，推拉杆341在弹簧的作用下复位，同时推拉杆341带动咬合件35运动，进而咬合件35与锯齿部322啮合，此时，滑轨的滑动部33不可上下伸缩运动，将滑轨的高度固定。使用者在被动运动时可通过把手31进行支撑和支持运动的身体，以保证身体能够平稳的运动避免摔倒，同时根据自身身高对把手31高度进行调节。本实施例通过把手31上的开关按键38操作推拉式电磁铁34的通断电进而进行把手31高度的调节，操作十分便利；本实施例通过在固定座套32内设置滑轨，咬合件35和推拉式电磁铁34设置在滑轨的滑动部33上，结构紧凑，节约空间；同时，通过推拉式电磁铁34的通断电可根据使用者身高快速调节把手31的高度，省时省力且适应性强，使用寿命长；本实施例通过锯齿部322和咬合件35的啮合实现滑轨的高度固定，结构简单且固定可靠性高。

进一步的，推拉式电磁铁34的推拉杆341竖向设置；咬合件35上设有倾斜的导向长圆孔351，滑动部33上设有穿设在导向长圆孔351内的导向柱331，以实现推拉式电磁铁34的推拉杆341运动带动咬合件35运动，由于导向柱331在导向长圆孔351内，导向柱331只能够使咬合件35沿导向长圆孔351的方向发生斜向的运动。推拉杆341竖向设置，推拉杆341在竖直方向上上下运动，推拉杆341带动咬合件35运动时，咬合件35斜向运动，产生水平的分运动，则咬合件35与锯齿部322能够分离或啮合，分离后滑轨能够自由滑动伸缩，啮合后则将滑轨的高度固定。

进一步的，推拉杆341位于咬合件35的上方，导向长圆孔351沿远离锯齿部322的方向斜向上延伸，以实现推拉杆341向上运动时咬合件35向斜上方运动，产生水平分运动使咬合件35远离锯齿部322运动，与锯齿部322分离，分离后滑轨能够自由滑动伸缩，伸缩到合适位置后，推拉式电磁铁34断电，推拉杆341向下运动，咬合件35和锯齿部322啮合。

进一步的，固定座套32外套设有外罩37，外罩37与把手31固定连接，外套将所有机构罩设在内，起到保护和美观的作用。

推拉杆341位于咬合件35的下方，导向长圆孔351沿远离锯齿部322的方向斜向下延伸，以实现推拉杆341向下运动时咬合件35向下方且产生水平分运动，远离锯齿部322运动，与锯齿部322分离，分离后滑轨能够自由滑动伸缩，伸缩到合适位置后，推拉式电磁铁34断电，推拉杆341向上运动，咬合件35和锯齿部322啮合。

本发明的工作过程或工作原理为：用者在被动运动时，手部握住把手31，通过把手31上的开关按键38操作推拉式电磁铁34通电，通电后推拉式电磁铁34的推拉杆341向上收缩运动压缩推拉式电磁铁34上的弹簧，同时推拉杆341带动咬合件35运动，由于导向柱331在导向长圆孔351内，导向柱331只能够使咬合件35沿导向长圆孔351的方向发生斜向的运动，推拉杆341向上运动则咬合件35向斜上方运动，产生的水平分运动使咬合件35远离锯齿部322运动，与锯齿部322分离，分离后滑轨的滑动部33能够自由滑动伸缩，通过把手31拉动或推动滑轨伸缩到合适位置后，通过开关按键38操作推拉式电磁铁34断电，推拉杆341在弹簧的作用下复位，推拉杆341向下运动，咬合件35和锯齿部322啮合，此时，滑轨的滑动部33不可上下伸缩运动，将滑轨的高度固定。

作为优选，本实施例的多摄像头三维人体扫描设备，还包括三维人体扫描系统，该系统包括：

至少三个沿竖向分布的深度摄像头13，深度摄像头13直接固定在立柱上，该深度摄像头13用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；

与深度摄像头13交互式连接的主机，该主机用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；主机放置在第二长方体12的内腔；

供被测人体站立的转台，该转台通过电机驱动；转台旋转一周的过程中深度摄像头13采集深度图像；

转台上设有称重模块，该称重模块用于测量位于转台上被测人体的体重信息，称重模块的输出端与处理器的输入端连接，处理器与主机交互式连接，处理器还向主机发送称重模块反馈的体重信息，主机接收到体重信息后，向深度摄像头13下达拍照指令，处理器设置在第二长方体12的内腔。

需指出，改进后的三维人体扫描系统将多个竖向分布的深度摄像头13直接固定在立柱上，用户站立在转台上后，可以通过以下两种方式启动深度摄像头13：1.按下把手处的启动按钮，启动按钮给处理器启动信号，处理器再把启动信号发送至主机，主机控制多个深度摄像头13拍照，处理器控制转台电机工作，转台转动；2.当用户站立在转台上的瞬间，嵌入转台内的称重模块向处理器发送体重信息，处理器接收体重信息后给主机一个控制信号，主机控制多个深度摄像头13拍照，与此同时，处理器控制转台电机工作，转台转动。即：在实际控制时，可以是：处理器接收称重模块发送的体重信息后，还向电机驱动模块发送控制指令，该电机驱动模块用于控制电机的工作状态；也可以是：与处理器输入端连接一启动按钮，该启动按钮向处理器发送控制指令，处理器接收控制指令后，向主机和电机驱动模块发送控制指令，使得主机向深度摄像头13下达拍照指令，电机驱动模块控制电机处于工作状态；当主机为手持终端时，用户也可以通过手持终端上的测量按钮向三维人体扫描系统下达体重、体脂测量指令以及拍照指令，手持终端接收到指令后，控制深度摄像头13和彩色摄像头工作，同时，手持终端将指令输送至处理器，处理器控制电极片、体重测量模块工作。

下面详细描述本实施例的深度摄像头13：深度摄像头13将先进的深度感知能力带入原型开发。该深度摄像头13集成了：新的英特尔实感视觉处理器D4：处理复杂的深度算法；立体图像传感器：捕获图像并计算图像间的差异；红外信号发射器：照明物体并收集深度数据；RGB传感器：收集颜色数据。

深度摄像头13均搭载新的英特尔实感视觉处理器和模块，以即刻可用的外形规格为原型提供计算机视觉。

本实施例的深度摄像头13优选深度摄像头13D435，英特尔实感的深度摄像头13D435配备全局图像快门和宽视野，能够有效地捕获和串流移动物体的深度数据，从而为移动原型提供高度准确的深度感知。

深度摄像头13D435具有以下优点：

1.功能强大的视觉处理器，该处理器使用28纳米(nm)制程技术并支持达5个MIPI摄像头串行接口2通道，以计算实时深度图像并加速输出，从而生成高达每秒90帧(fps)的深度视频流。这比第一代立体深度摄像头13的30fps要高出60fps。

2.一组高分辨率图像传感器，其在深度数据流中提供高达5倍的像素数。这可产生达1280x720的分辨率，而第一代立体深度摄像头13的分辨率为480x360。

3.专用的颜色图像信号处理器用于图像校正及颜色数据缩放，从而大大提高图像质量。高级立体深度算法和新设计，以实现更准确的深度感知及更远的范围。通过校准，立体深度感知的误差率低至1％。在最适环境中，这些摄像头在室内和室外环境中均可捕获相距达10米的数据。

4.支持新的跨平台开源英特尔实感SDK2.0，包括多种操作系统(Windows10、Linux*或Ubuntu16.04*)、第三方插件和环境及编程语言。

重点需要说明，本实施例的主机还与彩色相机交互式连接，彩色相机可以实时采集被测人体的彩色信息，主机接收、处理彩色信息，并在人体3D模型中体现彩色信息。

本实施例的三维人体扫描系统还具有测量体脂的功能，具体是通过电极片产生微弱的信号测量人体电阻，在处理器中将人体电阻转化成体脂信息。电极片的输出端与处理器的输入端连接，电极片包括设置在转台上的多个脚踩电极片、设置在手柄上的多个手握电极片，手柄的底端与转台固定连接，该手柄供站立在转台上的被测人体抓握。

本实施例的深度摄像头13可以是三个、四个甚至更多，深度摄像头13的数量越多，主机生成的人体3D模型更精准。考虑到生产成本，优选深度摄像头13为三个，三个深度相机头安装在主控立柱的上、中、下三个位置，深度相机头对人体进行垂直扫描；转盘部分通过处理器的控制进行旋转，以达到对人体的360°全扫描。

需指出，本实施例的主机给摄像头下达拍照命令，深度摄像头13拍完1张就自动停止了，不会触发第二次拍照；转台上设有0位置传感器，处理器给电机控制模块下达转台转动指令，转台电机工作，当转台转完一圈后，转台触发到0位置传感器，0位置传感器向处理器发送信息，处理器控制电机停止工作。

下面给出一种三维人体扫描设备的一实际使用过程：

1.准备测量：被测者站在转台上，按下拉杆扶手上的开关按键38，将拉杆扶手拉伸到合适状态，称重模块检测到体重发生变化(从0变化为被测者的体重)，称重模块上送消息到处理器，处理器上送消息到主机，主机通过喇叭向被测者播放注意事项；

2.触发测量：被测者站在转台上，保持静止；手动操作手持终端触发测量按钮(或者手动操作手柄上的启动按钮)，三维人体扫描系统开始测量：主机通过处理器下发开始测量体重、体脂的指令，半桥式传感器、电极片接收到指令之后，触发体重测量，并触发1kHz、5kHz、50kHz、250kHz、500kHz，1000kHz情况下，左上肢、右上肢、躯干、左下肢、右下肢人体电阻的测量；获取到体重以及六种频率下的五段人体阻抗，上传31组数据到主机；同时转台电机开始工作，转台转动，主机同步打开3个深度摄像头13进行数据采集，并同时打开彩色摄像头进行数据采集。深度摄像头13被启动后，实时传输深度图像到主机；主机对每一帧进行识别处理，模型合成，输出最终的被测者3D模型；彩色摄像头连续采集被测者面部以及身体其他部位图像。

0位置传感器位于转台上，0位置传感器可采用光电传感器、光电编码器和金属接近开关等，0位置传感器将转台的当前运动情况和转动角度发送至处理器，处理器接收转台位置信息后经过处理，控制电机驱动模块，电机驱动模块驱动转台电机的工作状态，电机驱动模块的电路图如图9所示，输入信号由Port引入，Port1脚是电机方向信号输入端，Port2脚是PWM信号输入端，Port3脚是接地线，电源为12VDC。

本实施例的处理器采用Atmega2560处理器或者stm32处理器，称重模块使用G形或E形应力片。称重模块设置一个或多个，本实施例中优选为四个或八个，四个称重模块构成正方形，四个称重模块分别设置在四个点位，均分被测用户的重量，提高了重量测量数据的准确度。八个半桥式传感器排布构成八边形，能够从八个方向检测、多方向平衡被测用户的重量。

如被测用户身体状态不适或发生紧急情况，可以触动手柄上的急停开关，转台停止运动，防止发生安全事故。

本实施例通过在立柱上设置三个竖向分布的深度相机，实时采集被测人体的深度图像，具体地，三个深度相机安装在立柱的上、中、下三个位置，进行垂直扫描；转台通过处理器向电机驱动模块发送控制指令，以实现转台的旋转，从而达到对人体的360°全扫描。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种三维人体扫描设备，包括固定立柱、转台(4)、连接板(2)、深度摄像头(13)，所述连接板(2)的一端连接固定立柱，所述连接板(2)的另一端连接转台(4)，所述深度摄像头(13)设置在固定立柱上，其特征在于，所述转台(4)包括:底板(418)、转盘、驱动旋转组件、多个半桥式传感器(47)，所述转盘底端开口、四周封闭，所述转盘的周壁底部具有向内延伸的凸环，该凸环与转盘的顶面平行；所述驱动旋转组件设置在底板(418)与转盘之间；

所述转盘的顶端设有安装孔，该安装孔与转盘的底端开口相通，所述转盘的内腔设有固定板(45)；每个所述半桥式传感器(47)均嵌设在固定板(45)上，所述半桥式传感器(47)的中心处设有通孔；所述安装孔内嵌设有人体称重平台(43)，所述人体称重平台(43)的顶壁设有多个向固定板方向延伸的称重导柱，所述固定板(45)上还设有供称重导柱穿过的贯穿孔，

每个所述半桥式传感器(47)与转盘顶端之间均设有平衡结构，多个所述称重导柱分别穿过平衡结构的中心孔、通孔、贯穿孔后与螺母固定连接，所述螺母置于贯穿孔内，且螺母的外径大于通孔的内径。

2.如权利要求1所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述平衡结构包括具有半球形结构的轴圈(46)和设有半球形凹槽的座圈(49)，所述轴圈(46)和座圈(49)的中心处均设有供称重导柱穿过的圆孔，该圆孔的内径大于柱状件的外径，且所述轴圈(46)的外球面与座圈(49)的内球面接触；所述轴圈(46)的顶面与转盘的顶壁接触，所述座圈(49)的底面与半桥式传感器(47)接触。

3.如权利要求1或2所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述驱动旋转组件包括：设置在凸环周壁上的内齿圈(403)、嵌设在底板(418)上的直交轴减速电机(404)，该直交轴减速电机(404)的输出轴上设有齿轮，所述齿轮与内齿圈(403)啮合。

4.如权利要求1或2所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述转台还包括多个滚动支撑件(401)，多个所述滚动支撑件(401)沿凸环的轴线均匀分布，且滚动支撑件(401)固设在凸环的底面，所述滚动支撑件(401)的滚动件与底板(418)的顶面接触。

5.如权利要求4所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述转台(4)还包括旋转轴承盘(405)，该旋转轴承盘(405)包括：外圈、内圈、嵌设在外圈和内圈之间的滚动体，所述内圈的高度高于外圈的高度，所述内圈的顶面与固定板(45)的底面固定连接，所述外圈固设在底板(418)的中心处上，所述直交轴减速电机(404)位于外圈的任一侧。

6.如权利要求1所述的三维人体扫描设备，其特征在于，还包括拉杆扶手，该拉杆扶手设置在转台(4)的顶面；

所述拉杆扶手包括把手(31)和固定座套(32)，所述固定座套(32)的一侧壁上开设有开口(321)，开口(321)的侧缘上设有沿竖向延伸的锯齿部(322)；

所述固定座套(32)内设有滑轨，滑轨的滑动部(33)上设有推拉式电磁铁(34)，推拉式电磁铁(34)的推拉杆(341)上固设有与所述锯齿部(322)啮合的咬合件(35)，推拉式电磁铁(34)的通断电以实现咬合件(35)与锯齿部(322)的咬合和分离；所述把手(31)固设在所述滑动部(33)的顶端。

7.如权利要求6所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述推拉式电磁铁(34)的推拉杆(341)竖向设置；所述咬合件(35)上设有倾斜的导向长圆孔(351)，所述滑动部(33)上设有穿设在导向长圆孔(351)内的导向柱(331)，以实现推拉式电磁铁(34)的推拉杆(341)运动时导向长圆孔(351)相对导向柱(331)运动，且实现咬合件(35)与锯齿部(322)的咬合和分离。

8.如权利要求7所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述滑轨的固定部(36)固设在所述固定座套(32)的内壁上，滑动部(33)与固定部(36)滑动连接；

所述固定座套(32)外套设有外罩(37)，外罩(37)与把手(31)固定连接。

9.如权利要求1所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述深度摄像头(13)为多个，所述固定立柱由细长状的第一长方体(11)和短粗状的第二长方体(12)拼接而成，所述第一长方体(11)上设有多个呈竖向分布的凹槽，所述摄像头本体固定在凹槽内；每个所述凹槽的底壁上均设有穿线孔，所述线缆贯穿穿线孔；所述第二长方体(12)为空心结构，第二长方体(12)内设有主机。

10.如权利要求9所述的三维人体扫描设备，其特征在于，所述第二长方体(12)内还设有处理器和驱动模块，所述底板(418)上嵌设有光电传感器，所述光电传感器的透射光路径垂直于旋转组件的轴线，所述凸环的底壁上设有一挡光片，该挡光片可周期性地遮挡所述光电传感器的透射光路径；

所述深度摄像头(13)与主机交互式连接，所述主机与处理器交互式连接，所述称重模块的输出端与处理器的输入端连接，所述光电传感器的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端通过驱动模块与直交轴减速电机(404)电连接；

所述称重模块用于测量位于转台(4)上被测人体的体重信息，多个所述深度摄像头(13)用于实时采集被测人体的深度图像，并将该深度图像传输至主机；所述主机用于接收并处理深度图像，以生成人体3D模型；所述驱动模块与直交轴减速电机(404)电连接，所述直交轴减速电机(404)带动转台(4)旋转，所述转台(4)旋转一周的过程中深度摄像头(13)采集深度图像。