CN201234979Y - 一种电磁式人体姿态采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电磁式人体姿态采集系统，其特征在于：该人体姿态采集系统包括固定于人体关节的接收器，所述接收器通过线缆与空间定位装置相连接，所述空间定位装置通过串口与计算机连接。本实用新型的有益效果是，采用关节相对位置解算方式，将磁场空间进行细分，降低局部磁场畸变的影响；初始化阶段采用人体立正姿势对磁场畸变进行解算，获取磁场修正参数；结合磁场修正参数，对磁场畸变进行补偿，提高系统精度；接收器采用尼龙搭扣固定方式，定位准确、牢固。

Description

一种电磁式人体姿态采集系统

技术领域

本实用新型涉及一种电磁式人体姿态采集系统，尤指基于六自由度电磁接收器及多线程数据采集技术的人体姿态实时采集系统。

背景技术

人体姿态采集又称运动捕捉技术，原理上可分为机械式、声学式、电磁式和光学式，其实质就是测量、跟踪、记录物体在三维空间中的运动轨迹。其中，电磁式的采集系统实现原理是通过发射器在空间产生按一定时空规律分布的电磁场，接收器感应磁场实现定位。

电磁式运动捕捉方式由于其实现原理导致对环境要求非常严格，特别是场地附近不能有金属物品，否则会造成电磁场的畸变，影响精度甚至功能。

当前，应用电磁式运动捕捉方式进行人体姿态采集通常都在一个屏蔽的没有金属物品的空旷室内进行，以减少环境对系统的干扰，实现一定的测试精度。但由于固定于人体上的接收器通过线缆与控制器及计算机相连，线缆长度一般不超过10米，计算机等都具有金属外壳，一般都无法保证磁场不受干扰。正是由于磁场畸变的存在，导致电磁式姿态采集系统在人体姿态测量上误差大，精度不高，限制了其应用。

发明内容

为了克服现有电磁式人体姿态采集系统对磁场环境的过度苛刻要求及其对磁场畸变的极度敏感，本实用新型提出了一种基于人体关节相对运动的姿态采集系统。根据人体关节间的相关特性，采用与人体关节相对应的接收器固定方式，用相对角度计算方法对关节间的角度数据进行采集修正，从而实现人体姿态采集。采用特定方式对接收器进行固定；在采集开始时对磁场环境信息进行采集，并保存为磁场修正参数；应用多线程计算机程序的接收器对人体关节姿态数据进行实时采集；结合磁场修正参数，通过人体间关节的相对运动的解算方法，计算人体姿态数据，最终获取人体姿态数据。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电磁式人体姿态采集系统，其特征在于：该人体姿态采集系统包括固定于人体关节的接收器，所述接收器通过线缆与空间定位装置相连接，所述空间定位装置通过串口与计算机连接。

一种优选技术方案，其特征在于：所述接收器采用尼龙搭扣结合缩紧带的固定方式固定于人体关节。

一种优选技术方案，其特征在于：所述固定于人体关节的接收器分别为固定于腰部的接收器，固定于右上臂的接收器，固定于右前臂的接收器，固定于左上臂接收器，固定于左前臂的接收器，固定于右大腿的接收器，固定于右小腿的接收器，固定于左大腿的接收器，固定于左小腿的接收器，以及固定于头关节的接收器。

一种优选技术方案，其特征在于：所述空间定位装置为三台，并且为六自由度空间定位装置Fastrak终端。

一种优选技术方案，其特征在于：所述计算机软件设计中采用多线程设计，对每台六自由度空间定位装置Fastrak终端应用独立的线程进行数据采集。

本实用新型中实现原理是系统将发射器产生的空间磁场，根据人体关节位置按区域划分为各个关节的局部磁场，在初始化阶段对局部进行检测，姿态解算时对各个关节采集数据分别进行补偿，从而消除磁场畸变影响，实现高精度的人体姿态采集。

本实用新型的有益效果是，采用关节相对位置解算方式，将磁场空间进行细分，降低局部磁场畸变的影响；初始化阶段采用人体立正姿势对磁场畸变进行解算，获取磁场修正参数；结合磁场修正参数，对磁场畸变进行补偿，提高系统精度；接收器采用尼龙搭扣固定方式，定位准确、牢固。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，但并不意味着对本实用新型保护范围的限制。

附图说明

图1是本实用新型的接收器安装结构示意图。

图2是本实用新型接收器中固定带结构示意图。

具体实施方式

本实用新型采用电磁式运动捕捉方式对人体多个关节的运动姿态信息进行实时采集，采集设备采用美国POLHEMUS公司生产的六自由度空间定位装置Fastrak，每台具有4个接收器，3台级联可实现对人体12个关节点数据进行采集、解算，获取人体关节数据，本实例中采用10个接收器进行。

如图1所示，是本实用新型的接收器安装结构示意图。在图1中，101到110为电磁姿态采集系统的接收器，用于关节姿态数据的采集。其中101为腰关节姿态数据采集，固定于腰部，102固定于右上臂，103固定于右前臂，104固定于左上臂，105固定于左前臂，106固定于右大腿，107固定于右小腿，108固定于左大腿，109固定于左小腿，110固定于头关节，用于检测头部的转动。101-110十个接收器通过线缆与三台Fastrak终端连接，Fastrak终端通过串口与计算机连接。计算机软件设计中采用多线程设计，对每台Fastrak应用独立的线程进行数据采集。

如图2所示，是本实用新型接收器中固定带结构示意图。其中，201是接收器，采用布片将接收器201缝制在布带上。202为塑料尼龙搭扣，可根据人体关节的大小调节其长短，实现接收器的牢固定位。

接收器采用尼龙搭扣202结合缩紧带的固定方式，根据各个关节的尺寸调整搭扣松紧，实现牢固固定；接收器固定位置选择具有代表性的肩关节(上臂)、肘关节(前臂)、髋关节(大腿)、膝关节(小腿)头关节(头部)、腰关节(胸部)等共安放10个接受区器，其中以腰关节作为整个采集系统的基准，接收器的安装按照统一方式进行。关节间的对应关系规定为：腰关节为系统的基准，即为肩关节、髋关节、头关节的基准；肩关节为肘关节基准；髋关节为膝关节基准。采集开始时，人体保持立正姿势，并应用采集到的第一帧数据对接收器位置数据进行初始化，求解接收器的初始矩阵，对磁场畸变情况进行解算。初始化完成后应用初始矩阵对人体关节采集数据进行修正，计算人体姿态。

Claims (4)

1、一种电磁式人体姿态采集系统，其特征在于：该人体姿态采集系统包括固定于人体关节的接收器，所述接收器通过线缆与空间定位装置相连接，所述空间定位装置通过串口与计算机连接。

2、根据权利要求1所述的电磁式人体姿态采集系统，其特征在于：所述接收器采用尼龙搭扣结合缩紧带的固定方式固定于人体关节。

3、根据权利要求2所述的电磁式人体姿态采集系统，其特征在于：所述固定于人体关节的接收器分别为固定于腰部的接收器，固定于右上臂的接收器，固定于右前臂的接收器，固定于左上臂接收器，固定于左前臂的接收器，固定于右大腿的接收器，固定于右小腿的接收器，固定于左大腿的接收器，固定于左小腿的接收器，以及固定于头关节的接收器。

4、根据权利要求3所述的电磁式人体姿态采集系统，其特征在于：所述空间定位装置为三台，并且为六自由度空间定位装置Fastrak终端。

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