CN206991242U - 一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，属于智能穿戴设备，包括用于用户穿戴的智能关节机构和用于通过智能关节机构实时获取穿戴对象肢体运动数据并传递给外部设备的控制单元，所述控制单元还用于根据从外部设备获取的反馈数据控制智能关节机构的反馈力矩输出。与现有技术相比，该系统按照人体工学设计，精确捕获人体上半身运动，采用控制单元实时获取穿戴对象肢体运动数据传递给外部设备，并将从外部设备获取反馈数据控制各关节的反馈力矩输出，这样在检测穿戴对象运动参数的同时能向穿戴对象反馈力矩，根据不同使用要求，可调节为助力模式，阻力反馈模式或者阻尼模式。

Description

一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统

技术领域

本实用新型涉及智能穿戴技术设备技术领域，特别是一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统。

背景技术

运动捕捉系统是一种用于准确测量运动物体在三维空间运动状况的高技术设备，按原理可分为被动光学式、机械式和电磁式。它通常有一下几个部分组成：传感器、信号捕捉、数据传输和数据处理。近几年来，在促进影视特效和动画制作发展的同时，运动捕捉技术的稳定性、操作效率、应用弹性以及降低系统成本等得到了迅速提高。如今的运动捕捉技术可以迅速记录人体的动作，进行延时分析或多次回放，通过被捕捉的信息，简单的可以生成某一时刻人体的空间位置；复杂的则可以计算出任何面部或躯干肌肉的细微变形，然后很直观的将人体的真实动作匹配到我们所设计的动作角色上去。

现有的穿戴式运动捕捉系统一般包括多个关节、键盘、摇杆和刚性连杆组成，各个活动关节安装角度传感器获得人体各个关节的转动角度，再通过数据处理将各个传感器信息还原为人体的运动信息。但现有穿戴运动捕捉系统仅能从获得人体的运动信息，而不能得到反馈力矩信息，造成动作的真实感不强，另外，由于各传感器的安放位置有特殊要求，导致穿戴过程比较繁琐，使用不方便。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，按照人体工学设计，精确捕获人体上半身运动，可实时获得穿戴对象的各关节运动数据，并实时向穿戴对象的关节反馈力矩方向和大小。

本实用新型采用的技术方案为：

一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，包括用于用户穿戴的智能关节机构和用于通过智能关节机构实时获取穿戴对象肢体运动数据并传递给外部设备的控制单元，所述控制单元还用于根据从外部设备获取反馈数据控制智能关节机构的反馈力矩输出；所述智能关节机构包括分别与控制单元左右两侧活动连接的左穿戴组件和右穿戴组件；所述左穿戴组件包括由左手控制的键盘、与键盘连接的左前臂、与左前臂连接的智能左肘关节、与智能左肘关节连接的左后臂、与左后臂连接的第一左肩关节、与第一左肩关节连接的左悬臂、与左悬臂连接的第二左肩关节、与第二左肩关节连接的左挂臂、与左挂臂连接的第三左肩关节以及用于连接第三左肩关节和控制单元的左连接臂；所述右穿戴组件包括由右手控制的摇杆、与摇杆连接的右前臂、与右前臂连接的智能右肘关节、与智能右肘关节连接的右后臂、与右后臂连接的第一右肩关节、与第一右肩关节连接的右悬臂、与右悬臂连接的第二右肩关节、与第二右肩关节连接的右挂臂、与右挂臂连接的第三右肩关节以及用于连接第三右肩关节和控制单元的右连接臂。

优选地，所述左连接臂上还用于安装在人体左肩上的左上肩带以及与左上肩带扣接的左下肩带。

优选地，所述右连接臂上还用于安装在人体右肩上的右上肩带以及与右上肩带扣接的右下肩带。

优选地，所述控制单元的左右连接分别活动连接有左铰链和右铰链，左铰链与左连接臂铰接，右铰链与右连接臂铰接。

优选地，各关节由智能传感器、关节结构件、外壳以及连接件组成。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，按照人体工学设计，精确捕获人体上半身运动，采用控制单元实时获取穿戴对象肢体运动数据传递给外部设备，并将从外部设备获取反馈数据控制各关节的反馈力矩输出，这样在检测穿戴对象运动参数的同时能向穿戴对象反馈力矩，根据不同使用要求，可调节为助力模式，阻力反馈模式或者阻尼模式。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统的示意图；

图2为本实用新型提供的一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统的左侧示意图；

图3为本实用新型提供的一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统的右侧示意图。

具体实施方式

根据附图对本实用新型提供的优选实施方式做具体说明。

图1至图3，为本实用新型提供的一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统的优选实施方式。如图1至图3所示，该机械式可穿戴运动捕捉系统包括用于用户穿戴的智能关节机构10和用于通过智能关节机构10实时获取穿戴对象肢体运动数据并传递给外部设备的控制单元20，所述控制单元20还用户根据从外部设备获取的反馈数据控制智能关节机构10的反馈力矩输出，该力矩可为助力或阻力，这样在检测穿戴对象运动参数的同时能向穿戴对象反馈力矩，根据不同使用要求，可调节为助力模式，阻力反馈模式或者阻尼模式。所述控制单元20还连接有电源，为控制单元20以及智能关节机构10供电。

所述智能关节结构10依据人体上半身关节结构分布，所述智能关节机构10包括分别与控制单元20左右两侧活动连接的左穿戴组件11和右穿戴组件12，所述左右穿戴组件11、12是按照穿戴时左右方向进行划分的。

如图1和图3所示，所述左穿戴组件11包括由左手控制的键盘111、与键盘111连接的左前臂1101、与左前臂1101连接的智能左肘关节112、与智能左肘关节112连接的左后臂1102、与左后臂1102连接的第一左肩关节113、与第一左肩关节113连接的左悬臂1103、与左悬臂1103连接的第二左肩关节114、与第二左肩关节114连接的左挂臂1104、与左挂臂1104连接的第三左肩关节115以及用于连接第三左肩关节115和控制单元20的左连接臂1105。

在所述左穿戴组件11中，键盘111与左前臂1101固接，键盘111可绕智能左肘关节112自由转动；智能左肘关节112与第一左肩关节113通过左后臂1102活动连接，左后臂1102可围绕第一左肩关节113自由转动；第二左肩关节114与第一左肩关节113通过左悬臂1103活动连接，左悬臂1103可围绕第二左肩关节114自由转动；第三左肩关节115与第二左肩关节114通过左挂臂1104活动连接，左挂臂1104可围绕第三左肩关节115自由转动；左连接臂1105与控制单元20左侧活动连接，左连接臂1105与控制单元20发生相对转动。

所述左连接臂1105上还用于安装在人体左肩上的左上肩带116以及与左上肩带116扣接的左下肩带117。

如图1和图2所示，所述右穿戴组件12包括由右手控制的摇杆121、与摇杆121连接的右前臂1201、与右前臂1201连接的智能右肘关节122、与智能右肘关节122连接的右后臂1202、与右后臂1202连接的第一右肩关节123、与第一右肩关节123连接的右悬臂1203、与右悬臂1203连接的第二右肩关节124、与第二右肩关节124连接的右挂臂1204、与右挂臂1204连接的第三右肩关节125以及用于连接第三右肩关节125和控制单元20的右连接臂1205。该摇杆121为三自由度模拟摇杆。

在所述右穿戴组件12中，摇杆121与右前臂1201固接，摇杆121可绕智能右肘关节122自由转动；智能右肘关节122与第一右肩关节123通过右后臂1202活动连接，右后臂1202可围绕第一右肩关节123自由转动；第二右肩关节124与第一右肩关节123通过右悬臂1203活动连接，右悬臂1203可围绕第二右肩关节124自由转动；第三右肩关节125与第二右肩关节124通过右挂臂1204活动连接，右挂臂1204可围绕第三右肩关节125自由转动；右连接臂1205与控制单元20右侧活动连接，右连接臂1205与控制单元20发生相对转动。

所述右连接臂1205上还用于安装在人体右肩上的右上肩带126以及与右上肩带126扣接的右下肩带127。

所述控制单元20的左右连接分别活动连接有左铰链21和右铰链22，左铰链21与左连接臂1105铰接，左连接臂1105与左铰链12可发生相对转动，右铰链22与右连接臂1205铰接，右连接臂1205与右铰链22可发生相对转动。左右铰链21、22的转动轴为Y轴方向。

在所述左穿戴组件11和所述右穿戴组件12中，第三左肩关节115与第三右肩关节125的转动轴垂直于XY轴平面，第二左肩关节114与第二右肩关节124的转动轴沿Y轴方向，第一左肩关节113、智能左肘关节112、第一右肩关节123以及智能右肘关节122的转动轴沿X轴方向；各关节由智能传感器、关节结构件、外壳以及连接件组成，集角度检测功能以及力矩输出功能为一体；各关节可绕各自中心轴自由转动，最大旋转角度为360度。

值得注意的是，左上肩带116和右上肩带126为刚性肩带，左下肩带117与右下肩带127为柔性肩带，这样便于肩带之间的扣接；同时左右穿戴组件11、12中的各臂都为刚性连杆，其支撑作用。

整个机械式可穿戴运动捕捉系统的穿戴使用过程为：1）穿戴：整个系统处于穿戴对象的背部，左上肩带116与右上肩带126分别搭在穿戴对象的肩上，左下肩带117与右下肩带127分别穿过穿戴对象腋下与左上肩带116与右上肩带126扣接，防止整个系统脱落，同时左右手分别握住键盘111和摇杆121的把手部位；2）使用：打开系统的电源开关，系统初始化后，控制单元20实时采集各个关节内部的传感器的角度数据，以及摇杆121和键盘111的操作数据，通过控制单元20内部的集成算法处理后得到穿戴对象的肢体运动数据，再通过无线传输和有线传输实时与外部设备交流；同时控制单元20实时将从外部设备获取到的数据通过控制各个关节的力矩输出机制，以力矩的形式反馈给穿戴对象。

综上所述，本实用新型的技术方案可以充分有效的实现上述实用新型目的，且本实用新型的结构及功能原理都已经在实施例中得到充分的验证，能达到预期的功效及目的，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对实用新型的实施例做出多种变更或修改。因此，本实用新型包括一切在专利申请范围中所提到范围内的所有替换内容，任何在本实用新型申请专利范围内所作的等效变化，皆属本案申请的专利范围之内。

Claims (4)

1.一种具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，包括用于用户穿戴的智能关节机构和用于通过智能关节机构实时获取穿戴对象肢体运动数据并传递给外部设备的控制单元，其特征在于，所述控制单元还用于根据从外部设备获取的反馈数据控制智能关节机构的反馈力矩输出；所述智能关节机构包括分别与控制单元左右两侧活动连接的左穿戴组件和右穿戴组件；所述左穿戴组件包括由左手控制的键盘、与键盘连接的左前臂、与左前臂连接的智能左肘关节、与智能左肘关节连接的左后臂、与左后臂连接的第一左肩关节、与第一左肩关节连接的左悬臂、与左悬臂连接的第二左肩关节、与第二左肩关节连接的左挂臂、与左挂臂连接的第三左肩关节以及用于连接第三左肩关节和控制单元的左连接臂；所述右穿戴组件包括由右手控制的摇杆、与摇杆连接的右前臂、与右前臂连接的智能右肘关节、与智能右肘关节连接的右后臂、与右后臂连接的第一右肩关节、与第一右肩关节连接的右悬臂、与右悬臂连接的第二右肩关节、与第二右肩关节连接的右挂臂、与右挂臂连接的第三右肩关节以及用于连接第三右肩关节和控制单元的右连接臂；各关节由智能传感器、关节结构件、外壳以及连接件组成。

2.根据权利要求1所述的具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，其特征在于：所述左连接臂上还用于安装在人体左肩上的左上肩带以及与左上肩带扣接的左下肩带。

3.根据权利要求1所述的具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，其特征在于：所述右连接臂上还用于安装在人体右肩上的右上肩带以及与右上肩带扣接的右下肩带。

4.根据权利要求1所述的具有力反馈的机械式可穿戴运动捕捉系统，其特征在于：所述控制单元的左右连接分别活动连接有左铰链和右铰链，左铰链与左连接臂铰接，右铰链与右连接臂铰接。