CN213276584U - 一种三维动作捕捉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三维动作捕捉系统，包括上位机、主模块、从模块，其特征在于：所述上位机与主模块之间采用线路通信，所述主模块与从模块之间采用433MHz无线通信，所述主模块为数据汇集单元，接收、处理从模块传输的数据，所述从模块为数据采集单元，采集人体关键部位动态过程的姿态数据，所述上位机为电脑，处理、存储、解算、还原人体动作并展示。本实用新型设计了一种通过采用433MHz无线通信实现的人体动作捕捉系统，增加了传输的稳定性和传输距离。

Description

一种三维动作捕捉系统

技术领域

本实用新型涉及动作捕捉技术领域，尤其涉及一种三维动作捕捉系统。

背景技术

为了实现人与机器之间较为自然的界面，必须综合地解析包括人的手势、姿态的操作者的各种行动等信息来检测并识别人的存在、意图等。为此，一直在探讨与人的运动、行动模式的解析有关的各种技术。作为运动解析技术，可大致区分为使用特殊的标识等获取运动信息的技术和基于无标识图像解析的技术。

市面上的动作捕捉产品多采用2.4G无线通信技术，系统数据传输的稳定性、传输距离较差，不能保证所有采集到的数据都传输到上位机，需要复杂的算法弥补此缺点。且现有的动作捕捉产品中微处理器模块、射频识别模块仅设置有一个，一个微处理器模块控制所有的从模块工作量较大，运行效率较低，独立性较差，一个射频识别模块数据传输稳定性欠佳，通信压力较大。

实用新型内容

鉴于背景技术存在的不足，本实用新型涉及一种三维动作捕捉系统，根据上述问题，设计了一种通过采用433MHz无线通信实现的动作捕捉系统，其传输的稳定性、传输距离长，采用三个微处理器模块和两个射频识别模块，有效解决上述问题。

本实用新型涉及一种三维动作捕捉系统，包括上位机、主模块、从模块，其特征在于：所述上位机与主模块之间采用线路通信，所述主模块与从模块之间采用433MHz无线通信，所述主模块为数据汇集单元，接收、处理从模块传输的数据，所述从模块为数据采集单元，采集人体关键部位动态过程的姿态数据，所述上位机为电脑，处理、存储、解算、还原人体动作并展示。

通过采用上述方案，所述主、从模块的通信上，选用433MHz无线通讯方式，增加了传输的稳定性和传输距离。

进一步的，所述上位机与主模块之间的线路通信采用USB接口实现。

通过采用上述方案，所述USB接口的连接方式稳定、便捷。

进一步的，所述主模块包括主模块电池模块以及与主模块电池模块电性相连的主模块第一射频模块、主模块第二射频模块、主模块功能扩展模块、主模块第一微处理器、主模块第二微处理器、主模块第三微处理器，所述主模块第一微处理器、主模块第二微处理器、主模块第三微处理器通过串口电性连接，所述主模块第一微处理器与主模块第一射频模块、主模块第二射频模块、主模块功能扩展模块通过串口电性相连，所述主模块第二微处理器电性相连有主模块显示器模块、主模块提示模块，所述主模块第三微处理器电性相连有主模块按键模块、主模块指示器模块。

通过采用上述方案，所述主模块采用两个射频模块，分别接收汇总不同从模块的信息。相对于只有一个射频模块而言，通信压力较小，数据传输的稳定性更高。

进一步的，所述主模块第二微处理器与主模块显示器模块之间采用LTDC连接，所述第二微处理器与主模块提示模块之间采用GPIO连接，所述主模块第三微处理器与主模块按键模块、主模块指示器模块之间采用GPIO连接。

通过采用上述方案，增强了数据传输的稳定性，提高了各模块之间的通信协调性。

进一步的，所述从模块包括从模块电池模块以及与从模块电池模块电性相连的从模块传感器模块、从模块微处理器模块，所述从模块传感器模块与从模块微处理器模块之间电性相连，所述从模块微处理器模块还电性相连有从模块按键模块、从模块指示灯模块、从模块射频模块。

通过采用上述方案，可以对人体关键部位进行动作捕捉，捕捉信号传输稳定。

进一步的，所述从模块传感器模块与从模块微处理器模块通过SPI连接，所述从模块微处理器模块与从模块按键模块、从模块指示灯模块之间采用GPIO相连，所述从模块微处理器模块与从模块射频模块通过总线相连。

通过采用上述方案，增强了数据传输的稳定性，提高了各模块之间的通信协调性。

进一步的，所述从模块的数量为17个。

通过采用上述方案，每个从模块有各自的编号。17个从模块分别放置在人体的不同部位，采集人体关键部位动态过程中的姿态数据。

进一步的，所述主模块第一射频模块控制8个从模块的处理及传输，所述主模块第二射频模块控制9个从模块的处理及传输。

通过采用上述方案，采用两个射频模块，分别接收汇总不同从模块的信息，通信压力较小，数据传输的稳定性更高。

进一步的，所述从模块传感器模块采用九轴惯性传感器。

通过采用上述方案，所述九轴惯性传感器内部集成了1个三轴陀螺仪、1个三轴加速度计和1个三轴磁力计，对三种传感器的输出数据进行融合，从而采集高精度、低偏移的人体部位节点姿态数据，并通过高速SPI总线将姿态数据传输给微处理器模块，传输稳定。

进一步的，所述主模块显示屏模块可显示主从模块电量信息、从模块校准状态信息。

通过采用上述方案，显示屏模块向用户显示系统的使用方法、其他子模块的状态信息，直观明了。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型实施例的系统整体电路结构示意图。

图2是本实用新型实施例的主模块电路结构示意图。

图3是本实用新型实施例的从模块电路结构示意图。

附图标记，1、上位机；2、主模块；21、主模块电池模块；22、主模块第一射频模块；23、主模块第二射频模块；24、主模块功能扩展模块；25、主模块第一微处理器；26、主模块第二微处理器；261、主模块提示模块；27、主模块第三微处理器；271、主模块按键模块；272、主模块指示器模块；28、主模块显示器模块；3、从模块；31、从模块传感器模块；32、从模块微处理器模块；321、从模块按键模块；322、从模块指示灯模块；323、从模块射频模块；33、从模块电池模块。

具体实施方式

以下将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本实用新型的一部分实例，并不是全部的实例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

为了便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本实用新型实施例的限定。

本实用新型的实施例1参照图1、图2、图3所示，本人体三维捕捉系统由三部分组成，分别是上位机1、主模块2、从模块3三部分，所述从模块3是数据采集单元，共有17个，每个从模块3有各自的编号。17个从模块分别放置在人体的不同部位，采集人体关键部位动态过程中的姿态数据。主模块2为数据汇集单元，用于接收、处理从模块传输的数据，并将处理完的数据传输给上位机。上位机1为电脑，用于处理、存储、解算、还原人体的动作，并展示。主模块2与从模块3之间采用433MHz无线通信，主模块与上位机采用USB接口进行线路通信。

所述主模块2主要包括主模块电池模块21以及与主模块电池模块21电性相连的主模块第一射频模块22、主模块第二射频模块23、主模块功能扩展模块24、主模块第一微处理器25、主模块第二微处理器26、主模块第三微处理器27，所述主模块第一微处理器26、主模块第二微处理器27、主模块第三微处理器28之间通过串口电性连接，各司其职，分工明确，增加了各模块之间的相互独立性，也增加了系统的运行效率。所述主模块第一微处理器25与主模块第一射频模块22、主模块第二射频模块23、主模块功能扩展模块24通过串口电性相连，两个射频模块，分别接收汇总不同从模块的信息，分散通信压力，增强数据传输稳定性。所述主模块第二微处理器26与主模块显示器模块28之间采用LTDC连接，所述第二微处理器26与主模块提示模块261之间采用GPIO连接。所述主模块第三微处理器27与主模块按键模块271、主模块指示器模块272之间采用GPIO连接。

所述主模块第一微处理器25用于接收两个射频模块通过串口协议发送来的从模块数据，并将从模块状态信息发送给主模块第二微处理器26。所述主模块第二微处理器26接收主模块第一微处理器25发送的汇总射频模块、功能拓展模块的状态信息，接收主模块第三微处理器27的按键、指示灯的状态信息，并将信息汇总处理后显示在主模块显示器模块28和主模块指示器模块272中。所述主模块第三微处理器27用于接收主模块按键模块271和主模块指示器模块的状态。所述主模块第一射频模块22对接8个从模块，所述主模块第二射频模块23对接9个从模块，每个射频模块负责接收所有对应从模块发送的数据，并将处理器下发的指令传输给对应的从模块，减少主模块数据接收压力。

所述主模块显示器模块28用于向用户显示系统的使用方法、其他子模块的状态信息，如主从模块电量、从模块校准状态等。所述主模块按键模块271采用机械式接触按键，实现主模块的开关机。所述主模块指示器模块272发出不同的亮灭效果，用来指示主模块系统的工作状态。所述主模块功能扩展模块24采用功能板卡的方式，便于后续系统功能的扩充。

所述从模块3包括从模块电池模块33以及与从模块电池模块33电性相连的从模块传感器模块31、从模块微处理器模块32，所述从模块传感器模块31与从模块微处理器模块32之间电性相连，所述从模块传感器模块31与从模块微处理器模块32通过SPI连接，所述从模块微处理器模块32与从模块按键模块321、从模块指示灯模块322之间采用GPIO相连，所述从模块微处理器模块32与从模块射频模块323通过总线相连。

所述从模块传感器模块31采用九轴惯性传感器，它内部集成了1个三轴陀螺仪、1个三轴加速度计和1个三轴磁力计，对三种传感器的输出数据进行融合，从而采集高精度、低偏移的人体部位节点姿态数据，并通过高速SPI总线将姿态数据传输给从模块微处理器模块32。所述从模块微处理器模块32可实时接收从模块传感器模块31的姿态数据，根据姿态数据解算得到代表人体部位姿态的四元数，将数据通过总线发送给从模块射频模块323。所述从模块微处理器模块32还可以获取从模块按键模块321中按键的状态及从模块指示灯模块322中的LED灯亮与灭，判断出按键是否被按下，从而执行相应的功能响应与控制。所述从模块射频模块323是一种无线通信单元。接收从模块微处理器模块32传送的四元数，按照数据传输协议，通过433MHz的射频信号将数据发送给主模块2。所述433MHz无线通讯方式，增加了传输的稳定性和传输距离。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种三维动作捕捉系统，包括上位机、主模块、从模块，其特征在于：所述上位机与主模块之间采用线路通信，所述主模块与从模块之间采用433MHz无线通信，所述主模块为数据汇集单元，接收、处理从模块传输的数据，所述从模块为数据采集单元，采集人体关键部位动态过程的姿态数据，所述上位机为电脑，处理、存储、解算、还原人体动作并展示。

2.根据权利要求1所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述上位机与主模块之间的线路通信采用USB接口实现。

3.根据权利要求2所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述主模块包括主模块电池模块以及与主模块电池模块电性相连的主模块第一射频模块、主模块第二射频模块、主模块功能扩展模块、主模块第一微处理器、主模块第二微处理器、主模块第三微处理器，所述主模块第一微处理器、主模块第二微处理器、主模块第三微处理器通过串口电性连接，所述主模块第一微处理器与主模块第一射频模块、主模块第二射频模块、主模块功能扩展模块通过串口电性相连，所述主模块第二微处理器电性相连有主模块显示器模块、主模块提示模块，所述主模块第三微处理器电性相连有主模块按键模块、主模块指示器模块。

4.根据权利要求3所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述主模块第二微处理器与主模块显示器模块之间采用LTDC连接，所述第二微处理器与主模块提示模块之间采用GPIO连接，所述主模块第三微处理器与主模块按键模块、主模块指示器模块之间采用GPIO连接。

5.根据权利要求4所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述从模块包括从模块电池模块以及与从模块电池模块电性相连的从模块传感器模块、从模块微处理器模块，所述从模块传感器模块与从模块微处理器模块之间电性相连，所述从模块微处理器模块还电性相连有从模块按键模块、从模块指示灯模块、从模块射频模块。

6.根据权利要求5所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述从模块传感器模块与从模块微处理器模块通过SPI连接，所述从模块微处理器模块与从模块按键模块、从模块指示灯模块之间采用GPIO相连，所述从模块微处理器模块与从模块射频模块通过总线相连。

7.根据权利要求6所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述从模块的数量为17个。

8.根据权利要求7所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述主模块第一射频模块控制8个从模块的处理及传输，所述主模块第二射频模块控制9个从模块的处理及传输。

9.根据权利要求8所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述从模块传感器模块采用九轴惯性传感器。

10.根据权利要求9所述的一种三维动作捕捉系统，其特征在于：所述主模块显示屏模块可显示主从模块电量信息、从模块校准状态信息。

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