KR20010106838A - wireless motion capture device for human body motion limit recognization by two axises-two sensors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하나의 원점을 중심으로 하여 다각도로 운동하는 인체 관절의 동작 각도를 측정하기 위한 장치로써, 본 발명을 인간이 착용하여 인체 운동 전체를 3차원 정보로 추출하고 추출된 정보를 컴퓨터 속의 3차원 데이터 값을 가지고 있는 그래픽에 입력시켜서 동작을 행한 입력자의 동작과 같은 움직임을 보이도록 하기 위한 것이다.The present invention is a device for measuring the operating angle of a human joint that moves in multiple angles around one origin, the human body is worn by the present invention to extract the entire human body movement as three-dimensional information and the extracted information in the computer 3 In order to display the same motion as that of the input user who performed the motion by inputting to the graphic having the dimensional data value.
또한, 종래의 입력된 3차원 정보에 따라 제3자가 동작을 따라 했을 때 동일한 관절 각도를 이루고 있는지를 측정하기 위한 것이다. 본 발명은 인체 동작 각도를 측정하는데 2축 2중 광센서를 이용하고, 각 관절을 중심으로 원점(x,y)를 정하여, 초기 기준점으로부터 변화된 관절 각도의 변화에 따라 각 관절의 위치를 3차원 정보로 입력하며, 본 정보를 송수신부를 통해 교환함으로써, 다자간 위치 정보 교환이 가능하다.In addition, according to the conventional input three-dimensional information for measuring whether the third person achieves the same joint angle when following the operation. The present invention uses a two-axis dual optical sensor to measure the operating angle of the human body, determine the origin (x, y) around each joint, three-dimensional position of each joint in accordance with the change in the joint angle changed from the initial reference point By inputting the information and exchanging this information through the transceiver, multi-party location information exchange is possible.
Description
본 발명은 3차원 정보를 입력하고 입력된 정보를 제3자가 확인할 수 있게 함으로써, 초기 정보 입력자가 의도했던 동작을 제3자가 본 발명을 이용하여 동작원리를 정확하게 인지할 수 있도록 하기 위한 2축 2센서 방식에 의한 인체 동작 범위 인지용 무선 모션캡처장치이다.According to the present invention, by inputting three-dimensional information and allowing a third party to verify the input information, a two-axis two for allowing a third party to accurately recognize the operation principle by using the present invention is intended by the initial information inputter. Wireless motion capture device for detecting the human body operating range by the sensor method.
일반적으로 인체 운동을 3차원으로 컴퓨터 정보로 입력하기 위해서는 광학적(optical) 방법, 자기장(magnetic) 방법, 그리고 기계적(mechanical)방식이 있는데, 이들은 모두 준비된 컴퓨터 프로그램과 연동하여 3차원 정보를 생성하고 입력하기 위한 장치이다.In general, there are optical, magnetic, and mechanical methods for inputting human body motion into computer information in three dimensions. They all generate and input three-dimensional information in conjunction with prepared computer programs. It is an apparatus for doing this.
광학적 방식은 인체에 부착한 반사 센서에서 반사되는 빛을 일반 카메라가 아닌 다수의 광학성 카메라로 인지하고, 인자한 시점들을 결합하여 3차원 정보를 형성항다. 자기장 방법은 자기장을 생성하는 장치 또는 방 안에서 자기장의 변이에 따라 3차원 정보를 수집하여 컴류터에 입력하는 방법이다.In the optical method, light reflected from a reflection sensor attached to a human body is recognized by a plurality of optical cameras, not a general camera, and combines the printed viewpoints to form three-dimensional information. The magnetic field method is a method of collecting and inputting three-dimensional information in accordance with the variation of the magnetic field in the device or room generating the magnetic field.
다시 말하면, 자기장 방법은 인체에 부착한 자성체를 자기장 범위 내에서 인지하여 각 자성체 센서의 위치값을 3차원 정보로 입력하는 방법이다.In other words, the magnetic field method is a method of recognizing the magnetic body attached to the human body within the magnetic field range and inputting the position value of each magnetic sensor as three-dimensional information.
기계적 방식은 인체 동작의 변화된 관절 각도를 측정하고, 그 정보를 3차원 정보로 입력하는 방식이다.The mechanical method is a method of measuring the changed joint angle of the human body motion and inputting the information as three-dimensional information.
위 세 가지 방법을 이용하여 3차원 정보를 입력하기 위해서는 인체에 부착할 센서의 수가 최소 42개가 부착되어야 한다. 또한 센서의 부착을 위해 1시간 가량준비시간이 필요하며, 체형의 크고 작음에 따라 입력 정보가 상이하여 입력자와 제3자 사이의 관절 운동 각도에 따른 정확한 동작의 이해가 어렵다.In order to input three-dimensional information using the above three methods, at least 42 sensors must be attached to the human body. In addition, it takes about one hour to prepare the sensor for attachment, and the input information is different according to the size of the body, which is difficult to understand the exact motion according to the joint motion angle between the input and the third party.
따라서, 기존의 방법으로 입력된 운동 정보를 확인하는 방법으로는 출력된 정보의 컴퓨터 그래픽에 의한 육안 확인 방법이 우선되고 있고, 기존의 방법은 3차원 정보의 위치값을 입력하기 위한 방법으로만 사용되고 있다.Therefore, as a method of confirming the exercise information input by the conventional method, the visual confirmation method by the computer graphic of the output information is preferred, and the existing method is used only as a method for inputting the position value of the 3D information. have.
상기 입력 방법 중, 본 발명이 추구하는 방식은 세 가지 방식 중 기계식 방식에 속한다고 할 수 있으나, 지금까지의 기계식 방식은 각 관절마다 최소 2-3개의 센서를 필요로 하고, 같은 관절에서도 센서의 역할에 따라 하나는 상하로, 다른 하나는 좌우로, 마지막으로는 비틀림되는 것을 감지하는데 사용되고 있다. 그렇기 때문에 같은 관절에서도 서로 다른 위치에 장착하여 사용하고 있다. 따라서, 두개 또는 3개의 센서의 위치가 달라서, 동작하는 원점이 다르고 위치 차이가 있으므로, 발생되는 오차 범위를 수정하여 사용하였다. 또한 관절의 비틀림을 측정하기 위해서 관절 사이의 비틀림 측정을 담당한 센서 사이를 축으로 길게 연결하여 사용하고 있다.Among the input methods, the method of the present invention can be said to belong to the mechanical method of the three methods, until now mechanical methods require at least 2-3 sensors for each joint, even in the same joint Depending on the role, it is used to detect one twisting up and down, the other left and right, and finally twisting. Therefore, the same joints are used in different positions. Therefore, since the position of the two or three sensors are different, the operating origin is different and there is a difference in position, it was used to correct the error range generated. In addition, in order to measure the twist of the joint, the sensor which is responsible for the measurement of the twist between the joints is used for a long axis.
기계식 방식에서는 위에 설명한 각기의 내용과 각 관절마다, 축으로 연결하여 비틀림을 측정하고 있기 때문에, 장치의 불필요한 무게가 증가하고, 혼자서는 착용이 불가능하고, 센서들을 연결하는 축들이 신체와 상당한 거리를 두고 부착이 되기 때문에, 작업 도중 부상의 위험이 높다.In the mechanical method, since each of the above-described contents and each joint are connected to each other by an axis, the torsion is measured. Therefore, the unnecessary weight of the device increases, it cannot be worn by itself, and the axes connecting the sensors have a considerable distance from the body. Because it is attached, the risk of injury during work is high.
본 발명은, 인체 관절의 다각도 및 다위치 변형에 따른 오차를 수정없이 사용하도록 하기 위해 각 관절에 부착하는 센서의 원점을 하나로 하는 2축(universal joint)로 하고, 각 축의 한쪽에 센서를 부착하여 두 축의 움직이는 각도를 하나의 원점에서 측정이 되도록 하는데 첫번째 목적이 있다.The present invention, in order to use the error due to the multi-angle and the multi-position deformation of the human joint without correction to make a two-axis (universal joint) having one of the origin of the sensor attached to each joint, by attaching the sensor to one side of each axis The first purpose is to measure the movement angle of two axes at one origin.
두번째로는 지금까지 기계식 방식의 입력장치에서 사용되어 온 센서들은 인체 관절의 뒤틀림 정도를 측정하기 위해 관절과 관절 사이를 이어주는 축을 필요로 했으나, 이음 축 없이 각 관절의 독립적인 각도 변화 측정을 2축에서 추출하여 연산함으로써 하위 관절의 위치와 비틀림 정도를 파악할 수 있도로 하여, 부상의 위험을 막고, 사용자 스스로 착용이 가능하도록 하는데 목적이 있다.Secondly, sensors that have been used in mechanical input devices up to now need an axis connecting the joints to measure the degree of distortion of the human joint. By extracting from and calculating the position of the lower joint and the degree of torsion, it is possible to prevent the risk of injury, and to allow the user to wear themselves.
도1은 본 발명 장치를 보이는 블록도1 is a block diagram showing a device of the present invention;
도2은 인체상의 센서 부착 위치도Figure 2 is a position attached to the sensor on the human body
도3은 센서 부착시 조감도Figure 3 is a bird's eye view of the sensor attached
도4는 본 발명 장치를 이용한 입력 블럭도4 is an input block diagram using the apparatus of the present invention;
도5는 본 발명 장치를 이용한 종래 정보와 새 정보 비교 블록도5 is a block diagram of comparing conventional information with new information using the present invention device.
도6은 골반 고나절로부터 손목 위치 측정을 위한 오차 예시도Figure 6 is an illustration of the error for measuring wrist position from the pelvic hip
도7은 두개의 축과 두개의 센서가 하나의 세트를 구성하는 기구 블록도7 is a mechanical block diagram of two axes and two sensors making up a set;
도8은 도7의 사시도8 is a perspective view of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
a,a' ; 실린더 b,b' ; 피스톤a, a '; Cylinder b, b '; piston
c,c' ; 센서 d ; 광센서c, c '; Sensor d; Light sensor
1 ; 본체 2 ; 고정부One ; Main body 2; Fixture
3 ; 회전아암 5 ; 2축 2센서 감지장치3; Rotary arm 5; 2-axis 2-sensor detection device
본 발명의 구성은 2축 2센서를 한세트로 하는 17세트의 센서와 각 세트에서 추출한 각도 변화를 송신하기 위한 무선 송신부, 컴퓨터에 여녁ㄹ하여 컴퓨터로 데이터를 입력시키기 위한 수신부로 이루어지며, 본 장치를 이용한 데이터 처리를 위한 프로그램과 일반 컴퓨터로 이루어진다.The configuration of the present invention is composed of 17 sets of two-axis two sensors as a set, a wireless transmitter for transmitting the angular change extracted from each set, and a receiver for inputting data into the computer in the evening. It consists of a program and a general computer for data processing.
발명에서 2축 2센서의 구성은 도7 및 도8과 같은바, 그 구성을 설명하면 다음과 같다.In the present invention, the configuration of the two-axis two-sensor is as shown in Figures 7 and 8, the configuration is as follows.
2축 2센서 감지장치(5)는, 본체(1)의 x,y축을 90°로 형성하고 하단부에는 고정부(2)가 형성되며, x축의 양단에는 y축 회전아암(3)이 실린더(a)(a')의 피스톤(b)(b')에 의해 회전가능토록 형성되고, y축의 양단에는 y축 회전아암(3)이 실린더(a)(a')의 피스톤(b)(b')에 의해 회전 가능토록 형성되고, 회전아암(3)의 일측에는 광센서(d)가 설치된다.Two-axis two-sensor detection device 5, the x, y axis of the main body 1 is formed by 90 °, the lower end is formed with a fixed portion (2), the y-axis rotary arm (3) at both ends of the x-axis cylinder ( a) (a ') is formed so as to be rotatable by the piston (b) (b'), and the y-axis rotary arm (3) at both ends of the y-axis piston (b) (b) of the cylinder (a) (a ') ') Is formed to be rotatable, and an optical sensor (d) is provided on one side of the rotating arm (3).
여기서, 도7 및 도8의 하단부 A는 클립을 이용 관절 운동의 중심에 고정하고, (a)와 (a')는 인체에 고정하는 실린더로써, 관절 운동시 A를 중심으로 피스톤(b)와 (b')가 직선 운동을 할 수 있도록 유도한다. 두 개의 축은 서로 90도로 지나가며, 두 축의 끝에 (c)와 (c')의 센서 바퀴를 달아 "광센서"를 통해 운동 각도를 측정하도록 하였다.Here, the lower end A of FIGS. 7 and 8 is fixed to the center of the joint motion using the clip, (a) and (a ') is a cylinder for fixing to the human body, the piston (b) Induce (b ') to do linear motion. The two axes pass 90 degrees to each other, and the sensor wheels of (c) and (c ') are attached to the ends of the two axes to measure the angle of movement through the "light sensor".
따라서, 센서(c)와 (c')는 서로 만나고 있지는 않지만, 그들의 중심축은 한 곳에서 만나게 되고, 서로의 운동 중심축이 한 곳에 모아져서 오차를 줄일 수 있다.Therefore, the sensors c and c 'do not meet each other, but their central axes meet in one place, and their central axes of motion are gathered in one place to reduce the error.
도6에서 기존의 방식과는 달리 센서의 수가 같을 때도 오차가 적은 것을 확인할 수 있다.In FIG. 6, unlike the conventional method, the error is small even when the number of sensors is the same.
본 발명의 장치를 실행시키면 인체의 각 관절에 부착된 센서들이 인체의 각도를 측정하게 된다. 예로써, 도2에서 손목 g의 위치는 골반 c와 c'로부터 d가 이동한 각도, e가 이동한 각도, f가 이동한 각도들이 각각의 위치에서 두개의 축을 중심으로전후 좌우로 이동한 위치이다.When the device of the present invention is implemented, sensors attached to each joint of the human body measure the angle of the human body. For example, in FIG. 2, the position of the wrist g is a position in which the angle of the movement of d, the angle of e, and the angle of movement of f are moved back and forth about two axes at each position from the pelvis c and c '. to be.
각 센서의 신호는 디지털 신호 체계를 이루어 각각의 개별적인 각도 변이를 실시간으로 송신부에서 추출하여 수신부로 송신한다. 그러므로, 위에서 설명한 도2의 손목의 위치는 팔꿈치 f의 x축, y축 그리고 x+y의 값에 지배를 받으며, 팔꿈치는 겨드랑이에 부착된 센서의 x축, y축 그리고 x+y의 값에 지배를 받는다. 또한 상박의 위치는 골반의 전후에 부착된 두개의 센서 c와 c'의 x축, y축 그리고 x+y의 값에 지배를 받는다.The signal of each sensor forms a digital signal system and extracts each individual angular shift from the transmitter in real time and transmits the signal to the receiver. Therefore, the wrist position of FIG. 2 described above is governed by the values of the x-axis, y-axis and x + y of the elbow f, the elbows of the x-axis, y-axis and x + y of the sensor attached to the armpit. Subject to The position of the upper arm is also governed by the values of the x-axis, y-axis and x + y of the two sensors c and c 'attached before and after the pelvis.
도2의 a-g까지의 센서는 좌우 대칭으로 필요하여 가-사 이며, 허리에는 골반을 중심으로 신체의 앞뒤, 좌우에 하나씩 모두 16개의 센서와, 목의 각도변이 측정을 위한 1개의 센서 등 총 17개의 센서를 이용하여 각 관절의 기준점(좌우골반)으로부터의 각도 변화를 측정할 수 있다. J와 J'는 17개의 센서의 각도 변환 정보를 교환하기 위한 송수신부이다.The sensor up to ag of FIG. 2 is symmetrically necessary because of symmetry, and the waist has 16 sensors including one at the front, back, left and right of the body, and one sensor for measuring the angular shift of the neck. Sensors can be used to measure the angle change from the reference point (left and right pelvis) of each joint. J and J 'are transmission / reception units for exchanging angle conversion information of 17 sensors.
입력된 3차원 정보로부터 수신부 J'는 각 관절의 각도 변이 정보를 J와 교환하며, J는 인체에 부착된 센서 17개의 관절 각도를 측정하여 송신하며, 기존의 입력된 정보와 같은 정보를 갖는지 여부는 프로그램으로 계산한다.From the inputted three-dimensional information, the receiver J 'exchanges the angle shift information of each joint with J, and J measures and transmits the joint angles of 17 sensors attached to the human body, and has the same information as the existing input information. Is calculated by the program.
본 발명을 이용하여, 컴퓨터 모니터에 나타나는 3차원 정보를 가지고 있는 캐릭터의 관절마다 변화된 관절 각도 정보를 송신하면, 3차원 정보를 가지고 있는 캐릭터는 관절 각도 변화를 동작의 명령으로 받아들여, 입력자가 움직인 각도만큼 3차원적으로 움직이게 된다. 이때 캐릭터의 각 관절은 상위관절을 바탕으로 하여 x축과 y축을 만들고, 이 x축과 y축은 본 발명 장치를 착용한 입력자의 관절에서의 x축과 y축과 일치하는 것으로 연산된다.Using the present invention, when the joint angle information changed for each joint of the character having the three-dimensional information displayed on the computer monitor is transmitted, the character having the three-dimensional information receives the joint angle change as a command of the motion and moves the inputter. It moves in three dimensions by the angle of. At this time, each joint of the character makes an x-axis and a y-axis based on the upper joint, and the x-axis and the y-axis are calculated to coincide with the x-axis and the y-axis at the joint of the inputter wearing the device of the present invention.
따라서, 본 발명 2축 2센서 방식에 의한 인체 동작 범위 인지용 무선 모션캡처장치는, 개별 센서의 직접적인 연관성없이 하위 관절의 위치를 파악하기 때문에, 장치를 착용한 입력자나 컴퓨터 모니터 속의 캐릭터의 각 관절을 개별적으로 연산하여 움직이도록 하는 것이다.Therefore, the wireless motion capture device for detecting the human body motion range by the two-axis two-sensor method of the present invention detects the position of the lower joint without the direct correlation of the individual sensors, so that each joint of the input device wearing the device or the character in the computer monitor is detected. To operate separately.
그렇기 때문에 각 관절마다 긴 축으로 연결되어 사용이 되던 기존의 기계식 방시고가는 달리 상위 또는 하위 관절과의 물리적인 연관성을 없애 줌으로써, 개별관절의 운동 각도는 개별적이어도, 인체에서와 컴퓨터상의 캐릭터의 인체 모델은 관절의 분리시켜 연산할 수 없으므로, 전체적으로 3차원 운동 정보를 입력할 수 있다.Therefore, unlike the conventional mechanical shelter used to connect the long axis of each joint, by removing the physical connection with the upper or lower joints, even if the movement angle of the individual joints are individual, the human body of the character on the human body and on the computer Since the model cannot be calculated by separating the joints, it is possible to input three-dimensional motion information as a whole.
본 발명 수신부는 컴퓨터의 패럴랠 포트를 이용하여 데이터를 입력할 수 있도록 하는데, 다수의 센서들을 동시에 입력하기에 적합하다. 본 발명 장치의 각 센서들은 인체에 부착하여 사용하는 송신부를 중심으로 개별 센서들을 유선으로 연결하되, 개별 센서들을 필요에 따라 착탈이 용이하도록 하여 필요한 관절에 대한 각도 변이만을 측정할 수 있도록 하여, 불필요한 데이터 전송으로 인한 파일 크기가 커지지 않도록 하였다.The receiver of the present invention enables data input using a parallel port of a computer, and is suitable for simultaneously inputting a plurality of sensors. Each sensor of the device of the present invention is to connect the individual sensors by wire around the transmission unit used to attach to the human body, so that it is easy to attach and detach the individual sensors as necessary to measure only the angular shift for the required joint, unnecessary File size does not increase due to data transfer.
본 발명 2축 2센서 방식에 의한 인체 동작 범위 인지용 무선 모션캡처장치를 이용하여 입력되는 3차원 정보는 일반 3차원 그래픽 데이터 저장 방식과 같은 방식으로 저장할 수 있기 때문에 본 발명을 이용하여 입력한 데이터를 제3자가 이용하기가 용이하다. 또한 처음에 입력된 데이터는 제3자가 같은 방식으로 입력하여, 처음에 입력한 동작과 제3자의 동작이 같은지 여부를 판별하는데 이용할 수 있다.The three-dimensional information input using the wireless motion capture device for detecting the human body motion range by the two-axis two-sensor method of the present invention can be stored in the same manner as the general three-dimensional graphic data storage method, so the data input by using the present invention It is easy for third parties to use. In addition, the data initially input may be input by the third party in the same manner, and may be used to determine whether the first input operation is the same as the operation of the third party.
도5와 같이 입력된 데이터와 현재 입력하는 데이터 사이의 연산을 통하여 상이한 점을 발견하고, 그 상이한 점을 발견할 수 있도록 하는 것이 가능하다.As shown in FIG. 5, it is possible to find a different point and to find the different point through an operation between the input data and the currently input data.
본 발명 2축 2센서 방식에 의한 인체 동작 범위 인지용 무선 모션캡처장치는, 간편하게 사용자 스스로 착용이 가능하도록 하기 위하여 탄력있는 재질의 옷감에 클립을 사용하여서 센서를 부착시킴으로써, 도3에서와 같이 입고 있는 옷 위에서 착용을 할 수 있도록 하였다. 따라서, 기존의 기계식인 경우 신체 크기에 따라조절을 하여야 하기 때문에 발생하는 센서 조절 시간을 평균 1시간에서 10분으로 줄일 수 있다.Wireless motion capture device for detecting the human body motion range by the two-axis two-sensor method of the present invention, wearing as shown in Figure 3 by attaching the sensor using a clip on the fabric of the elastic material in order to be able to easily wear the user himself I could wear it on the clothes which there was. Therefore, in the case of the existing mechanical type, the sensor adjustment time generated can be reduced from an average of 1 hour to 10 minutes because the adjustment should be made according to the body size.
이상에서와 같은 본 발명 2축 2센서 방식에 의한 인체 동작 범위 인지용 무선 모션캡처장치에 의하면, 종래의 기계식 방식에서 필요했던 42개의 센서를 17개로 줄여서 생산비를 절감할 수 있다. 또 관절마다 2개 또는 3개의 센서를 부착하여 발생하는 구동점의 차이에 따른 오차를 줄일 수 있으며, 본 2축 2센서(universal jointed double sensor)를 이용하여, 3차원 데이터의 생성을 가능하게 하고, 생성된 3차원 데이터와 새로 입력되는 3차원 데이터 사이의 차이를 발견하여 정확한 관절운동을 따라 할 수 있도록 하는 교육에 응용할 수 있다.According to the wireless motion capture device for detecting the human body motion range by the two-axis two-sensor method of the present invention as described above, it is possible to reduce the production cost by reducing the 42 sensors required in the conventional mechanical method to 17. In addition, two or three sensors can be attached to each joint to reduce the error caused by the difference in driving points.This universal jointed double sensor makes it possible to generate three-dimensional data. In addition, the difference between the generated three-dimensional data and the newly input three-dimensional data can be found and applied to education to follow the exact joint motion.
관절의 비틀림과 운동 각도 측정을 위해 설치되었던 관절과 관절사이의 축이 없어도 모든 동작을 측정함으로써, 사용자에게 부상의 위험을 줄일 수 있다.By measuring all movements without the joint between the joints and the joints that were installed for the measurement of the torsion and the movement angle of the joint, the risk of injury to the user can be reduced.
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2000
- 2000-05-23 KR KR10-2000-0027817A patent/KR100373758B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8348865B2 (en) | 2008-12-03 | 2013-01-08 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Non-intrusive movement measuring apparatus and method using wearable electro-conductive fiber |
| US20120169740A1 (en) * | 2009-06-25 | 2012-07-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Imaging device and computer reading and recording medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100373758B1 (en) | 2003-02-26 |
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