[发明专利]一种基于 MEMS 传感器的运动跟踪系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及运动跟踪领域，尤其涉及一种基于MEMS传感器的运动跟踪系统及方法。

背景技术

运动跟踪系统是记录物体（如人体等）运动姿态的装置。其主要由以下两种形式实现：第一种是通过外部传感设备，比如电磁学、声学或光学设备。以外部设备为主的跟踪系统主要由测量信号源、信号反馈装置和接收传感器组成，通过由被测物反馈信号源产生的特定测量信号，接收传感器利用其中携带的信息还原被测物运动过程。第二种是通过附着于被跟踪物的MEMS（Micro Electro Mechanical System，微机电系统）传感器采集数据，由一定的算法直接计算被测物运动状态。以上两种方式中，外部传感方式，如光学测量，具有精度高、分辨度高的特点，但是成本高，安装难度大，前期准备时间长；而采用MEMS传感器的方法具有更少的限制与更强的环境适应性。

目前应用于三维空间运动跟踪系统的比较成熟的MEMS解决方案是：使用三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁传感器共九维数据，利用一定的数据融合算法得到被测物姿态的三维旋转角和三维空间位移。由于每个跟踪节点需要传输的数据除这些信息之外，一般还针对各种具体应用附带了自定义信息，并且为满足系统实时性需求，数据更新频率一般在50Hz以上，因此信息传输量大；同时节点数量必须满足应用的要求（一般人体全身跟踪需要17个以上的节点）。传统传感器网络低功耗低速率脉冲式的无线通信协议并不适合直接应用在这类系统中，因为：现有系统一般先将各节点统一或部分使用电缆有线连接到某些运动的嵌入式系统上，再使用无线通信方式将汇总的数据传输至上位机。但这些方法由于节点数量与位置受到限制，功耗也受到限制，从而影响了基于MEMS传感器的运动跟踪系统的可扩展性和灵活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述基于MEMS传感器的运动跟踪系统的可扩展性和灵活性差的缺陷，提供一种可扩展性和灵活性好的基于MEMS传感器的运动跟踪系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于MEMS传感器的运动跟踪系统，用于跟踪被跟踪物的运动，所述被跟踪物具有多组节点，且每组节点的节点数量最多为七个；所述运动跟踪系统包括：上位机、与所述上位机连接且与每组节点对应的多个蓝牙主机、及设置在每个节点上的感测装置，所述感测装置包括：MEMS传感单元、数据处理单元、数据接口及蓝牙从机，其中，

所述MEMS传感单元，用于每隔预设时间采集一次被跟踪物相应节点的运动参数；

所述数据处理单元，用于对所采集的运动参数进行融合处理，以获得被跟踪物相应节点的运动信息，并将所述运动信息通过所述数据接口发送至相应的蓝牙从机；

所述蓝牙从机，用于将所接收的运动信息转换为蓝牙信号，并利用蓝牙协议将所述蓝牙信号发送至相应的蓝牙主机；

所述上位机，用于从所述多个蓝牙主机收集并汇总各个节点所对应的蓝牙信号，以生成被跟踪物的运动信息。

在本发明所述的基于MEMS传感器的运动跟踪系统中，所述上位机还用于通过相应的蓝牙主机将相应的指令信号发送至相应的蓝牙从机。

在本发明所述的基于MEMS传感器的运动跟踪系统中，所述MEMS传感器包括分别设置在X、Y、Z每个轴上的加速度计、陀螺仪和磁传感器，且X、Y、Z三轴正交设置；所述感测装置还包括校正单元，所述校正单元用于对每个轴上的磁传感器所采集的数据进行校正处理，并将校正后的数据送入相应的数据处理单元。

在本发明所述的基于MEMS传感器的运动跟踪系统中，所述校正单元通过球形约束算法对磁传感器所采集的数据进行校正处理。

在本发明所述的基于MEMS传感器的运动跟踪系统中，所述感测装置还包括：

存储单元，用于以队列形式动态存储相应的磁传感器每次采集的数据。

在本发明所述的基于MEMS传感器的运动跟踪系统中，所述感测装置还包括供电电源和电压管理单元，且所述供电电源通过所述电压管理单元为所述MEMS传感单元、数据处理单元、蓝牙从机供电。

在本发明所述的基于MEMS传感器的运动跟踪系统中，所述感测装置还包括充电接口和充电管理单元，且所述充电接口用于从市电取电，并通过所述充电管理单元为所述供电电源充电。

本发明还构造一种基于MEMS传感器的运动跟踪方法，包括:

A.设置在被跟踪物的每个节点上的MEMS传感单元每隔预设时间采集一次被跟踪物相应节点的运动参数；