[发明专利]捕捉人体四肢三维空间姿态的可穿戴智能环有效

专利信息
申请号: 201510097135.9 申请日: 2015-03-04
公开(公告)号: CN104771175B 公开(公告)日: 2017-08-01
发明(设计)人: 李智军;叶雯珺;肖志业;谷国迎;杨辰光;苏春翌 申请(专利权)人: 上海交通大学;华南理工大学
主分类号: A61B5/11 分类号: A61B5/11
代理公司: 上海汉声知识产权代理有限公司31236 代理人: 郭国中,刘翠
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 捕捉 人体 四肢 三维空间 姿态 穿戴 智能
【说明书】:

技术领域

本发明涉及医疗康复器械领域的一种可穿戴智能环,特别涉及一种精确读取并构建人体四肢三维空间姿态与实时无线传输的捕捉人体四肢三维空间姿态的可穿戴智能环。

背景技术

随着科学技术的进步,机器人的研究领域正在蓬勃发展中,其中仿人机器人的研究与应用更是因为其仿人特性受到了普遍关注,并成为智能机器人领域中的研究热点。在人机交互方面,如何检测人体四肢三维空间姿态并实时显示是一个技术难题。现有技术如六轴传感器、肌电信号等都具有不精确、滞后等问题。本发明提出了符合人体工程学的护具,可以方便用于穿戴于四肢、颈部和躯干运动实时捕捉。

经过对于现有的技术文献检索发现:

中国发明专利公开号:CN103027826A,名称:肘关节运动促动康复器,无法实现人体四肢空间三维姿态信息;

中国发明专利公开号:CN202537862U,名称:肘关节训练仪,仅能检测肘关节的角度;

中国发明专利公开号:CN104224495A,名称:便携式肘关节康复机器人控制方法,使用蓝牙进行数据实时传输,但是读取角度无法保证准确。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足,本发明的目的是实现人体四肢三维空间姿态信息的获取,进而提供一种用于捕捉人体四肢三维空间姿态的可穿戴智能环。本发明采用符合人体工程学的结构,对穿戴者的上肢和/或下肢运动姿态和/或多关节姿态信息进行检测,可以方便实现肢体运动反馈;智能环根据穿戴者的尺寸进行定制,可以穿戴于手臂、腿和躯干等部位。本发明实现在允许范围内进行生物力学评价,包括速度,主动和被动活动范围以及上肢运动分析;实现实时准确的反馈定制级别执行控制物理治疗运动;实现即时肢体动态捕捉,可以应用于挑战性游戏的形式。

为实现上述目的,本发明是通过下述技术方案实现的:

一种捕捉人体四肢三维空间姿态的可穿戴智能环,包括关节穿戴式固定装置3,所述关节穿戴式固定装置3穿戴于人体的关节位置;其中:

所述关节穿戴式固定装置3具有关节屈伸自由度,包括:上连杆固定块31、上连杆轴32、下连杆固定块33、下连杆轴34、关节编码器35、上连杆陀螺仪37、关节固定装置端无线CAN总线38;其中:

所述上连杆固定块31和下连杆固定块33分别固定于人体关节位置的上连杆和下连杆上;

所述上连杆轴32与上连杆固定块31相连;

所述下连杆轴34与下连杆固定块33相连;

所述关节编码器35用于检测人体的关节转动角度,关节编码器35的法兰与上连杆轴32相连,关节编码器35的转轴与下连杆轴34相连;

所述上连杆陀螺仪37安装于上连杆轴32的内部,用于检测人体的上连杆处空间旋转方向;

所述关节固定装置端无线CAN总线38安装于上连杆轴32内部,并分别与关节编码器35和上连杆陀螺仪37连接,用于传输上连杆陀螺仪信号和关节编码器信号,所述上连杆陀螺仪信号对应人体的上连杆处空间旋转方向,所述关节编码器信号对应关节旋转角度。

优选地,所述关节穿戴式固定装置3还包括关节壳体36,所述关节壳体36与上连杆轴32相连,用于遮盖关节编码器35。

优选地,所述捕捉人体四肢三维空间姿态的可穿戴智能环还包括上位机1和上位机端无线CAN总线控制器2,所述关节穿戴式固定装置3通过上位机端无线CAN总线控制器2与上位机1通信连接。

优选地,所述关节固定装置端无线CAN总线与上位机端无线CAN总线控制器2无线通信连接。

优选地,上位机端无线CAN总线控制器2安装于上位机1上。

优选地,所述上连杆陀螺仪37采集人体的上连杆Z-Y-X欧拉角,记α、β、γ,则人体的上连杆处空间旋转方向矩阵为:

其中,α为章动角,β为旋进角,γ为自转角,c为余弦Cos,s为正弦Sin。

优选地,所述关节编码器35检测人体的关节运动角度θ,则人体的下连杆处空间旋转方向矩阵为:

与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:

1、本发明提供的捕捉人体四肢三维空间姿态的可穿戴智能环,由于上连杆固定块和下连杆固定块分别与人体(肢体)关节部位的上连杆和下连杆连接,能够很好地智能环固定在穿戴者的肢体上,精确测量关节角度;

2、本发明采用直接读取编码器角度的方式,使得关节角度数据读取准确,克服角度读取不准确和延时性问题;

3、本发明可以使用WiFi无线传输技术,具有适应性强、传输距离远、实时传输等特点,有效克服读取数据滞后问题。

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