[发明专利]一种基于惯性传感单元的人体动作重构与分析系统及方法

摘要

一种基于惯性传感单元的人体动作重构与分析系统及方法，包括姿态信息获取系统、WIFI无线路由器和中心计算机，姿态信息获取系统由多个惯性传感单元组成，惯性传感单元分别安装在人体的多个部位，实时采集各部位的加速度、角速度和地磁信息，并融合得到姿态角、四元数以及欧拉角等姿态信息；然后将采集信息和融合信息通过WIFI方式经由WIFI无线路由器发送到中心计算机；中心计算机融合各惯性传感单元姿态信息数据完成人体动作重构，并提取位置、速度、角度、加速度、角加速度等运动参数用于人体动作生物力学分析和运动学分析。本发明最大限度减少对受试者运动动作的影响，既满足全身运动动作捕捉需要又满足特定部位专项动作捕捉需要，适用多种应用场合。

主权项

一种基于惯性传感单元的人体动作重构与分析系统，其特征在于：包括姿态信息获取系统、WIFI无线路由器和中心计算机；所述姿态信息获取系统用于实时获取人体姿态信息，包括人体动作加速度数据、角速度数据、地磁数据、姿态角、四元数以及欧拉角；姿态信息获取系统由多个惯性传感单元组成，每个惯性传感单元分别安装在人体的一个部位，多个惯性传感单元将采集到的姿态信息数据通过WIFI无线路由器实时发送到中心计算机；所述惯性传感单元包括电池、电源管理模块、九轴惯性传感器、嵌入式WIFI微控制器；所述电池为惯性传感单元供电，电源管理模块提供充电及断电功能；所述九轴惯性传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传感器和三轴地磁传感器，分别用于采集加速度信号、角速度信号和地磁信号，九轴惯性传感器与嵌入式WIFI微控制器之间采用串行通信方式连接；嵌入式WIFI微控制器自带WIFI无线通信模块；嵌入式WIFI微控制器采集加速度、角速度及地磁信号并将三者数据进行融合得到姿态角、四元数及欧拉角等姿态信息数据，同时将这些姿态信息数据通过WIFI无线通信模块经由WIFI无线路由器发送到计算机；嵌入式WIFI微控制器与计算机之间采用TCP通信连接，用于接收指令和上传实时数据；嵌入式WIFI微控制器接收中心计算机发出的指令并完成同步、启动采集、停止采集、校准、休眠、断电的规定动作；所述WIFI无线路由器是中心计算机与姿态信息获取系统之间的中继站，姿态信息获取系统的惯性传感单元经由WIFI无线路由器与中心计算机保持无线WIFI连接，WIFI无线路由器具有多信道自适应功能，为中心计算机与姿态信息获取系统之间提供可靠的数据交互链路；所述中心计算机经由WIFI无线路由器与惯性传感单元之间构成星型网络结构；中心计算机控制并配置惯性传感单元工作，同时接收、存储和处理惯性传感单元上传的姿态信息数据并实时将各惯性传感单元数据进行融合以完成人体动作的重构；在人体动作重构的基础上进一步提取运动参数并分析处理。