本發(fā)明涉及智能穿戴技術(shù)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)是一種用于準(zhǔn)確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體在三維空間運(yùn)動(dòng)狀況的高技術(shù)設(shè)備，按原理可分為被動(dòng)光學(xué)式、機(jī)械式和電磁式。它通常有一下幾個(gè)部分組成：傳感器、信號(hào)捕捉、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。近幾年來(lái)，在促進(jìn)影視特效和動(dòng)畫(huà)制作發(fā)展的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)的穩(wěn)定性、操作效率、應(yīng)用彈性以及降低系統(tǒng)成本等得到了迅速提高。如今的運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù)可以迅速記錄人體的動(dòng)作，進(jìn)行延時(shí)分析或多次回放，通過(guò)被捕捉的信息，簡(jiǎn)單的可以生成某一時(shí)刻人體的空間位置；復(fù)雜的則可以計(jì)算出任何面部或軀干肌肉的細(xì)微變形，然后很直觀(guān)的將人體的真實(shí)動(dòng)作匹配到我們所設(shè)計(jì)的動(dòng)作角色上去。

現(xiàn)有的穿戴式運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)一般包括多個(gè)關(guān)節(jié)、鍵盤(pán)、搖桿和剛性連桿組成，各個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)安裝角度傳感器獲得人體各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理將各個(gè)傳感器信息還原為人體的運(yùn)動(dòng)信息。但現(xiàn)有穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)僅能從獲得人體的運(yùn)動(dòng)信息，而不能得到反饋力矩信息，造成動(dòng)作的真實(shí)感不強(qiáng)，另外，由于各傳感器的安放位置有特殊要求，導(dǎo)致穿戴過(guò)程比較繁瑣，使用不方便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，按照人體工學(xué)設(shè)計(jì)，精確捕獲人體上半身運(yùn)動(dòng)，可實(shí)時(shí)獲得穿戴對(duì)象的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)向穿戴對(duì)象的關(guān)節(jié)反饋力矩方向和大小。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，包括用于用戶(hù)穿戴的智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和用于通過(guò)智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)獲取穿戴對(duì)象肢體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并傳遞給外部設(shè)備的控制單元，所述控制單元還用于根據(jù)從外部設(shè)備獲取的反饋數(shù)據(jù)控制智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的反饋力矩輸出。

優(yōu)選地，所述智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括分別與控制單元左右兩側(cè)活動(dòng)連接的左穿戴組件和右穿戴組件。

優(yōu)選地，所述左穿戴組件包括由左手控制的鍵盤(pán)、與鍵盤(pán)連接的左前臂、與左前臂連接的智能左肘關(guān)節(jié)、與智能左肘關(guān)節(jié)連接的左后臂、與左后臂連接的第一左肩關(guān)節(jié)、與第一左肩關(guān)節(jié)連接的左懸臂、與左懸臂連接的第二左肩關(guān)節(jié)、與第二左肩關(guān)節(jié)連接的左掛臂、與左掛臂連接的第三左肩關(guān)節(jié)以及用于連接第三左肩關(guān)節(jié)和控制單元的左連接臂。

更優(yōu)選地，所述左連接臂上還用于安裝在人體左肩上的左上肩帶以及與左上肩帶扣接的左下肩帶。

優(yōu)選地，所述右穿戴組件包括由右手控制的搖桿、與搖桿連接的右前臂、與右前臂連接的智能右肘關(guān)節(jié)、與智能右肘關(guān)節(jié)連接的右后臂、與右后臂連接的第一右肩關(guān)節(jié)、與第一右肩關(guān)節(jié)連接的右懸臂、與右懸臂連接的第二右肩關(guān)節(jié)、與第二右肩關(guān)節(jié)連接的右掛臂、與右掛臂連接的第三右肩關(guān)節(jié)以及用于連接第三右肩關(guān)節(jié)和控制單元的右連接臂。

更優(yōu)選地，所述右連接臂上還用于安裝在人體右肩上的右上肩帶以及與右上肩帶扣接的右下肩帶。

優(yōu)選地，所述控制單元的左右連接分別活動(dòng)連接有左鉸鏈和右鉸鏈，左鉸鏈與左連接臂鉸接，右鉸鏈與右連接臂鉸接。

優(yōu)選地，各智能關(guān)節(jié)由智能傳感器、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)件、外殼以及連接件組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，按照人體工學(xué)設(shè)計(jì)，精確捕獲人體上半身運(yùn)動(dòng)，采用控制單元實(shí)時(shí)獲取穿戴對(duì)象肢體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞給外部設(shè)備，并將從外部設(shè)備獲取反饋數(shù)據(jù)控制各關(guān)節(jié)的反饋力矩輸出，這樣在檢測(cè)穿戴對(duì)象運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同時(shí)能向穿戴對(duì)象反饋力矩，根據(jù)不同使用要求，可調(diào)節(jié)為助力模式，阻力反饋模式或者阻尼模式。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的左側(cè)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的右側(cè)示意圖。

具體實(shí)施方式

根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明提供的優(yōu)選實(shí)施方式做具體說(shuō)明。

圖1至圖3，為本發(fā)明提供的一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式。如圖1至圖3所示，該機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)包括用于用戶(hù)穿戴的智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10和用于通過(guò)智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10實(shí)時(shí)獲取穿戴對(duì)象肢體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并傳遞給外部設(shè)備的控制單元20，所述控制單元20還用于根據(jù)從外部設(shè)備獲取反饋數(shù)據(jù)控制智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10的反饋力矩輸出，該力矩可為助力或阻力，這樣在檢測(cè)穿戴對(duì)象運(yùn)動(dòng)參數(shù)的同時(shí)能向穿戴對(duì)象反饋力矩，根據(jù)不同使用要求，可調(diào)節(jié)為助力模式，阻力反饋模式或者阻尼模式。所述控制單元20還連接有電源，為控制單元20以及智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10供電。

所述智能關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)10依據(jù)人體上半身關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分布，所述智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10包括分別與控制單元20左右兩側(cè)活動(dòng)連接的左穿戴組件11和右穿戴組件12，所述左右穿戴組件11、12是按照穿戴時(shí)左右方向進(jìn)行劃分的。

如圖1和圖3所示，所述左穿戴組件11包括由左手控制的鍵盤(pán)111、與鍵盤(pán)111連接的左前臂1101、與左前臂1101連接的智能左肘關(guān)節(jié)112、與智能左肘關(guān)節(jié)112連接的左后臂1102、與左后臂1102連接的第一左肩關(guān)節(jié)113、與第一左肩關(guān)節(jié)113連接的左懸臂1103、與左懸臂1103連接的第二左肩關(guān)節(jié)114、與第二左肩關(guān)節(jié)114連接的左掛臂1104、與左掛臂1104連接的第三左肩關(guān)節(jié)115以及用于連接第三左肩關(guān)節(jié)115和控制單元20的左連接臂1105。

在所述左穿戴組件11中，鍵盤(pán)111與左前臂1101固接，鍵盤(pán)111可繞智能左肘關(guān)節(jié)112自由轉(zhuǎn)動(dòng)；智能左肘關(guān)節(jié)112與第一左肩關(guān)節(jié)113通過(guò)左后臂1102活動(dòng)連接，左后臂1102可圍繞第一左肩關(guān)節(jié)113自由轉(zhuǎn)動(dòng)；第二左肩關(guān)節(jié)114與第一左肩關(guān)節(jié)113通過(guò)左懸臂1103活動(dòng)連接，左懸臂1103可圍繞第二左肩關(guān)節(jié)114自由轉(zhuǎn)動(dòng)；第三左肩關(guān)節(jié)115與第二左肩關(guān)節(jié)114通過(guò)左掛臂1104活動(dòng)連接，左掛臂1104可圍繞第三左肩關(guān)節(jié)115自由轉(zhuǎn)動(dòng)；左連接臂1105與控制單元20左側(cè)活動(dòng)連接，左連接臂1105與控制單元20發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述左連接臂1105上還用于安裝在人體左肩上的左上肩帶116以及與左上肩帶116扣接的左下肩帶117。

如圖1和圖2所示，所述右穿戴組件12包括由右手控制的搖桿121、與搖桿121連接的右前臂1201、與右前臂1201連接的智能右肘關(guān)節(jié)122、與智能右肘關(guān)節(jié)122連接的右后臂1202、與右后臂1202連接的第一右肩關(guān)節(jié)123、與第一右肩關(guān)節(jié)123連接的右懸臂1203、與右懸臂1203連接的第二右肩關(guān)節(jié)124、與第二右肩關(guān)節(jié)124連接的右掛臂1204、與右掛臂1204連接的第三右肩關(guān)節(jié)125以及用于連接第三右肩關(guān)節(jié)125和控制單元20的右連接臂1205。該搖桿121為三自由度模擬搖桿。

在所述右穿戴組件12中，搖桿121與右前臂1201固接，搖桿121可繞智能右肘關(guān)節(jié)122自由轉(zhuǎn)動(dòng)；智能右肘關(guān)節(jié)122與第一右肩關(guān)節(jié)123通過(guò)右后臂1202活動(dòng)連接，右后臂1202可圍繞第一右肩關(guān)節(jié)123自由轉(zhuǎn)動(dòng)；第二右肩關(guān)節(jié)124與第一右肩關(guān)節(jié)123通過(guò)右懸臂1203活動(dòng)連接，右懸臂1203可圍繞第二右肩關(guān)節(jié)124自由轉(zhuǎn)動(dòng)；第三右肩關(guān)節(jié)125與第二右肩關(guān)節(jié)124通過(guò)右掛臂1204活動(dòng)連接，右掛臂1204可圍繞第三右肩關(guān)節(jié)125自由轉(zhuǎn)動(dòng)；右連接臂1205與控制單元20右側(cè)活動(dòng)連接，右連接臂1205與控制單元20發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述右連接臂1205上還用于安裝在人體右肩上的右上肩帶126以及與右上肩帶126扣接的右下肩帶127。

所述控制單元20的左右連接分別活動(dòng)連接有左鉸鏈21和右鉸鏈22，左鉸鏈21與左連接臂1105鉸接，左連接臂1105與左鉸鏈12可發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，右鉸鏈22與右連接臂1205鉸接，右連接臂1205與右鉸鏈22可發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。左右鉸鏈21、22的轉(zhuǎn)動(dòng)軸為y軸方向。

在所述左穿戴組件11和所述右穿戴組件12中，第三左肩關(guān)節(jié)115與第三右肩關(guān)節(jié)125的轉(zhuǎn)動(dòng)軸垂直于xy軸平面，第二左肩關(guān)節(jié)114與第二右肩關(guān)節(jié)124的轉(zhuǎn)動(dòng)軸沿y軸方向，第一左肩關(guān)節(jié)113、智能左肘關(guān)節(jié)112、第一右肩關(guān)節(jié)123以及智能右肘關(guān)節(jié)122的轉(zhuǎn)動(dòng)軸沿x軸方向；各關(guān)節(jié)由智能傳感器、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)件、外殼以及連接件組成，集角度檢測(cè)功能以及力矩輸出功能為一體；各關(guān)節(jié)可繞各自中心軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，最大旋轉(zhuǎn)角度為360度。

值得注意的是，左上肩帶116和右上肩帶126為剛性肩帶，左下肩帶117與右下肩帶127為柔性肩帶，這樣便于肩帶之間的扣接；同時(shí)左右穿戴組件11、12中的各臂都為剛性連桿，其支撐作用。

整個(gè)機(jī)械式可穿戴運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)的穿戴使用過(guò)程為：1）穿戴：整個(gè)系統(tǒng)處于穿戴對(duì)象的背部，左上肩帶116與右上肩帶126分別搭在穿戴對(duì)象的肩上，左下肩帶117與右下肩帶127分別穿過(guò)穿戴對(duì)象腋下與左上肩帶116與右上肩帶126扣接，防止整個(gè)系統(tǒng)脫落，同時(shí)左右手分別握住鍵盤(pán)111和搖桿121的把手部位；2）使用：打開(kāi)系統(tǒng)的電源開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)初始化后，控制單元20實(shí)時(shí)采集各個(gè)關(guān)節(jié)內(nèi)部的傳感器的角度數(shù)據(jù)，以及搖桿121和鍵盤(pán)111的操作數(shù)據(jù)，通過(guò)控制單元20內(nèi)部的集成算法處理后得到穿戴對(duì)象的肢體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸和有線(xiàn)傳輸實(shí)時(shí)與外部設(shè)備交流；同時(shí)控制單元20實(shí)時(shí)將從外部設(shè)備獲取到的數(shù)據(jù)通過(guò)控制各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩輸出機(jī)制，以力矩的形式反饋給穿戴對(duì)象。

綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案可以充分有效的實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，且本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及功能原理都已經(jīng)在實(shí)施例中得到充分的驗(yàn)證，能達(dá)到預(yù)期的功效及目的，在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)發(fā)明的實(shí)施例做出多種變更或修改。因此，本發(fā)明包括一切在專(zhuān)利申請(qǐng)范圍中所提到范圍內(nèi)的所有替換內(nèi)容，任何在本發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利范圍內(nèi)所作的等效變化，皆屬本案申請(qǐng)的專(zhuān)利范圍之內(nèi)。