關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，屬于機(jī)械設(shè)計及自動化控制領(lǐng)域；通過將運動捕捉裝置穿戴在人體身上，在人體正常行走過程中，腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)各關(guān)節(jié)姿態(tài)角度發(fā)生改變，使用本裝置能達(dá)到對角度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行實時性捕捉，實現(xiàn)裝置對人體行走過程中數(shù)據(jù)的不間斷采集。本發(fā)明的角度編碼器采用霍爾檢測原理的編碼器，使各關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)的精確性得到改善，增加腰關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)的采集，且采樣數(shù)據(jù)不受周邊環(huán)境以及實驗場所的影響。本發(fā)明所采集的數(shù)據(jù)能完整表現(xiàn)人運動中腰腿部各關(guān)節(jié)運動狀態(tài)，實用性能好。
【專利說明】關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，屬于機(jī)械設(shè)計及自動化控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自二十世紀(jì)九十年代以來，國內(nèi)外的一些研究機(jī)構(gòu)相繼開展機(jī)械式系統(tǒng)運動捕捉系統(tǒng)的設(shè)計，如康復(fù)訓(xùn)練的外骨骼系統(tǒng)。如日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所研制的HRP4C機(jī)器人，這款機(jī)器人相比以往的機(jī)器人，加入了腰關(guān)節(jié)自由度。因此在運動捕捉裝置的設(shè)計中，加入腰自由度關(guān)節(jié)顯的尤為必要。
[0003]運動捕捉工作也可以通過運動圖像采集、標(biāo)志點提取與運動分析相結(jié)合的技術(shù)方法來實現(xiàn)，由攝像機(jī)采集人體自立行走過程中的腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運動圖像，通過對標(biāo)定點的提取，以及基于不同肢體段連體坐標(biāo)系之間的相對姿態(tài)關(guān)系分析得到各關(guān)節(jié)的運動信息；由于受到圖像畸變、攝像頭精度、參數(shù)提取以及周邊環(huán)境的影響，獲得的關(guān)節(jié)運動檢測信息與人體正常的運動存在一定的偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，該裝置在腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)分別安裝角度編碼器，并在腳底安裝壓力傳感器，使用FPGA模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的并行傳輸，從而獲得更加符合人體運動規(guī)律的運動規(guī)律。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，該裝置包括背部子系統(tǒng)、左下肢子系統(tǒng)、右下肢子系統(tǒng)，其中左右下肢子系統(tǒng)為對稱結(jié)構(gòu)。
[0006]如圖1-15所示，具體而言，所述背部子系統(tǒng)包括肩部橫桿1、肩部軸關(guān)節(jié)A2.1、肩部曲桿3、肩部軸關(guān)節(jié)B2.2、背部連桿`4、背部調(diào)節(jié)桿5、腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A6.1、連接桿
7、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B6.2、腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C6.3、腰部軸關(guān)節(jié)8、腰部固定板A9.1、腰帶10、腰帶固定板B9.2、腰部固定塊11 ;肩部曲桿3為一曲桿結(jié)構(gòu)，一端為直桿，另一端為曲桿；肩部曲桿3直桿端通過肩部軸關(guān)節(jié)A2.1與肩部橫桿I連接,肩部曲桿3曲桿端通過肩部軸關(guān)節(jié)B2.2與背部連桿4連接；肩部軸關(guān)節(jié)A2.1與肩部軸關(guān)節(jié)B2.2可以繞俯仰方向轉(zhuǎn)動；背部連桿4與背部調(diào)節(jié)桿5通過螺栓連接固定，所述背部連桿4設(shè)有長形孔，背部調(diào)節(jié)桿5上安裝的螺栓與背部連桿4上的長形孔可自由調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)背部連桿4與背部調(diào)節(jié)桿5之間的配合長度；連接板7為一組合機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)分為上部連接板、側(cè)部連接板、下部連接板三部分；上部連接板與側(cè)部連接板組成“L”形結(jié)構(gòu)，連接處通過螺釘連接；上部連接板與側(cè)部連接板分別于腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A6.1與腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B6.2連接，下部連接板直接一端與腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B6.2連接，另一端與腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C6.3連接；其中所述腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A6.1、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B6.2和腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C6.3之間呈“品”字結(jié)構(gòu)；所述腰部各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)都安裝有角度編碼器，以實現(xiàn)測量腰關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度變化值；背部調(diào)節(jié)桿5與連接板7的上部連接板通過腰俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A6.1連接；腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C6.3與腰部軸關(guān)節(jié)8連接；腰部軸關(guān)節(jié)8與腰部固定板A9.1固定連接；腰部固定板A9.1與腰部固定板B9.2中間固定有腰帶10，腰帶10可實現(xiàn)與人體腰部綁定，肩部橫桿I與人體肩部綁定，二者可實現(xiàn)固定背部子系統(tǒng)的目的；腰部固定板B9.2與腰部固定塊11固定連接；左下肢子系統(tǒng)的左腰部連接桿12、右下肢子系統(tǒng)的右腰部連接桿29通過背部子系統(tǒng)的腰部固定塊11螺栓連接固定；所述左腰部連接桿12與右腰部連接桿29連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腰部長度。
[0007] 所述左下肢子系統(tǒng)包括左腰側(cè)連接桿12、左髖側(cè)連接桿A13.1、左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A14.1、左髖側(cè)連接桿B13.2、左髖側(cè)連接橫桿15、左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B14.2、左大腿調(diào)節(jié)連桿16、左大腿連桿A17.1、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C14.3、左髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)18、左大腿連桿B17.2、左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)19、左小腿連桿20、左小腿調(diào)節(jié)連桿21、左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A22.1、左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B22.2、左踝調(diào)節(jié)桿23、左腳底固定桿24、左髖部軸關(guān)節(jié)25、左髖部連接桿26、左髖部調(diào)節(jié)桿27、左髖部固定塊28 ;腰部固定塊11與左腰側(cè)連接桿12固定連接；左腰側(cè)連接桿12與左髖側(cè)連接桿A13.1通過螺栓固定連接；所述與左腰側(cè)連接桿12連接的左髖側(cè)連接桿A13.1連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腰部寬度；左髖側(cè)連接桿A13.1與左髖側(cè)連接桿B13.2通過左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A14.1連接；左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)14.1安裝有角度編碼器，通過左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A14.1的轉(zhuǎn)動，可測得左髖關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；左髖側(cè)連接桿B13.2和左腰側(cè)連接橫桿15通過螺栓固定連接；所述與左腰側(cè)連接橫桿15連接的左髖側(cè)連接桿B13.2連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者髖部寬度；左腰側(cè)連接橫桿15和左大腿調(diào)節(jié)連桿16通過左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B14.2連接；左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B14.2安裝有角度編碼器，由于左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B14.2的轉(zhuǎn)動，可測得左髖關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；左大腿調(diào)節(jié)連桿16與左大腿連桿A17.1通過螺栓固定連接；所述左大腿調(diào)節(jié)連桿16上設(shè)有螺栓孔組，左大腿連桿A17.1上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)左大腿調(diào)節(jié)連桿16與左大腿連桿A17.1配合長度，以適應(yīng)不同實驗者大腿長度；左髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)18包括左髖部軸關(guān)節(jié)25、左髖部連接桿26、左髖部調(diào)節(jié)桿27、左髖部固定塊28 ;左髖部軸關(guān)節(jié)25與左髖部調(diào)節(jié)桿27通過左髖部連接桿26連接；左髖部調(diào)節(jié)桿27與左髖部固定塊28通過左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C14.3連接；左髖部調(diào)節(jié)桿27上設(shè)有螺釘孔組，通過調(diào)節(jié)左髖部連接桿26、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C14.3與左髖部調(diào)節(jié)桿27上的螺釘孔組的間距，以滿足不同實驗者大腿粗細(xì)的要求；左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C14.3上裝有角度編碼器，根據(jù)平面四連桿機(jī)構(gòu)原理，當(dāng)左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C14.3的轉(zhuǎn)動時，可測得左髖關(guān)節(jié)偏航角的變化值；左大腿連桿A17.1與左髖部軸關(guān)節(jié)25固定連接；左髖部固定塊28與左大腿連桿B17.2固定連接；左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)19通過左大腿連桿B17.2和左小腿連桿20連接；左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)19上安裝有角度編碼器，當(dāng)左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)19轉(zhuǎn)動時，可測得左膝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；左小腿連桿20與左小腿調(diào)節(jié)連桿21連接，所述左小腿調(diào)節(jié)連桿21上設(shè)有螺栓孔組，左小腿連桿20上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)左小腿連桿20與左小腿調(diào)節(jié)連桿21配合長度，以適應(yīng)不同實驗者小腿長度；左小腿調(diào)節(jié)連桿21與左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A22.1連接；所述左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A22.1上安裝有角度編碼器，當(dāng)左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A22.1轉(zhuǎn)動時，可測得左踝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A22.1、左踝調(diào)節(jié)桿23通過左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B22.2連接；所述左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B22.2上安裝有角度編碼器，當(dāng)左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B22.2轉(zhuǎn)動時，可測得左踝關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；所述與左踝調(diào)節(jié)桿23連接的左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B22.2連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的寬度。左踝調(diào)節(jié)桿23與左腳底固定桿24連接，所述與左踝調(diào)節(jié)桿23連接的左腳底固定桿24連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的高度。
[0008]所述右下肢子系統(tǒng)包括右腰側(cè)連接桿29、右髖側(cè)連接桿A30.1、右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A31.1、右髖側(cè)連接桿B30.2、右髖側(cè)連接橫桿32、右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B31.2、右大腿調(diào)節(jié)連桿33、右大腿連桿A34.1、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C31.3、右髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)35、右大腿連桿B34.2、右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)36、右小腿連桿37、右小腿調(diào)節(jié)連桿38、右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A39.1、右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B39.2、右踝調(diào)節(jié)桿40、右腳底固定桿41、右髖部軸關(guān)節(jié)42、右髖部連接桿43、右髖部調(diào)節(jié)桿44、右髖部固定塊45 ;腰部固定塊11與右腰側(cè)連接桿29固定連接；右腰側(cè)連接桿29與右髖側(cè)連接桿A30.1通過螺栓固定連接；所述與右腰側(cè)連接桿29連接的右髖側(cè)連接桿A30.1連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腰部寬度；右髖側(cè)連接桿A30.1與右髖側(cè)連接桿B30.2通過右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A31.1連接；右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)31.1安裝有角度編碼器，通過右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A31.1的轉(zhuǎn)動，可測得右髖關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；右髖側(cè)連接桿B30.2和右腰側(cè)連接橫桿32通過螺栓固定連接；所述與右腰側(cè)連接橫桿32連接的右髖側(cè)連接桿B30.2連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者髖部寬度；右腰側(cè)連接橫桿32和右大腿調(diào)節(jié)連桿33通過右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B31.2連接；右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B31.2安裝有角度編碼器，由于右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B31.2的轉(zhuǎn)動，可測得右髖關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；右大腿調(diào)節(jié)連桿33與右大腿連桿A34.1通過螺栓固定連接；所述右大腿調(diào)節(jié)連桿33上設(shè)有螺栓孔組，右大腿連桿A34.1上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)右大腿調(diào)節(jié)連桿33與右大腿連桿A34.1配合長度，以適應(yīng)不同實驗者大腿長度；右髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)35包括右髖部軸關(guān)節(jié)42、右髖部連接桿43、右髖部調(diào)節(jié)桿44、右髖部固定塊45 ;右髖部軸關(guān)節(jié)42與右髖部調(diào)節(jié)桿44通過右髖部連接桿43連接；右髖部調(diào)節(jié)桿44與右髖部固定塊45通過右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C31.3連接；右髖部調(diào)節(jié)桿44上設(shè)有螺釘孔組，通過調(diào)節(jié)右髖部連接桿43、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C31.3與右髖部調(diào)節(jié)桿44上的螺釘孔組的間距，以滿足不同實驗者大腿粗細(xì)的要求；右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C31.3上裝有角度編碼器，根據(jù)平面四連桿機(jī)構(gòu)原理，當(dāng)右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C31.3的轉(zhuǎn)動時，可測得右髖關(guān)節(jié)偏航角的變化值。右大腿連桿A34.1與右髖部軸關(guān)節(jié)42固定連接；右髖部固定塊45與右大腿連桿B34.2固定連接；右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)36通過右大腿連桿B34.2和右小腿連桿37連接；右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)36上安裝有角度編碼器，當(dāng)右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)36轉(zhuǎn)動時，可測得右膝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；右小腿連桿37與右小腿調(diào)節(jié)連桿38連接，所述右小腿調(diào)節(jié)連桿38上設(shè)有螺栓孔組，右小腿連桿37上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)右小腿連桿37與右小腿調(diào)節(jié)連桿38配合長度，以適應(yīng)不同實驗者小腿長度；右小腿調(diào)節(jié)連桿38與右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A39.1連接；所述右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A39.1上安裝有角度編碼器，當(dāng)右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A39.1轉(zhuǎn)動時，可測得右踝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A39.1、右踝調(diào)節(jié)桿40通過右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B39.2連接；所述右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B39.2上安裝有角度編碼器，當(dāng)右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B39.2轉(zhuǎn)動時，可測得右踝關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；所述與右踝調(diào)節(jié)桿40連接的右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B39.2連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的寬度。右踝調(diào)節(jié)桿40與右腳底固定桿41連接，所述與右踝調(diào)節(jié)桿40連接的右腳底固定桿41連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的高度。
[0009]所述背部子系統(tǒng)、左下肢子系統(tǒng)、右下肢子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)，包括滾動軸承46、軸47、鍵48、絕對式編碼器49、通端蓋50、軸組件51、軸關(guān)節(jié)52、盲端蓋53、連接叉54 ；所述軸關(guān)節(jié)52包括滾動軸承46、鍵48、軸47，軸47兩端裝有滾動軸承46，軸47通過鍵48固定在連接叉54上；連接叉54 —端為半圓形,一端為矩形，半圓形端開有通孔以裝配軸47,矩形端開有一對通孔用以連接構(gòu)件；所述軸組件51中間開有凹槽并通過軸47將連接叉54連接在一起；軸關(guān)節(jié)52與軸組件51連接后且其兩端通過通端蓋50和盲端蓋53固定在軸組件51上，所述通端蓋50連接有絕對式編碼器49。 [0010]所述腳底直接與壓力傳感器連接，所述的壓力傳感器為左腳后端壓力傳感器57、左腳前端壓力傳感器A55、壓力傳感器B56、右腳后端壓力傳感器60、右腳前端壓力傳感器A58、壓力傳感器B59,布置于左腳與右腳上。
[0011 ] 角度編碼器的數(shù)據(jù)和壓力傳感器的數(shù)據(jù)并行輸入FPGA模塊中，F(xiàn)PGA模塊通過USB總線將數(shù)據(jù)傳送至PC機(jī)進(jìn)行存儲。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0013]1、本裝置通過在背部子系統(tǒng)安裝的三個角度編碼器，實現(xiàn)了人體關(guān)節(jié)空間的腰部角度變化測量。
[0014]2、通過在腳前后端安裝壓力傳感器，用以測量腳面壓力，通過所受壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行ZMP點的求值。
[0015]3、通過本發(fā)明的機(jī)械式運動捕捉裝置設(shè)計，可測量出人體腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)運動時的姿態(tài)，可以獲得更加符合人體運動的信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為系統(tǒng)總框圖。
[0017]圖2為背部子系統(tǒng)。
[0018]圖3為腰關(guān)節(jié)示意圖。
[0019]圖4為腰帶結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖5為左下肢子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6為左髖上部分示意圖。
[0022]圖7為左髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8為右下肢子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖9為右髖上部分示意圖。
[0025]圖10為右髖調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖11為軸關(guān)節(jié)示意圖。
[0027]圖12為轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖13為左腳底壓力傳感器分布示意圖。
[0029]圖14為右腳底壓力傳感器分布示意圖。
[0030]圖15為電氣系統(tǒng)示意圖。[0031]圖中:1、肩部橫桿,2.1、肩部軸關(guān)節(jié),3、肩部曲桿,2.2、肩部關(guān)節(jié),4、背部連桿,5、背部調(diào)節(jié)桿、6.1、腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A，7、連接桿，6.2、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B，6.3、腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C，8、腰部軸關(guān)節(jié)、9.1、腰部固定板A，10、腰帶，9.2、腰帶固定板B，11、腰部固定塊，12、左腰側(cè)連接桿，13.1、左髖側(cè)連接桿A，14.1、左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A，13.2、左髖側(cè)連接桿B，15、左髖側(cè)連接橫桿，14.2、左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B，16、左大腿調(diào)節(jié)連桿，17.1、左大腿連桿A，14.3、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C，18、左髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，17.2、左大腿連桿B，19、左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)，20、左小腿連桿，21、左小腿調(diào)節(jié)連桿，22.1、左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A，22.2、左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B，23、左踝調(diào)節(jié)桿，24、左腳底固定桿，25、髖部軸關(guān)節(jié)，26、髖部連接桿，27、髖部調(diào)節(jié)桿，28、髖部固定塊，29、右腰側(cè)連接桿，30.1、右髖側(cè)連接桿A，31.1、右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A，30.2、右髖側(cè)連接桿B，32、右髖側(cè)連接橫桿，31.2、右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B，33、右大腿調(diào)節(jié)連桿，34.1、右大腿連桿A，31.3、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C，35、右髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，34.2、右大腿連桿B，36、右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)，37、右小腿連桿，38、右小腿調(diào)節(jié)連桿，39.1、右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A，39.2、右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B，40、右踝調(diào)節(jié)桿，41、右腳底固定桿，42、髖部軸關(guān)節(jié)，43、髖部連接桿，44、髖部調(diào)節(jié)桿，45、髖部固定塊，46、滾動軸承，47、軸，48、鍵，49、絕對式編碼器，50、通端蓋，51、軸組件，52、軸關(guān)節(jié)，53、盲端蓋，54、連接叉，
55、左腳前端壓力傳感器A，56、左腳前端壓力傳感器B，57、左腳底后端壓力傳感器，58、右腳前端壓力傳感器A，59、右腳前端壓力傳感器B，60、右腳后端壓力傳感器。
【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步分析。
[0033]當(dāng)實驗者做直立行走時，空間關(guān)節(jié)中人體運動捕捉裝置做隨動運動；由于裝置的肩部橫桿I與實驗者肩部綁定，腰帶10與實驗者腰部綁定，左腳底固定桿24與實驗者左腳綁定，右腳底固定桿41與實驗者右腳綁定，所以當(dāng)實驗者做直立行走時，實驗者的腰部帶動裝置腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A6.1發(fā)生轉(zhuǎn)動、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B6.2發(fā)生轉(zhuǎn)動、腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C6.3發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述腰各部轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量腰關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度數(shù)據(jù)；`實驗者的左髖關(guān)節(jié)帶動裝置的左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A14.1發(fā)生轉(zhuǎn)動、左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B14.2發(fā)生轉(zhuǎn)動、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C14.3發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述左髖各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量左髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的右髖關(guān)節(jié)帶動裝置的右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A31.1發(fā)生轉(zhuǎn)動、右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B31.2發(fā)生轉(zhuǎn)動、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C31.3發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述右髖各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量右髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的左膝關(guān)節(jié)帶動裝置的左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)19發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量左膝關(guān)節(jié)俯仰方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的右膝關(guān)節(jié)帶動裝置的右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)36發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量右膝關(guān)節(jié)俯仰方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的左踝關(guān)節(jié)帶動裝置的左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A22.1發(fā)生轉(zhuǎn)動、左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B22.2發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述左踝各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量左髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾2個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的右踝關(guān)節(jié)帶動裝置的右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A39.1發(fā)生轉(zhuǎn)動、右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B39.2發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述右踝各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量右髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾兩個方向的角度數(shù)據(jù)；所述的角度編碼器總共有十五個，可以得到十五通道的角度數(shù)據(jù)；實驗者的腳底直接與壓力傳感器直接接觸，通過壓力傳感器測得的數(shù)據(jù)實現(xiàn)ZMP點的求值，所述的壓力傳感器數(shù)據(jù)為左腳后端壓力傳感器57的數(shù)據(jù)、左腳前端壓力傳感器A55的數(shù)據(jù)和壓力傳感器B56的數(shù)據(jù)、右腳后端壓力傳感器60的數(shù)據(jù)，右腳前端壓力傳感器A58的數(shù)據(jù)和壓力傳感器B59的數(shù)據(jù)；所述壓力傳感器總共有六個，可以得到六通道的壓力數(shù)據(jù)；將十五通道的角度數(shù)據(jù)和六通道的壓力數(shù)據(jù)并行傳入FPGA模塊中，F(xiàn)PGA模塊通過USB總線最后將數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)中進(jìn)行存儲，完成人體運動數(shù)據(jù)的捕捉。
【權(quán)利要求】
1.一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，其特征在于:該裝置包括背部子系統(tǒng)、左下肢子系統(tǒng)、右下肢子系統(tǒng)，其中左右下肢子系統(tǒng)為對稱結(jié)構(gòu)； 具體而言，所述背部子系統(tǒng)包括肩部橫桿(I)、肩部軸關(guān)節(jié)A (2.1)、肩部曲桿(3)、肩部軸關(guān)節(jié)B (2.2)、背部連桿(4)、背部調(diào)節(jié)桿(5)、腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (6.1)、連接桿(7)、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (6.2)、腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (6.3)、腰部軸關(guān)節(jié)(8)、腰部固定板A (9.1)、腰帶(10)、腰帶固定板B (9.2)、腰部固定塊(11);肩部曲桿(3)為一曲桿結(jié)構(gòu)，一端為直桿，另一端為曲桿；肩部曲桿(3)直桿端通過肩部軸關(guān)節(jié)A (2.1)與肩部橫桿(I)連接，肩部曲桿(3)曲桿端通過肩部軸關(guān)節(jié)B (2.2)與背部連桿(4)連接；肩部軸關(guān)節(jié)A (2.1)與肩部軸關(guān)節(jié)B (2.2)可以繞俯仰方向轉(zhuǎn)動；背部連桿(4)與背部調(diào)節(jié)桿(5)通過螺栓連接固定，所述背部連桿4設(shè)有長形孔，背部調(diào)節(jié)桿5上安裝的螺栓與背部連桿(4)上的長形孔可自由調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)背部連桿(4)與背部調(diào)節(jié)桿(5)之間的配合長度；連接板(7)為一組合機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)分為上部連接板、側(cè)部連接板、下部連接板三部分；上部連接板與側(cè)部連接板組成“L”形結(jié)構(gòu)，連接處通過螺釘連接；上部連接板與側(cè)部連接板分別于腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (6.1)與腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (6.2)連接，下部連接板直接一端與腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (6.2)連接，另一端與腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (6.3)連接；其中所述腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (6.1)、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (6.2)和腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (6.3)之間呈“品”字結(jié)構(gòu)；所述腰部各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)都安裝有角度編碼器，以實現(xiàn)測量腰關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度變化值；背部調(diào)節(jié)桿(5)與連接板(7)的上部連接板通過腰俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (6.1)連接；腰部 偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (6.3)與腰部軸關(guān)節(jié)(8)連接；腰部軸關(guān)節(jié)(8)與腰部固定板A (9.1)固定連接；腰部固定板A (9.1)與腰部固定板B (9.2)中間固定有腰帶(10)，腰帶(10)可實現(xiàn)與人體腰部綁定，肩部橫桿(I)與人體肩部綁定，二者可實現(xiàn)固定背部子系統(tǒng)的目的；腰部固定板B (9.2)與腰部固定塊(11)固定連接；左下肢子系統(tǒng)的左腰部連接桿(12)、右下肢子系統(tǒng)的右腰部連接桿(29)通過背部子系統(tǒng)的腰部固定塊(11)螺栓連接固定；所述左腰部連接桿(12)與右腰部連接桿(29)連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腰部長度； 所述左下肢子系統(tǒng)包括左腰側(cè)連接桿(12)、左髖側(cè)連接桿A (13.1)、左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (14.1)、左髖側(cè)連接桿B (13.2)、左髖側(cè)連接橫桿(15)、左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B(14.2)、左大腿調(diào)節(jié)連桿(16)、左大腿連桿A (17.1)、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (14.3)、左髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18 )、左大腿連桿B (17.2)、左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(19 )、左小腿連桿(20 )、左小腿調(diào)節(jié)連桿(21)、左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (22.1)、左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (22.2)、左踝調(diào)節(jié)桿(23)、左腳底固定桿(24)、左髖部軸關(guān)節(jié)(25)、左髖部連接桿(26)、左髖部調(diào)節(jié)桿(27)、左髖部固定塊(28);腰部固定塊(11)與左腰側(cè)連接桿(12)固定連接；左腰側(cè)連接桿(12)與左髖側(cè)連接桿A (13.1)通過螺栓固定連接；所述與左腰側(cè)連接桿(12)連接的左髖側(cè)連接桿A (13.1)連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腰部寬度；左髖側(cè)連接桿A(13.1)與左髖側(cè)連接桿B (13.2)通過左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (14.1)連接；左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (14.1)安裝有角度編碼器，通過左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (14.1)的轉(zhuǎn)動，可測得左髖關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；左髖側(cè)連接桿B (13.2)和左腰側(cè)連接橫桿(15)通過螺栓固定連接；所述與左腰側(cè)連接橫桿(15)連接的左髖側(cè)連接桿B (13.2)連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者髖部寬度；左腰側(cè)連接橫桿(15)和左大腿調(diào)節(jié)連桿(16)通過左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (14.2)連接；左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (14.2)安裝有角度編碼器，由于左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (14.2)的轉(zhuǎn)動，可測得左髖關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；左大腿調(diào)節(jié)連桿(16)與左大腿連桿A (17.1)通過螺栓固定連接；所述左大腿調(diào)節(jié)連桿(16)上設(shè)有螺栓孔組，左大腿連桿A (17.1)上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)左大腿調(diào)節(jié)連桿(16)與左大腿連桿A (17.1)配合長度，以適應(yīng)不同實驗者大腿長度；左髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(18)包括左髖部軸關(guān)節(jié)(25)、左髖部連接桿(26)、左髖部調(diào)節(jié)桿(27)、左髖部固定塊(28)；左髖部軸關(guān)節(jié)(25)與左髖部調(diào)節(jié)桿(27)通過左髖部連接桿(26)連接； 左髖部調(diào)節(jié)桿(27)與左髖部固定塊(28)通過左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (14.3)連接；左髖部調(diào)節(jié)桿(27)上設(shè)有螺釘孔組，通過調(diào)節(jié)左髖部連接桿(26)、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C(14.3)與左髖部調(diào)節(jié)桿(27)上的螺釘孔組的間距，以滿足不同實驗者大腿粗細(xì)的要求；左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (14.3)上裝有角度編碼器，當(dāng)左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (14.3)的轉(zhuǎn)動時，可測得左髖關(guān)節(jié)偏航角的變化值；左大腿連桿A (17.1)與左髖部軸關(guān)節(jié)(25)固定連接；左髖部固定塊(28)與左大腿連桿B (17.2)固定連接； 左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(19)通過左大腿連桿B (17.2)和左小腿連桿(20)連接；左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(19)上安裝有角度編碼器，當(dāng)左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(19)轉(zhuǎn)動時，可測得左膝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；左小腿連桿(20)與左小腿調(diào)節(jié)連桿(21)連接，所述左小腿調(diào)節(jié)連桿(21)上設(shè)有螺栓孔組，左小腿連桿(20)上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)左小腿連桿(20)與左小腿調(diào)節(jié)連桿(21)配合長度，以適應(yīng)不同實驗者小腿長度；左小腿調(diào)節(jié)連桿(21)與左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (22.1)連接；所述左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (22.1)上安裝有角度編碼器，當(dāng)左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A(22.1)轉(zhuǎn)動時，可測得左踝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (22.1)、左踝調(diào)節(jié)桿(23)通過左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (22.2)連接；所述左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (22.2)上安裝有角度編碼器，當(dāng)左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B(22.2)轉(zhuǎn)動時，可測得左踝關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；所述與左踝調(diào)節(jié)桿(23)連接的左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (22.2)連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的寬度；左踝調(diào)節(jié)桿(23)與左腳底固定桿(24)連接，所述與左踝調(diào)節(jié)桿(23)連接的左腳底固定桿(24)連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的高度； 所述右下肢子系統(tǒng)包括右腰側(cè)連接桿(29)、右髖側(cè)連接桿A (30.1)、右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (31.1)、右髖側(cè)連接桿B (30.2)、右髖側(cè)連接橫桿(32)、右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B(31.2)、右大腿調(diào)節(jié)連桿(33)、右大腿連桿A (34.1)、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (31.3)、右髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(35 )、右大腿連桿B (34.2)、右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(36 )、右小腿連桿(37 )、右小腿調(diào)節(jié)連桿(38)、右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (39.1)、右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (39.2)、右踝調(diào)節(jié)桿(40)、右腳底固定桿(41)、右髖部軸關(guān)節(jié)(42)、右髖部連接桿(43)、右髖部調(diào)節(jié)桿(44)、右髖部固定塊(45);腰部固定塊(11)與右腰側(cè)連接桿(29)固定連接；右腰側(cè)連接桿(29)與右髖側(cè)連接桿A (30.1)通過螺栓固定連接；所述與右腰側(cè)連接桿(29)連接的右髖側(cè)連接桿A(30.1)連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腰部寬度；右髖側(cè)連接桿A (30.1)與右髖側(cè)連接桿B (30.2)通過右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (31.1)連接；右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (31.1)安裝有角度編碼器，通過右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (31.1)的轉(zhuǎn)動，可測得右髖關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；右髖側(cè)連接桿B (30.2)和右腰側(cè)連接橫桿(32)通過螺栓固定連接；所述與右腰側(cè)連接橫桿(32)連接的右髖側(cè)連接桿B (30.2)連接處設(shè)有螺栓孔，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者髖部寬度；右腰側(cè)連接橫桿(32)和右大腿調(diào)節(jié)連桿(33)通過右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (31.2)連接；右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (31.2)安裝有角度編碼器，由于右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (31.2)的轉(zhuǎn)動，可測得右髖關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；右大腿調(diào)節(jié)連桿(33)與右大腿連桿A (34.1)通過螺栓固定連接；所述右大腿調(diào)節(jié)連桿(33)上設(shè)有螺栓孔組，右大腿連桿A (34.1)上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)右大腿調(diào)節(jié)連桿(33 )與右大腿連桿A (34.1)配合長度，以適應(yīng)不同實驗者大腿長度；右髖調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(35 )包括右髖部軸關(guān)節(jié)(42)、右髖部連接桿(43)、右髖部調(diào)節(jié)桿(44)、右髖部固定塊(45);右髖部軸關(guān)節(jié)(42)與右髖部調(diào)節(jié)桿(44)通過右髖部連接桿(43)連接；右髖部調(diào)節(jié)桿(44)與右髖部固定塊(45)通過右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (31.3)連接；右髖部調(diào)節(jié)桿(44)上設(shè)有螺釘孔組，通過調(diào)節(jié)右髖部連接桿(43)、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (31.3)與右髖部調(diào)節(jié)桿(44)上的螺釘孔組的間距，以滿足不同實驗者大腿粗細(xì)的要求；右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (31.3)上裝有角度編碼器，當(dāng)右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (31.3)的轉(zhuǎn)動時，可測得右髖關(guān)節(jié)偏航角的變化值；右大腿連桿A(34.1)與右髖部軸關(guān)節(jié)(42)固定連接；右髖部固定塊(45)與右大腿連桿B (34.2)固定連接；右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(36)通過右大腿連桿B (34.2)和右小腿連桿(37)連接；右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(36)上安裝有角度編碼器，當(dāng)右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(36)轉(zhuǎn)動時，可測得右膝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；右小腿連桿(37)與右小腿調(diào)節(jié)連桿(38)連接，所述右小腿調(diào)節(jié)連桿(38)上設(shè)有螺栓孔組，右小腿連桿(37)上固定有螺栓，通過調(diào)節(jié)螺栓與螺栓孔組的位置，以實現(xiàn)右小腿連桿(37)與右小腿調(diào)節(jié)連桿(38)配合長度，以適應(yīng)不同實驗者小腿長度；右小腿調(diào)節(jié)連桿(38)與右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (39.1)連接；所述右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (39.1)上安裝有角度編碼器，當(dāng)右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A(39.1)轉(zhuǎn)動時，可測得右踝關(guān)節(jié)俯仰角的變化值；右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (39.1)、右踝調(diào)節(jié)桿(40)通過右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (39.2)連接；所述右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (39.2)上安裝有角度編碼器，當(dāng)右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (39.2)轉(zhuǎn)動時，可測得右踝關(guān)節(jié)橫滾角的變化值；所述與右踝調(diào)節(jié)桿(40)連接的右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (39.2)連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的寬度；右踝調(diào)節(jié)桿(40)與右腳底固定桿(41)連接，所述與右踝調(diào)節(jié)桿(40)連接的右腳底固定桿(41)連接處設(shè)有螺栓孔組，用以調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同實驗者腳部的高度； 所述背部子系統(tǒng)、左下肢子系統(tǒng)、右下肢子系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)，包括滾動軸承(46)、軸(47)、鍵(48)、絕對式編碼器(49)、通端蓋(50)、軸組件(51)、軸關(guān)節(jié)(52)、盲端蓋(53)、連接叉(54);所述軸關(guān)節(jié)(52 )包`括滾動軸承(46 )、軸(47 )、鍵(48 )，軸(47 )兩端裝有滾動軸承(46)，軸(47)通過鍵(48)固定在連接叉(54)上；連接叉(54)—端為半圓形，一端為矩形，半圓形端開有通孔以裝配軸(47)，矩形端開有一對通孔用以連接構(gòu)件；所述軸組件(51)中間開有凹槽并通過軸(47 )將連接叉(54)連接在一起；軸關(guān)節(jié)(52 )與軸組件(51)連接后且其兩端通過通端蓋(50 )和盲端蓋(53 )固定在軸組件(51)上，所述通端蓋(50 )連接有絕對式編碼器(49); 所述腳底直接與壓力傳感器連接，所述的壓力傳感器為左腳后端壓力傳感器(57)、左腳前端壓力傳感器A (55)、壓力傳感器B (56)、右腳后端壓力傳感器(60)、右腳前端壓力傳感器A (58)、壓力傳感器B (59)，布置于左腳與右腳上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，其特征在于:當(dāng)實驗者做直立行走時，空間關(guān)節(jié)中人體運動捕捉裝置做隨動運動；由于裝置的肩部橫桿(I)與實驗者肩部綁定，腰帶(10)與實驗者腰部綁定，左腳底固定桿(24)與實驗者左腳綁定，右腳底固定桿(41)與實驗者右腳綁定，所以當(dāng)實驗者做直立行走時，實驗者的腰部帶動裝置腰部俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (6.1)發(fā)生轉(zhuǎn)動、腰部橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (6.2)發(fā)生轉(zhuǎn)動、腰部偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (6.3)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述腰各部轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量腰關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的左髖關(guān)節(jié)帶動裝置的左髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (14.1)發(fā)生轉(zhuǎn)動、左髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (14.2)發(fā)生轉(zhuǎn)動、左髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (14.3)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述左髖各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量左髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的右髖關(guān)節(jié)帶動裝置的右髖俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A(31.1)發(fā)生轉(zhuǎn)動、右髖橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (31.2)發(fā)生轉(zhuǎn)動、右髖偏航轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)C (31.3)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述右髖各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量右髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾、偏航三個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的左膝關(guān)節(jié)帶動裝置的左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(19)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述左膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量左膝關(guān)節(jié)俯仰方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的右膝關(guān)節(jié)帶動裝置的右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)(36)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述右膝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量右膝關(guān)節(jié)俯仰方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的左踝關(guān)節(jié)帶動裝置的左踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (22.1)發(fā)生轉(zhuǎn)動、左踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (22.2)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述左踝各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量左髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾2個方向的角度數(shù)據(jù)；實驗者的右踝關(guān)節(jié)帶動裝置的右踝俯仰轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)A (39.1)發(fā)生轉(zhuǎn)動、右踝橫滾轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)B (39.2)發(fā)生轉(zhuǎn)動，所述右踝各轉(zhuǎn)動軸關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器，可以實現(xiàn)測量右髖關(guān)節(jié)俯仰、橫滾兩個方向的角度數(shù)據(jù)；所述的角度編碼器總共有十五個，可以得到十五通道的角度數(shù)據(jù)；實驗者的腳底直接與壓力傳感器直接接觸，通過壓力傳感器測得的數(shù)據(jù)實現(xiàn)ZMP點的求值，所述的壓力傳感器數(shù)據(jù)為左腳后端壓力傳感器(57)的數(shù)據(jù)、左腳前端壓力傳感器A (55)的數(shù)據(jù)和壓力傳感器B (56)的數(shù)據(jù)、右腳后端壓力傳感器(60)的數(shù)據(jù)，右腳前端壓力傳感器A (58)的數(shù)據(jù)和壓力傳感器B (59)的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種關(guān)節(jié)空間中人體運動捕捉裝置，其特征在于:所述壓力傳感器總共有六個，可以得到六通道的壓力數(shù)據(jù)；將十五通道的角度數(shù)據(jù)和六通道的壓力數(shù)據(jù)并行傳入FPGA模塊中，F(xiàn)PGA模塊通過USB總線最后將數(shù)據(jù)傳輸至PC機(jī)中進(jìn)行存儲，完成人體運動數(shù)據(jù)的捕捉 。
【文檔編號】A61B5/11GK103750843SQ201410012189
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】龔道雄, 謝訓(xùn)鵬, 高居炎, 王寶平, 孫曉英, 陳煥朝 申請人:北京工業(yè)大學(xué)