本發(fā)明涉及醫(yī)療康復(fù)器械領(lǐng)域的一種可穿戴智能環(huán)，特別涉及一種精確讀取并構(gòu)建人體四肢三維空間姿態(tài)與實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)牟蹲饺梭w四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)。

背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人的研究領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展中，其中仿人機(jī)器人的研究與應(yīng)用更是因?yàn)槠浞氯颂匦允艿搅似毡殛P(guān)注，并成為智能機(jī)器人領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。在人機(jī)交互方面，如何檢測(cè)人體四肢三維空間姿態(tài)并實(shí)時(shí)顯示是一個(gè)技術(shù)難題?，F(xiàn)有技術(shù)如六軸傳感器、肌電信號(hào)等都具有不精確、滯后等問題。本發(fā)明提出了符合人體工程學(xué)的護(hù)具，可以方便用于穿戴于四肢、頸部和軀干運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)捕捉。經(jīng)過對(duì)于現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)：中國(guó)發(fā)明專利公開號(hào)：CN103027826A，名稱：肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)促動(dòng)康復(fù)器，無法實(shí)現(xiàn)人體四肢空間三維姿態(tài)信息；中國(guó)發(fā)明專利公開號(hào)：CN202537862U，名稱：肘關(guān)節(jié)訓(xùn)練儀，僅能檢測(cè)肘關(guān)節(jié)的角度；中國(guó)發(fā)明專利公開號(hào)：CN104224495A，名稱：便攜式肘關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人控制方法，使用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，但是讀取角度無法保證準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)人體四肢三維空間姿態(tài)信息的獲取，進(jìn)而提供一種用于捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)。本發(fā)明采用符合人體工程學(xué)的結(jié)構(gòu)，對(duì)穿戴者的上肢和/或下肢運(yùn)動(dòng)姿態(tài)和/或多關(guān)節(jié)姿態(tài)信息進(jìn)行檢測(cè)，可以方便實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)反饋；智能環(huán)根據(jù)穿戴者的尺寸進(jìn)行定制，可以穿戴于手臂、腿和軀干等部位。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在允許范圍內(nèi)進(jìn)行生物力學(xué)評(píng)價(jià)，包括速度，主動(dòng)和被動(dòng)活動(dòng)范圍以及上肢運(yùn)動(dòng)分析；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的反饋定制級(jí)別執(zhí)行控制物理治療運(yùn)動(dòng)；實(shí)現(xiàn)即時(shí)肢體動(dòng)態(tài)捕捉，可以應(yīng)用于挑戰(zhàn)性游戲的形式。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)，包括關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3穿戴于人體的關(guān)節(jié)位置；其中：所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3具有關(guān)節(jié)屈伸自由度，包括：上連桿固定塊31、上連桿軸32、下連桿固定塊33、下連桿軸34、關(guān)節(jié)編碼器35、上連桿陀螺儀37、關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38；其中：所述上連桿固定塊31和下連桿固定塊33分別固定于人體關(guān)節(jié)位置的上連桿和下連桿上；所述上連桿軸32與上連桿固定塊31相連；所述下連桿軸34與下連桿固定塊33相連；所述關(guān)節(jié)編碼器35用于檢測(cè)人體的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，關(guān)節(jié)編碼器35的法蘭與上連桿軸32相連，關(guān)節(jié)編碼器35的轉(zhuǎn)軸與下連桿軸34相連；所述上連桿陀螺儀37安裝于上連桿軸32的內(nèi)部，用于檢測(cè)人體的上連桿處空間旋轉(zhuǎn)方向；所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38安裝于上連桿軸32內(nèi)部，并分別與關(guān)節(jié)編碼器35和上連桿陀螺儀37連接，用于傳輸上連桿陀螺儀信號(hào)和關(guān)節(jié)編碼器信號(hào)，所述上連桿陀螺儀信號(hào)對(duì)應(yīng)人體的上連桿處空間旋轉(zhuǎn)方向，所述關(guān)節(jié)編碼器信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度。優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3還包括關(guān)節(jié)殼體36，所述關(guān)節(jié)殼體36與上連桿軸32相連，用于遮蓋關(guān)節(jié)編碼器35。優(yōu)選地，所述捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)還包括上位機(jī)1和上位機(jī)端無線CAN總線控制器2，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3通過上位機(jī)端無線CAN總線控制器2與上位機(jī)1通信連接。優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線與上位機(jī)端無線CAN總線控制器2無線通信連接。優(yōu)選地，上位機(jī)端無線CAN總線控制器2安裝于上位機(jī)1上。優(yōu)選地，所述上連桿陀螺儀37采集人體的上連桿Z-Y-X歐拉角，記α、β、γ，則人體的上連桿處空間旋轉(zhuǎn)方向矩陣為：其中，α為章動(dòng)角，β為旋進(jìn)角，γ為自轉(zhuǎn)角，c為余弦Cos，s為正弦Sin。優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)編碼器35檢測(cè)人體的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度θ，則人體的下連桿處空間旋轉(zhuǎn)方向矩陣為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1、本發(fā)明提供的捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)，由于上連桿固定塊和下連桿固定塊分別與人體(肢體)關(guān)節(jié)部位的上連桿和下連桿連接，能夠很好地智能環(huán)固定在穿戴者的肢體上，精確測(cè)量關(guān)節(jié)角度；2、本發(fā)明采用直接讀取編碼器角度的方式，使得關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)讀取準(zhǔn)確，克服角度讀取不準(zhǔn)確和延時(shí)性問題；3、本發(fā)明可以使用WiFi無線傳輸技術(shù)，具有適應(yīng)性強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、實(shí)時(shí)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，有效克服讀取數(shù)據(jù)滯后問題。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中肘關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的具體通信方式。圖中：1為上位機(jī)2為上位機(jī)端無線CAN總線控制器3為關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置31為上連桿固定塊32為上連桿軸33為下連桿固定塊34為下連桿軸35為關(guān)節(jié)編碼器36為關(guān)節(jié)殼體37為上連桿陀螺儀38為關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線I為人體關(guān)節(jié)位置的上連桿II為人體關(guān)節(jié)位置的下連桿具體實(shí)施方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例一種捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)，包括關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3穿戴于人體的關(guān)節(jié)位置；其中：所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3具有關(guān)節(jié)屈伸自由度，包括：上連桿固定塊31、上連桿軸32、下連桿固定塊33、下連桿軸34、關(guān)節(jié)編碼器35、關(guān)節(jié)殼體36、上連桿陀螺儀37、關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38；其中：所述上連桿固定塊31和下連桿固定塊33分別固定于人體關(guān)節(jié)位置的上連桿和下連桿上；所述上連桿軸32與上連桿固定塊31相連；所述下連桿軸34與下連桿固定塊33相連；所述關(guān)節(jié)編碼器35用于檢測(cè)人體的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，關(guān)節(jié)編碼器35的法蘭與上連桿軸32相連，關(guān)節(jié)編碼器35的轉(zhuǎn)軸與下連桿軸34相連；所述上連桿陀螺儀37安裝于上連桿軸32的內(nèi)部，用于檢測(cè)人體的上連桿處空間旋轉(zhuǎn)方向；所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38安裝于上連桿軸32內(nèi)部，并分別與關(guān)節(jié)編碼器35和上連桿陀螺儀37連接，用于傳輸上連桿陀螺儀信號(hào)和關(guān)節(jié)編碼器信號(hào)，所述上連桿陀螺儀信號(hào)對(duì)應(yīng)人體的上連桿處空間旋轉(zhuǎn)方向，所述關(guān)節(jié)編碼器信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度。進(jìn)一步地，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3還包括關(guān)節(jié)殼體36，所述關(guān)節(jié)殼體36與上連桿軸32相連，用于遮蓋關(guān)節(jié)編碼器35。進(jìn)一步地，所述捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)還包括上位機(jī)1和上位機(jī)端無線CAN總線控制器2，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3通過上位機(jī)端無線CAN總線控制器2與上位機(jī)1通信連接。進(jìn)一步地，所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38與上位機(jī)端無線CAN總線控制器2無線通信連接。進(jìn)一步地，上位機(jī)端無線CAN總線控制器2安裝于上位機(jī)1上。下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)施例進(jìn)一步描述。如圖1所示，本實(shí)施例提供的，捕捉人體四肢三維空間姿態(tài)的可穿戴智能環(huán)，能夠精確讀取與實(shí)時(shí)傳輸肘關(guān)節(jié)角度，包括上位機(jī)1、上位機(jī)端無線CAN總線控制器2、關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3。其中，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3具有關(guān)節(jié)屈伸自由度，穿戴于穿戴者關(guān)節(jié)位置的上連桿、關(guān)節(jié)與下連桿，包括：關(guān)節(jié)編碼器35，用于檢測(cè)穿戴者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38，可以將關(guān)節(jié)編碼器35與上連桿陀螺儀37檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)端無線CAN總線控制器2；所述上位機(jī)端無線CAN總線控制器2安裝于所述上位機(jī)1，將穿戴者關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳送至所述上位機(jī)1；所述上位機(jī)1接收穿戴者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)后處理。如圖2所示，所述關(guān)節(jié)穿戴式固定裝置3具體包括：上連桿固定塊31、上連桿軸32、下連桿固定塊33、下連桿軸34、關(guān)節(jié)編碼器35、關(guān)節(jié)殼體36、上連桿陀螺儀37、關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38。其中，所述上連桿固定塊31固定于穿戴者上連桿；所述上連桿軸32與所述上連桿固定塊31相連；所述下連桿固定塊33固定于穿戴者下連桿；所述下連桿軸34與所述下連桿固定塊33相連；所述關(guān)節(jié)編碼器35法蘭與所述上連桿軸32相連，所述關(guān)節(jié)編碼器35轉(zhuǎn)軸與所述下連桿軸34相連，檢測(cè)穿戴者的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度；所述關(guān)節(jié)殼體36與上連桿軸32相連，遮蓋所述關(guān)節(jié)編碼器35；所述上連桿陀螺儀37安裝于所述上臂軸32內(nèi)部，檢測(cè)上連桿的空間方向；所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38安裝于所述上連桿軸32內(nèi)部，與所述關(guān)節(jié)編碼器35、上連桿陀螺儀37連接，負(fù)責(zé)傳輸陀螺儀信號(hào)與關(guān)節(jié)編碼器信號(hào)，即上連桿的空間方向與關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度至所述上位機(jī)端無線CAN總線控制器2。如圖3所示，所述關(guān)節(jié)編碼器35、上連桿陀螺儀37分別與所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38相連，將所檢測(cè)的穿戴者的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度、上連桿的空間方向發(fā)送給所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38；所述關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38相連將信號(hào)發(fā)送給所述上位機(jī)端無線CAN總線控制器2；所述上位機(jī)端無線CAN總線控制器2與所述上位機(jī)1，所述上位機(jī)1通過計(jì)算得到穿戴者的上連桿與下連桿的空間方向。在本實(shí)施例中，關(guān)節(jié)穿戴式智能環(huán)裝置3具有關(guān)節(jié)屈伸自由度，穿戴于穿戴者的上連桿、關(guān)節(jié)與下連桿位置，關(guān)節(jié)編碼器35，檢測(cè)穿戴者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)；上連桿陀螺儀37，檢測(cè)上連桿的空間方向。關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38，可以將關(guān)節(jié)編碼器35與上連桿陀螺儀37檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)端無線CAN總線控制器2。上位機(jī)端無線CAN總線控制器2安裝于上位機(jī)1，將穿戴者關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳送至上位機(jī)1。上位機(jī)1接收穿戴者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行相關(guān)后處理。。上連桿固定塊31固定于穿戴者上連桿；上連桿軸32與上連桿固定塊31相連；下連桿固定塊33固定于穿戴者下連桿。下連桿軸34與下連桿固定塊33相連；關(guān)節(jié)編碼器35的法蘭與上連桿軸32相連，關(guān)節(jié)編碼器35的轉(zhuǎn)軸與下連桿軸34相連，檢測(cè)穿戴者的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。關(guān)節(jié)殼體與上連桿軸32相連，遮蓋所述關(guān)節(jié)編碼器35。上連桿陀螺儀37安裝于所述上連桿軸32內(nèi)部，檢測(cè)上連桿的空間方向。關(guān)節(jié)固定裝置端無線CAN總線38安裝于所述上連桿軸32內(nèi)部，與所述關(guān)節(jié)編碼器35、上連桿陀螺儀37連接，負(fù)責(zé)傳輸陀螺儀信號(hào)與關(guān)節(jié)編碼器信號(hào)，即上連桿的空間方向與關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度至所述上位機(jī)端無線CAN總線控制器2。穿戴者的體感空間方向的計(jì)算方法為：上連桿陀螺儀37可以得到穿戴者上連桿的Z-Y-X歐拉角，為α，β，γ，則穿戴者上連桿的空間旋轉(zhuǎn)矩陣為：關(guān)節(jié)編碼器35檢測(cè)穿戴者的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)角度θ，則穿戴者下連桿的空間旋轉(zhuǎn)矩陣為：以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。