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)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

運動捕捉系統(tǒng)是一種用于準(zhǔn)確測量運動物體在三維空間運動狀況的高技術(shù)設(shè)備，按原理可分為被動光學(xué)式、機(jī)械式和電磁式。它通常有一下幾個部分組成：傳感器、信號捕捉、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理。近幾年來，在促進(jìn)影視特效和動畫制作發(fā)展的同時，運動捕捉技術(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。如今的運動捕捉技術(shù)可以迅速記錄人體的動作，進(jìn)行延時分析或多次回放，通過被捕捉的信息，簡單的可以生成某一時刻人體的空間位置；復(fù)雜的則可以計算出任何面部或軀干肌肉的細(xì)微變形，然后很直觀的將人體的真實動作匹配到我們所設(shè)計的動作角色上去。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供了一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)，按照人體工學(xué)設(shè)計，精確捕獲人體上半身運動，可實時獲得穿戴對象的各關(guān)節(jié)運動數(shù)據(jù)，并實時向穿戴對象的關(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)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)，包括用于用戶穿戴的智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和用于通過智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)實時獲取穿戴對象肢體運動數(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、與鍵盤連接的左前臂、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)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)，按照人體工學(xué)設(shè)計，精確捕獲人體上半身運動，采用控制單元實時獲取穿戴對象肢體運動數(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，這樣在檢測穿戴對象運動參數(shù)的同時能向穿戴對象反饋力矩，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)械式可穿戴運動捕捉系統(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)械式可穿戴運動捕捉系統(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)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)的右側(cè)示意圖。

具體實施方式

根據(jù)附圖對本發(fā)明提供的優(yōu)選實施方式做具體說明。

圖1至圖3，為本發(fā)明提供的一種具有力反饋的機(jī)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式。如圖1至圖3所示，該機(jī)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)包括用于用戶穿戴的智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10和用于通過智能關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)10實時獲取穿戴對象肢體運動數(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，這樣在檢測穿戴對象運動參數(shù)的同時能向穿戴對象反饋力矩，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111、與鍵盤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111與左前臂1101固接，鍵盤111可繞智能左肘關(guān)節(jié)112自由轉(zhuǎn)動；智能左肘關(guān)節(jié)112與第一左肩關(guān)節(jié)113通過左后臂1102活動連接，左后臂1102可圍繞第一左肩關(guān)節(jié)113自由轉(zhuǎn)動；第二左肩關(guān)節(jié)114與第一左肩關(guān)節(jié)113通過左懸臂1103活動連接，左懸臂1103可圍繞第二左肩關(guān)節(jié)114自由轉(zhuǎn)動；第三左肩關(guān)節(jié)115與第二左肩關(guān)節(jié)114通過左掛臂1104活動連接，左掛臂1104可圍繞第三左肩關(guān)節(jié)115自由轉(zhuǎn)動；左連接臂1105與控制單元20左側(cè)活動連接，左連接臂1105與控制單元20發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。

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；智能右肘關(guān)節(jié)122與第一右肩關(guān)節(jié)123通過右后臂1202活動連接，右后臂1202可圍繞第一右肩關(guān)節(jié)123自由轉(zhuǎn)動；第二右肩關(guān)節(jié)124與第一右肩關(guān)節(jié)123通過右懸臂1203活動連接，右懸臂1203可圍繞第二右肩關(guān)節(jié)124自由轉(zhuǎn)動；第三右肩關(guān)節(jié)125與第二右肩關(guān)節(jié)124通過右掛臂1204活動連接，右掛臂1204可圍繞第三右肩關(guān)節(jié)125自由轉(zhuǎn)動；右連接臂1205與控制單元20右側(cè)活動連接，右連接臂1205與控制單元20發(fā)生相對轉(zhuǎn)動。

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)生相對轉(zhuǎn)動，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)生相對轉(zhuǎn)動。左右鉸鏈21、22的轉(zhuǎn)動軸為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，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。

整個機(jī)械式可穿戴運動捕捉系統(tǒng)的穿戴使用過程為：1）穿戴：整個系統(tǒng)處于穿戴對象的背部，左上肩帶116與右上肩帶126分別搭在穿戴對象的肩上，左下肩帶117與右下肩帶127分別穿過穿戴對象腋下與左上肩帶116與右上肩帶126扣接，防止整個系統(tǒng)脫落，同時左右手分別握住鍵盤111和搖桿121的把手部位；2）使用：打開系統(tǒng)的電源開關(guān)，系統(tǒng)初始化后，控制單元20實時采集各個關(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111的操作數(shù)據(jù)，通過控制單元20內(nèi)部的集成算法處理后得到穿戴對象的肢體運動數(shù)據(jù)，再通過無線傳輸和有線傳輸實時與外部設(shè)備交流；同時控制單元20實時將從外部設(shè)備獲取到的數(shù)據(jù)通過控制各個關(guān)節(jié)的力矩輸出機(jī)制，以力矩的形式反饋給穿戴對象。

綜上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案可以充分有效的實現(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)在實施例中得到充分的驗證，能達(dá)到預(yù)期的功效及目的，在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對發(fā)明的實施例做出多種變更或修改。因此，本發(fā)明包括一切在專利申請范圍中所提到范圍內(nèi)的所有替換內(nèi)容，任何在本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)所作的等效變化，皆屬本案申請的專利范圍之內(nèi)。