所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人手運動功能識別系統(tǒng)領(lǐng)域，可用于人手關(guān)節(jié)耦合測量、人手運動功能評定、人手康復(fù)檢測等領(lǐng)域的一種人手運動實時采集裝置。

背景技術(shù)：

人手具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以完成各種復(fù)雜精巧的操作。由于人手內(nèi)部復(fù)雜分布的生物力學(xué)驅(qū)動方式和手指骨骼、關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)約束的存在，手指運動時存在指內(nèi)約束與指間約束兩種約束方式.所以準(zhǔn)確的描述人手運動及反映手指間的運動關(guān)系對人手運動功能評定、人手康復(fù)檢測等具有重要的意義。

目前人手運動測量有三種方式，一種是數(shù)據(jù)手套，一種是計算機視覺，一種是磁共振(mr).數(shù)據(jù)手套的典型代表cyberglove，計算機視覺的典型代表為kinect，磁共振屬于專用醫(yī)療設(shè)備.

上述各種產(chǎn)品中kinect主要應(yīng)用于體感游戲領(lǐng)域，但對關(guān)節(jié)測量而言精度較低，其他兩種雖然精度可以保證，但使用條件受限，價格較高，難以廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了研制出一種人手運動實時采集裝置，實時測量人手運動時手部各關(guān)節(jié)的屈/曲、內(nèi)收/外展角度信息，利用數(shù)學(xué)建模方法將運動信息映射至人手模型，實時解析并展示人手構(gòu)型、手指各關(guān)節(jié)運動速度、運動范圍、指內(nèi)關(guān)節(jié)與指間關(guān)節(jié)的運動耦合關(guān)系等信息，可用于人手關(guān)節(jié)運動檢測、人手運動功能評定、人手康復(fù)檢測等領(lǐng)域。

本發(fā)明提出的人手運動實時采集裝置，包括：

1)運動采集模塊。包括15個獨立的運動信息采集單元，每個采集單元通過快拆彈性裝置按照統(tǒng)一的順序，分別安裝于人手各指節(jié)的背面(拇指指節(jié)為：掌骨、近節(jié)指骨、末節(jié)指骨；其余4指相同，指節(jié)分別為：近節(jié)指骨、中節(jié)指骨、末節(jié)指骨)，用于測量手指關(guān)節(jié)的屈/曲，內(nèi)收/外展角度信息，并通過rs232接口將采集數(shù)據(jù)實時傳輸至電腦處理器。

2)數(shù)據(jù)處理模塊.對運動采集模塊采集原始信息進行數(shù)據(jù)濾波處理，并結(jié)合加速度傳感器、磁力傳感器和陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)對姿態(tài)信息進行修正與聯(lián)合解算，減小常值漂移誤差與噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。

3)人手建模。參考gb-t16252-1996對測試人手進行尺寸測量，然后利用dh建模方法建立人手運動學(xué)模型，并將運動信息映射至人手模型，得到人手運動時各個時刻的人手構(gòu)型.

4)人手運動信息展示模塊。將運動時各個時刻的人手構(gòu)型通過動畫的形式實時展示于顯示窗口中，并可通過數(shù)據(jù)表格的形式實時展示出各關(guān)節(jié)運動速度、運動范圍信息，且可根據(jù)用戶選擇展示出運動時指間關(guān)節(jié)與指內(nèi)關(guān)節(jié)的耦合特征。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的人手運動信息采集裝置的流程框圖。

圖2是本發(fā)明提出的人手運動信息采集裝置的工作示意圖。

圖2中，1是運動采集單元，2是人手骨骼模型，3是計算機.

具體實施方式

本發(fā)明提出的人手運動信息采集裝置的流程框圖如圖1所示，工作示意圖如圖2所示，具體組成模塊包括：

1)運動采集模塊.包括15個獨立的運動信息采集單元1，每個采集單元通過快拆彈性裝置按照統(tǒng)一的順序，分別安裝于人手2的各指節(jié)背面(拇指指節(jié)為：掌骨、近節(jié)指骨、末節(jié)指骨；其余四指相同，指節(jié)分別為：近節(jié)指骨、中節(jié)指骨、末節(jié)指骨)，用于測量手指關(guān)節(jié)的屈/曲，內(nèi)收/外展角度信息，并通過rs232接口將采集數(shù)據(jù)實時傳輸至計算機處理器3.

2)數(shù)據(jù)處理模塊.對運動采集模塊采集原始信息進行數(shù)據(jù)濾波處理，并結(jié)合加速度傳感器、磁力傳感器和陀螺儀傳感器數(shù)據(jù)對姿態(tài)信息進行修正與聯(lián)合解算，減小常值漂移誤差與噪聲干擾，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率.

3)人手2建模.參考gb-t16252-1996對測試人手2進行尺寸測量，然后利用dh建模方法建立人手2的運動學(xué)模型，并將運動信息映射至人手2的模型，得到人手2運動時各個時刻的人手2的構(gòu)型。

4)人手2運動信息展示模塊。將運動時各個時刻人手2的構(gòu)型通過動畫的形式實時展示于顯示窗口中，并可通過數(shù)據(jù)表格的形式實時展示出人手2各關(guān)節(jié)的運動速度、運動范圍信息，且可根據(jù)用戶選擇展示出人手2運動時指間關(guān)節(jié)與指內(nèi)關(guān)節(jié)的耦合特征。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明為人手運動實時采集裝置，涉及人手運動功能識別系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了研究人手運動時手部指間關(guān)節(jié)及指內(nèi)關(guān)節(jié)間的運動耦合關(guān)系問題，并解決目前手部精確構(gòu)型測量困難的問題。本裝置是由運動采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人手建模、人手運動信息展示模塊組成.本發(fā)明可實時測量人手各關(guān)節(jié)的屈/曲、內(nèi)收/外展角度信息，通過串口傳輸數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理模塊，利用DH數(shù)學(xué)建模方法將運動信息映射至人手模型，實時解析人手構(gòu)型，可用于人手關(guān)節(jié)運動檢測、人手運動功能評定、人手康復(fù)檢測等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：戰(zhàn)強;張超;許欽桓
受保護的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.21
技術(shù)公布日：2017.10.24