[发明专利]一种人体姿态捕捉系统

说明书

一种人体姿态捕捉系统，涉及姿态检测领域。为了解决现有的光学捕捉系统易受环境影响无法捕捉人体动作的问题。系统包括12个数据采集节点、2个数据接收节点和用于接收姿态数据的上位机。12个数据采集节点分别放置在人体躯干的不同位置用于测量人体不同躯干的运动姿态，并通过无线方式将姿态数据发送到数据接收节点，数据接收节点通过串口与上位机连接，并将接收到的所有数据采集节点的数据转交给上位机处理。该系统可测量三轴加速度、三轴角速度和三轴磁力计，使用加速度计和磁力计做姿态方向估计，结合陀螺仪和线性卡尔曼滤波，实现准确的三维全姿态解算，不受外界因素影响，能实时捕捉人体姿态，准确还原人体动作。

技术领域

本发明涉及姿态检测领域，具体涉及一种运动姿态捕捉系统。

背景技术

现有的动作捕捉应用于人体动作识别、飞行器姿态分析等，这些应用都是将我们获取到的惯性数据信息经过过滤整合等操作，并通过一系列的算法进行分析，得到最终结果，其可以是人体三维动作的重构，也可以是飞行器或物体等姿态的分析。这些都是富有挑战性的研究课题，对仿生工程，医学工程，体育竞技以及游戏动画等有着重要的推动作用。

常用的运动捕捉技术从原理上分析主要包括：1、声学式，这种方法有较大延迟和滞后，实时性较差，精度一般不很高，容易受到干扰；2、光学式，系统价格昂贵，整个系统使用起来复杂，且容易受到环境影响3、机械式，使用起来非常不方便，机械结构对操作者的动作阻碍和限制很大，不利于操作人员的使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种人体姿态捕捉系统，其旨在实现小体积，便于携带和安装，且不受环境影响，能准确实时捕捉人体的动作姿态。

具体技术方案如下：

一种人体姿态捕捉系统，其中，包括主体部件和辅助部件：主体部件包括捕捉设备、接收设备和上位机。捕捉设备用以对穿戴捕捉设备的操作人员的姿态进行相应的姿态数据采集，捕捉设备包括：12个数据采集节点，12个数据采集节点分别放置于人体12个预设位置，每个位置分别对应特定的数据采集节点，数据采集节点用以实时采集预设位置的姿态数据。接收设备用以接收捕捉设备的姿态数据，接收设备包括：2个数据接收节点，每个数据接收节点用以接收特定的6个数据采集节点的姿态数据。上位机，连接接收设备，用以接收保存姿态数据，并根据姿态数据做滤波处理和姿态解算。辅助部件包括充电接，用以给12个数据采集节点充电。

辅助部件还包括固定服和固定粘钩；固定服标记12个数据采集节点的位置，固定粘钩用以辅助固定数据采集节点到固定服上。

每个数据采集节点包括数据采集控制器、无线收发模块、传感器模块和电源电路及接口。数据采集控制器用于对传感器模块进行数据采集，并对采集到的数据打包整理传送给无线收发模块；无线收发模块用以数据采集节点与数据接收节点之间做无线通信；传感器模块包括3种传感器：三轴加速度计，用于测量空间坐标下x轴加速度、y轴加速度、z轴加速度；三轴陀螺仪，用于测量空间坐标下x轴角速度、y轴角速度、z轴角速度；三轴磁力计，用于测量空间坐标下x轴磁场强度、y轴磁场强度、z轴磁场强度；电源电路及接口用以给数据采集节点供电。

数据接收节点包括无线收发模块、数据采集控制器和串口通信模块。无线收发模块用以数据采集节点与数据接收节点之间做无线通信；数据采集控制器用以接收数据并将数据传给串口通信模块；串口通信模块用以数据接收节点与上位机通信。

为了完整搭建数据接收节点，其还包括辅助电路，辅助电路包括晶振电路、电源供电电路以及程序下载接口电路。

为了对数据做姿态解算，采用捷联惯性姿态解算，滤波处理采用线性卡尔曼滤波算法。

固定服包括：头套、上衣、绑腿、鞋套。

上述技术方案的有益效果：