[发明专利]手部关节的计算方法及手套

说明书

本发明提供了一种手部关节的计算方法及手套，该方法包括：从中指第一关节传感器、食指第一关节传感器以及手掌传感器融合得到四元数，建立所述食指第一关节传感器的坐标轴向量x1、向量y1；使用四元数乘法将向量变换至地理坐标系向量，计算向量的夹角α以及向量的夹角β；依据该α、β模拟出手指姿势。本发明具有用户体验度好的优点。

技术领域

本发明涉及电子及体育领域，尤其涉及一种手部关节的计算方法及手套。

背景技术

利用与身体关节紧密连接的惯性测量单元(IMU)获取各局部关节独立的，在地理空间中的旋转姿态，进而综合获得整体的空间姿态(例如动作趋势)，是近年来实现运动姿态捕捉的主要技术之一。其中，手掌部分关节密集，灵活性强，运动复杂，可完成的动作多种多样，可专门针对该部分进行姿态捕捉的研究。为了获取完整的手部运动状态，一般需要在每根手指上各安置两至三个惯性测量单元，对应各个指关节。并在手背上也放置一个，以联系起各指关节。每个测量单元一般集合了加速计或陀螺仪或磁力计，可分别测得X,Y,Z三个方向上的加速度、角速度以及磁场强度。在测量之前乃至测量过程中还需分别对三个传感器进行偏移、尺度等误差纠正，再将得到的数据进行融合，最终获得各传感器在地理空间中的姿态，一般表示为四元数或者欧拉角。

得到了所有关节在地理坐标系中的姿态数据之后，以地理坐标系为中介，计算下级关节与上级关节间的相对位置关系，可重构出整个手掌的形态。方便快捷，处理效率高。然而，四元数不能很好地反映出各个关节相互之间的关系，并且对于非专业人士而言，结果不够直观。

现有的姿态解算采用的是四元数直接求解。用该方法解算出的下级关节的姿态数据只与直属上级关节有关，而各个关节自身的运动规律，同级关节、以及不存在直系从属关系的非同级关节之间的一些隐含的相对位置条件则被忽略。由于实际操作中，传感器的设置、固定以及传感器获得的数据本身都存在一定误差，这些误差很可能导致解算出的姿态不符合自然规律，出现诸如指关节发生以手指指向为轴的扭转，相邻手指位置重合等状况，所以现有的姿态结算方法的准确度不高，用户体验度低。

发明内容

提供一种手部关节的计算方法，所述手部关节的计算的方法将传感器的姿态数据映射到手部关节角度的计算方式，以便将手部的限制条件的引入计算模型以保证重现出来的手部是符合自然规律的，所以其具有准确度高，用户体验度好的优点。

一方面，提供一种手部关节的计算方法，所述方法包括：

从中指第一关节传感器、食指第一关节传感器以及手掌传感器融合得到四元数，所述四元数具体包括：q1,q2及q0；

建立所述食指第一关节传感器的坐标轴向量x1、向量y1；

使用四元数乘法及将向量q₁y₁q₁^-1变q₁x₁q₁^-1换至地理坐标系向量 y_G1x_G1；

使用四元数乘法q₀^-1y_G1q₀及q₀^-1x_G1q₀将地理坐标系向量变换至手掌坐标系下向量y_H1及x_H1；

建立中指第一关节传感器105的坐标轴向量x2、向量y2，将向量x2、向量 y2转换至手掌坐标系下向量；

将手掌坐标系下的向量z轴坐标置零，y_H1P、x_H1P及y_H2P、x_H2P；得到向量