[发明专利]一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台及方法

说明书

本发明公开一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台及方法，测量平台包括测量平台框架、上平台玻璃面、下平台玻璃面、触键限位结构和Leap Motion传感器，所述测量平台框架是由连接杆和角码相互连接组成的长方体框架结构，所述测量平台框架的顶部放置有所述上平台玻璃面，测量平台框架的底部设置有下平台玻璃面，所述下平台玻璃面的上表面放置有所述Leap Motion传感器，测量平台框架顶部其中两侧的连接杆相对称的设置有轨道，所述轨道内可活动的连接有触键限位结构。本发明基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台，能够在十分贴近自然状态下进行拇指弹琴触键动作的采集，并对采集数据进行分析，得到拇指弹琴触键运动数据及规律。

技术领域

本发明涉及运动技能学习与测量领域，特别是涉及一种基于Leap Motion的拇指弹琴触键动作测量平台及方法。

背景技术

钢琴弹奏技能作为一项专业的手部技能，需要学习者在钢琴老师的指导下经过大量的专业训练才能逐渐掌握，而弹琴时需要保持正确的手部姿态，从而可以保证手指触键力度和灵活性，以便弹奏出美妙的音色。因此如何对人手标准的弹琴触键动作进行有效测量和量化分析，成为弹琴技能训练与教学甚至将来机器人教学的基础部分。另外，人手拇指十分灵巧，结构复杂，其弹琴动作为复杂的三维运动，如何对拇指的弹琴触键动作进行捕捉和数据分析成为至关重要的一部分。

目前对人手动作的捕捉方法多种多样，例如使用数据手套^[1,2]和在手部特征位置粘贴标志点并用相机进行动作识别^[3,4]等。但是佩戴数据手套会影响人手正常情况下的弹琴动作，大大影响动作的自然性，造成测量数据的不准确性。在手部粘贴标志点，测量数据会受标志点粘贴情况的影响，对测量结果影响也较大。Leap Motion传感器作为专业手部信息捕获设备，可以直接识别人手关节和指尖特征点，不需要在人手佩戴任何东西，也不需要在人手上放置任何标志物，不会对人手弹琴触键动作产生影响。而且Leap Motion传感器能以200帧/秒的速度追踪双手，追踪精度可达0.01mm^[5]，具有很高的识别精度。

因此对比多种人手动作捕捉方式，Leap Motion传感器凭借无接触式测量在拇指弹琴触键动作测量方面具有独特的优势，从而如何根据Leap Motion传感器的测量方式和人手弹琴动作习惯搭建测量平台，为拇指弹琴触键动作的测量提供十分接近现实的测量环境，并根据人手结构特点进行运动数据分析显得格外重要。

[1]朱颖,杨荻铠,邴林园,等.基于数据手套体感控制的机械手研究[J].电子设计工程,2021,29(12):61-66.

[2]赵裕沛,费飞,杨德华,等.面向手部康复应用的数据手套技术研究[J].仪器仪表学报,2017,38(10):2415-2421.

[3]CONTI R,MELI E,RIDOLFI A.A novel kinematic architecture forportable hand exoskeletons[J].Mechatronics(Oxford),2016,35:192-207.

[4]ZHAO W,CHAI J,XU Y Q.Combining marker-based mocap and RGB-D camerafor acquiring high-fidelity hand motion data:Acm Siggraph[C],2012:33-42.

[5]彭淼,陈国丽,姜瑜.基于Leap Motion体感传感器的手部位置信息获取方法研究[J].南方农机,2021,52(07):28-33.

发明内容