[发明专利]一种虚拟装配中疲劳度监测方法

摘要

本发明属于姿势识别领域，具体地说是一种虚拟装配中疲劳度监测方法。该方法包括以下步骤：步骤一、启动Kinect V2，并采集操作人骨骼数据；步骤二、构建虚拟装配的操作轨迹；步骤三、监测参与虚拟装配人员的操作情况，根据双手操作位置与运动轨迹线的距离绘制波动曲线；步骤四、根据波动曲线的波幅和时间判定疲劳等级，并依照疲劳等级判定是否继续检测。本方法通过Kinect V2捕捉的人体骨骼数据，根据虚拟环境中的具体零件构建出操作轨迹及直线和圆弧轨迹，通过比较操作时间和标准时间，计算脱离操作范围时间和脱离操作范围幅度判定操作是否疲劳。

主权项

1.一种虚拟装配中疲劳度监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、启动Kinect V2，并采集操作人骨骼数据；步骤二、构建虚拟装配的操作轨迹；步骤三、监测参与虚拟装配人员的操作情况，根据双手操作位置与运动轨迹线的距离绘制波动曲线；步骤四、根据波动曲线的波幅和时间判定疲劳等级，并依照疲劳等级判定是否继续检测；所述的步骤一的具体方法如下：启动Kinect V2，并采集操作人直立时25个骨骼点的模板数据；其中25个部位骨骼点包括头、颈、肩中心、左拇指、右拇指、左指尖、右指尖、左手、右手、左手腕、右手腕、左肘、右肘、左肩膀、右肩膀、脊柱、髋关节中心、左臀、左膝盖、左脚踝、左脚、右臀、右膝盖、右脚踝、右脚；所述的步骤二的具体方法如下：构建虚拟装配的操作轨迹，轨迹由直线和圆弧线构成，其中直线轨迹是通过连接三维坐标系中的两个空间点A₁(x₁,y₁,z₁)和A₂(x₂,y₂,z₂)构成的；圆弧轨迹在平移后的X‑Y平面C₁、X‑Z平面C₂和Y‑Z平面C₃内构建，平移后的X‑Y平面C₁构建圆弧轨迹的具体方法如下，平面C₁的平移距离为上一直线轨迹终点A₂(x₂,y₂,z₂)的Z坐标数值，取平面C₁的一点作为圆中心点B_x1(x_x1,y_x1,z_x1)，取半径为相切于上一直线轨迹终点，从而构建圆弧轨迹，在圆弧轨迹中选取一点A₃(x₃,y₃,z₃)作为下一直线轨迹的起始点；根据具体的虚拟装配环境，将预定装配路径设计成直线轨迹和圆弧轨迹构成的连接线；所述的步骤三的具体方法如下：监测参与虚拟装配人员的操作情况，根据双手操作位置与运动轨迹线的距离绘制波动曲线；首先需要利用Kinect V2采集左手坐标D1(X1,Y1,Z1)，右手坐标D2(X2,Y2,Z2)；绘制左手波动曲线的具体方法如下，波动曲线横轴为时间，纵轴为左手坐标距离轨迹线的最短距离；在直线轨迹中为求得距离l1，需要先判定左手坐标是否在直线轨迹的范围之内，然后计算点到直线的距离；具体需要在两个空间点A1(x1,y1,z1)和A2(x2,y2,z2)分别做出垂直于直线轨迹的平面，作法向量n＝(x1‑x2,y1‑y2,z1‑z2)＝(f1,f2,f3)，平面C2方程即为f1(x‑x1)+f2(y‑y1)+f3(z‑z1)＝0，化简可得f1x+f2y+f3z＝f1x1+f2y1+f3z1；设f1x1+f2y1+f3z1为E1，方程即可表示为f1x+f2y+f3z＝E1；同理可求得平面C3方程即为f1x+f2y+f3z＝E2，E2＝f1x2+f2y2+f3z2；此时计算左手是否在平面C₂，C₃内操作，其中距离平面C₂距离为距离平面C₃的距离为当d₁和d₂均小于时，认为左手在直线轨迹内活动，此时距离当时d1>d2,且d1>d3时，认为操作离开直线轨迹，进入圆弧轨迹运动范围，此时的距离l1需要先将左手点的坐标投影至平面C1，求得平面中直线G1Bx1与圆弧线的交点G2，然后通过G1D1和G1G2求得左手坐标与圆弧线的距离，具体计算过程如下；假设平移后的X‑Y平面C₁构建圆弧轨迹，此时平面中的各点转化成二维坐标，各点坐标为A₂(x₂,y₂)、A₃(x₃,y₃)、B_x1(x_x1,y_x1)、G₁(X₁,Y₁)，求得直线G₁B_x1方程：(x‑x_x1)(X₁‑x_x1)＝(y‑y_x1)(Y₁‑y_x1)；圆的方程：(x‑x_x1)²+(y‑y_x1)²＝r²；此时x的取值范围为[x₂,x₃]，联立可求得交点G₂(X₃,Y₃)；此时可求得假设平移后的X‑Z平面构建的圆弧轨迹，各点坐标为各点坐标为A₂(x₂,z₂)、B_x1(x_x1,z_x1)、G₁(X₁,Z₁)，求得直线G₁B_x1方程：(x‑x_x1)(X₁‑x_x1)＝(z‑z_x1)(Z₁‑z_x1)；圆的方程：(x‑x_x1)²+(z‑z_x1)²＝r²；此时x的取值范围为[x₂,x₃]，联立可求得交点G₂(X₃,Z₃)；此时可求得假设平移后的Y‑Z平面构建的圆弧轨迹，各点坐标为各点坐标为A₂(y₂,z₂)、B_x1(y_x1,z_x1)、G₁(Y₁,Z₁)，求得直线G₁B_x1方程：(y‑y_x1)(Y₁‑y_x1)＝(z‑z_x1)(Z₁‑z_x1)；圆的方程：(y‑y_x1)²+(z‑z_x1)²＝r²；此时y的取值范围为[y₂,y₃]，联立可求得交点G₂(Y₃,Z₃)；此时可求得将直线轨迹和圆弧轨迹中得到的l₁作为y轴数值，时间t作为x轴数值绘制出波动曲线。