一種外骨骼動作捕捉套件的製作方法

2023-06-03 18:21:41

本實用新型涉及智慧機器人領域，尤其涉及的是一種外骨骼動作捕捉套件。

背景技術：

現有技術中，外骨骼動作捕捉套件可以用在動畫領域，機器人領域和虛擬實境領域的動作數據捕捉和反饋。在動作捕捉的時候，外骨骼上對應每個要捕捉的關節都有相應的角位移測模塊獲取數據，隨著人姿態的不斷變化，採集到對應的位置數據，然後數據輸出到外界進行進一步的處理。

和本發明最接近的實用新型專利為：

《動作捕捉系統》申請號：201420400177.6 申請日：2014-07-20，目前的動作捕捉技術一：採用6軸或9軸的重力加速度傳感器放置在關節上，用慣性的原理來間接計算獲得當前實際動作位置；或者另外一種影視用捕捉技術二採用身穿一套具有關節標誌點的演示服,該演示服以黑色為底色,在各主要關節處綁上不同顏色的色帶作為標誌點，雙CCD攝像頭採集到表演者運動圖像信息後,所獲得的數據經圖像採集卡傳遞給外界進行處理。

捕捉技術一面臨成本問題，目前慣性捕捉一個節點需要一個9軸傳感器和用於運算的單片機，全身10多個主要節點成本要上千，更不要說如果加上手指，成本會更高，這樣限制了用戶的使用，另外一個是精度的問題，利用慣性進行運算得到的數據，在一些比較整體的關節比如手臂和腿可以做到同步，但是使用在手指關節這些需要實際採集精度比較高的地方無法做到很精細的微操作，限制了動作捕捉技術的使用範圍。

影視用捕捉技術二同樣的面臨成本問題，這種技術主要使用在動畫視頻製作上，額外需要配昂貴的攝像機進行動作捕捉，並且相比捕捉技術一的技術，在手指等末端肢體的細節捕捉上更難以精確捕捉。

因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：提供一種成本較低，捕捉精度高的外骨骼動作捕捉套件。

本實用新型的技術方案如下：一種外骨骼動作捕捉套件，包括一整套可穿戴的外骨骼結構，其包括相互連接並用於穿戴的頭部固定環101、胸部固定機構103、手部固定機構115和腳部固定機構119；其中，頭部固定環101上設置有一頭部角度採集機構102；胸部固定架103與手部固定機構115之間設置有肩部關節113、手腕關節114和手臂旋轉採集機構105，並且，胸部固定架103與腳部固定機構119之間設置有大腿關節116、小腿關節117和腳腕關節118；肩部關節113上設置有肩部角度採集機構104，手腕關節114上設置有手腕角度採集機構106，並且，手部固定機構115上還設置有手指角度採集機構107；大腿關節116上設置有腿部角度採集機構110，小腿關節117上設置有小腿部角度採集機構111，腳腕關節118上設置有腳腕角度採集機構112；並且，每一採集機構上均配置有可調節的電位器。

應用於上述技術方案，所述的外骨骼動作捕捉套件中，每一關節上分別設置有滾珠轉動關節結構，其包括相互連接的第一連接端201和第二連接端301，其中，第一連接端設置有一凸起部202，凸起部202上設置有內圓弧滑軌203；第二連接端設置與凸起部202適配的通孔302，通孔302內設置有內圓弧滑軌303，並且，內圓弧滑軌303內放置有分別與內圓弧滑軌203和內圓弧滑軌303適配的若干滾珠。

應用於各個上述技術方案，所述的外骨骼動作捕捉套件中，第二連接端301還設置有一用於將滾珠導入到內圓弧滑軌303的滾珠導入口304。

應用於各個上述技術方案，所述的外骨骼動作捕捉套件中，各關節上還分別安裝有用於力度反饋的微型電動裝置。

應用於各個上述技術方案，所述的外骨骼動作捕捉套件中，胸部固定架103和手臂旋轉採集機構105上還分別設置有微型振動裝置，並且，胸部固定架103還設置有一LED顯示模組109。

應用於各個上述技術方案，所述的外骨骼動作捕捉套件中，胸部固定架103還設置有一音頻採集和對講器108和LED顯示模組109。

採用上述方案，本實用新型通過相互連接的頭部固定環、胸部固定機構、手部固定機構和腳部固定機構作為整體的穿戴框架，並且，在穿戴框架上分別設置的肩部關節、手腕關節、大腿關節、小腿關節和腳腕關節，並且，在各個關節、以及手指和手臂上分別設置採集機構，通過各採集機構進行各種細微動作的捕捉，捕捉精度高，並且，各採集機構通過常規的可調節的電位器來實現，實現成本較低。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結構圖；

圖2為本實用新型中關節的結構示意圖一；

圖3為本實用新型中關節的結構示意圖二。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。

本實施例提供了一種外骨骼動作捕捉套件，如圖1所示，外骨骼動作捕捉套件包括一整套可穿戴的外骨骼結構，外骨骼結構的穿戴骨架包括相互連接的頭部固定環101、胸部固定機構103、手部固定機構115和腳部固定機構119，其中，手部固定機構115和腳部固定機構119根據人體分別設置有兩個手部固定機構115和兩個腳部固定機構119；其中，頭部固定環101固定在人體頭部，胸部固定機構103穿戴於人體胸部，兩個手部固定機構115穿戴於人體的兩手部，兩個腳部固定機構119穿戴於人體的兩腳部，從而可以形成一整套的穿戴外骨骼結構。

並且，頭部固定環101上設置有一頭部角度採集機構102，胸部固定架103與每一手部固定機構115之間設置有肩部關節113、手腕關節114和手臂旋轉採集機構105，胸部固定架103與每一腳部固定機構119之間設置有大腿關節116、小腿關節117和腳腕關節118；並且，肩部關節113上設置有肩部角度採集機構104，手腕關節114上設置有手腕角度採集機構106，並且，手部固定機構115上還設置有手指角度採集機構107；大腿關節116上設置有腿部角度採集機構110，小腿關節117上設置有小腿部角度採集機構111，腳腕關節118上設置有腳腕角度採集機構112；並且，每一採集機構上均配置有可調節的電位器，其中，手指角度採集機構107可以分別設置有多個電位器，其可以分別用於採集五個手指的動作。

如此，在頭部角度採集機構102、肩部角度採集機構104、手臂旋轉採集機構105、腿部角度採集機構110、小腿部角度採集機構111、以及腳腕角度採集機構112上配置有可調節電位器，用戶穿戴好一整套外骨骼後進行的肢體運動，其會在物理上反向帶動外骨骼的運動，而外骨骼的運動會被分解成外骨骼關節之間的相對轉動，進而使得對應可調節電位器的數值產生變化。在一定的時間間隔，優選的100ms，數據網關會採集每個可調節電位器的數值，並把電壓值換算成絕對角度數值，傳遞給外界，如此重複。其中，數據網關可以固定設置在胸部固定機構103上，並與個採集機構進行連接，其中，連接可以是有線連接，或者也可以是通過設置無線網絡模塊進行的無線連接。

或者，如圖2和圖3所示，在每一關節上分別設置有滾珠轉動關節結構，每一關節包括肩部關節113、手腕關節114、大腿關節116、小腿關節117和腳腕關節118，並且，每一關節包括相互連接的第一連接端201和第二連接端301，其中，第一連接端201設置有一凸起部202，凸起部202設置有內圓弧滑軌203，第二連接端301設置有與凸起部202適配、並用於放置凸起部202的通孔302，通孔302內設置凹下的內圓弧滑軌303，內圓弧滑軌303內放置有若干滾珠，各滾珠分別與內圓弧滑軌203和內圓弧滑軌303相適配，並且，第二連接端301還設置有一用於將滾珠導入到內圓弧滑軌303的滾珠導入口304，如此，在裝配時，先將凸起部202放入通孔302內，使內圓弧滑軌203和內圓弧滑軌303位置相對應，並通過人手或輔助工具定位固定內圓弧滑軌203和內圓弧滑軌303的位置，然後，通過滾珠導入口304分別導入多個滾珠，滾珠導入後，滾珠的一半圓弧落入內圓弧滑軌203內，滾珠的另一半圓弧落入內圓弧滑軌303內，如此，通過多個滾珠可以連接固定內圓弧滑軌203和內圓弧滑軌303，從而連接第一連接端201和第二連接端301，由於滾珠為圓形，其可以在連接第一連接端201和第二連接端301後，分別沿著內圓弧滑軌203和內圓弧滑軌303進行滑行和滾動，因此，利用滾珠將兩者固定，同時起到了固定和旋轉的作用，而且降低了結構的複雜性。

或者，還可以在各關節上分別安裝有用於力度反饋的微型電動裝置，如此，通過微型電動裝置與設置在胸部固定機構上的數據網關連接，或者，也可以與外部的數據網關連接，從而可以得到關節轉動時力度上的反饋，從而使捕捉更加精確。

又或者，還可以胸部固定架103和手臂旋轉採集機構105上還分別設置有微型振動裝置，並且，胸部固定架103還設置有一LED顯示模組109，通過微型振動器，用戶在將捕捉信息傳遞出去後，在執行捕捉信息的過程中，可以通過微型振動器震動給予用戶感覺上的反饋，並且，可以將執行過程發送到LED顯示模組109進行顯示，給予用戶視覺上的反饋。

再或者，胸部固定架103還設置有一音頻採集和對講器108和LED顯示模組109，如此，用戶可以通過音頻採集和對講器108實現對講功能，使用效果更好。

以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用於限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。