一种运动捕捉测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种运动捕捉测量系统及测量方法，包括：第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块和处理器单元；通过三轴微加速度计、三轴微陀螺仪和三轴微磁力计，对运动器械和人体同步进行加速度、角速度、磁力进行测量，可以准确的获取运动的方位、姿态信息。并同时通过压力测量获得人体的施力信息，可以全面的评估运动状态。面的评估运动状态。面的评估运动状态。

【技术实现步骤摘要】
一种运动捕捉测量系统及测量方法


[0001]本专利技术涉及运动测量技术，尤其涉及一种运动捕捉测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]近年来，运动捕捉测量技术开始广泛应用于体育运动的动作捕捉与分析。以帮助运动员提高其技术，运动测量捕捉技术以数字的方式记录对象的动作，当前常用的运动捕捉技术包括光学式运动捕捉和基于惯性传感器的运动捕捉。
[0003]光学式运动测量技术主要是利用相机等设备，对运动员进行拍摄，从而获取运动员的姿态、速度等信息，其在具体应用时，需要多位置进行拍摄，并需要配合专用的图像处理技术，对上述信息进行分析。其系统复杂性高，成本较高。
[0004]基于惯性传感器的运动捕捉主要利用传感器等直接获取运动者的姿态信息，如现已发展起来的微机电系统(MEMS)，可以将传感器做成较小的尺寸，进而降低测量时对运动的影响。如中国专利（CN215572987 U）公开了一种微型载体姿态测量系统，其中，微惯导系统主要包含陀螺仪、加速度计、微处理器，其具有较小的尺寸，其具有毫米级的尺寸。美国专利（US7689378 B2） 公开了一种通过3D打印的方式实现的，高度小型化的包含MEMS 传感器的运动捕捉测量系统，它可以嵌入到运动器械上而不影响运动器械本身的运动特征。其运动捕捉模块包括1个三轴加速度计、1个三轴陀螺仪和1 个三轴磁力计，其中三维加速度计和三维陀螺仪可以对模块相对外界固定坐标系统的3 维位置以及三维位移进行测量，三维磁力计结合三维加速度计根据本地地磁向量和重力场可以对模块的绝对空间进行测量。该方案的实现方式是把单个的传感器模块集成到高尔夫球杆上，从而把运动器械的运动轨迹捕捉下来并无线发送给接收装置。
[0005]上述方式用于虽然较好的了解到运动器械的运动状态，但是并不能同时了解到运动者的运动姿态，即可能存在虽然运动器械的运动姿态符合要求，而实际上操作者的操作姿态并不标准的情况。且不能同时准确的反映操作者的施力大小情况。而评论操作者的运动姿态的标准除了需要考虑人体与运动器械的位置姿态信息外，还需要同时考虑其施力的大小的信息。
[0006]如在网球、羽毛球等球类运动中，击球技术是最重要的技术之一。运动员击球时，要找准每种击球的最佳击球点，同时施加合适的力，这样才能在击球的一瞬间，打出最有力和最准确的击球。因此，需要全面了解运动器械及人体的方位、姿态信息及人体的施力信息。
[0007]因此，亟需一种运动捕捉测量系统及方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0008]为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，提出本专利技术。
[0009]根据本专利技术的一个方面，提出一种运动捕捉测量系统，包括：第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块和处理器单元；第一运动测量模块、压力测量模块与运动
器械固定连接；第二运动测量模块与人体固定连接；第一运动测量模块包括第一传感器，第一微处理器、第一无线传输模块，第一传感器用于测量运动器械的加速度、角速度信息，第一微处理器用于接收第一传感器测量的加速度、角速度信息，并通过第一无线传输模块将上述信息发送给处理器单元；第二运动测量模块包括第二传感器，第二微处理器、第二无线传输模块，第二传感器用于测量人体的加速度、角速度信息，第二微处理器用于接收第二传感器测量的加速度、角速度信息，并通过第二无线传输模块将上述信息发送给处理器单元；压力测量模块用于测量人体施加于运动器械上的压力，并将压力信息传送至处理器单元。
[0010]优选的，第一传感器还用于测量运动器械的磁力信息，第二传感器还用于测量人体的磁力信息。
[0011]优选的，压力测量模块包括微型压力传感器，信号线，压力传感器通过信号线与第一微处理器控制连接，第一微处理接收压力信号并通过第一无线传输模块将压力信息传送至处理器单元。
[0012]优选的，处理器单元包括第四无线传输模块和第四微处理器，第四无线传输模块用于接收第一无线传输模块、第二无线传输模块发送来的加速度、角速度信息、压力信息，并将其转化为位置信息、姿态信息和施力信息。
[0013]优选的，处理器单元控制第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块同时进行多次测量，并计录测量时的时间信息。
[0014]优选的，还包括摄像测量模块，第一运动测量模块和第二运动测量模块上设有反光标识，摄像测量模块用于测量第一运动测量模块和第二测量模块的位置信息。
[0015]优选的，处理器单元根据加速度、角速度信息计算出姿态信息，并结合摄像测量模块测量的信息计算出位置信息，并将姿态信息、位置信息结合时间信息生成运动信息。
[0016]优选的，所述测量系统用于测量球类运动，还包括发球机控制单元，发球机控制单元与处理器单元控制连接。
[0017]优选的，所述第一传感器、第二传感器均包括：三轴MEMS微加速度计、三轴MEMS微陀螺仪和三轴MEMS微磁力计。
[0018]另外本专利技术还提供一种前述的运动捕捉测量系统的测量方法，包括如下步骤：第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块固定到人体和运动器械上；第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块进行时间同步，启动测量；第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块进行实时测量并实时将测量信息传送给处理器单元；处理器单元将测量信息转化为位置姿态信息和施力信息；处理器单元将位置姿态信息和施力信息与标准信息进行比较分析。
[0019]优选的，还包括如下步骤：在第一运动测量模块、第二运动测量模块上设置反光标识，处理器单元启动摄像测量模块进行测量，并获取第一运动测量模块、第二运动测量模块的位置信息。
[0020]优选的，在运动器械的预定位置上和第二运动测量模块上设置反光标识，处理器单元启动摄像测量模块进行测量，并获取上述预定位置置、第二运动测量模块的位置信息；
处理器单元根据运动器械的姿态信息和上述预定位置与第一运动测量模块之间的相对位置关系，计算得出第一运动测量模块的位置信息。
[0021]本专利技术通过第一传感器、第二传感器测量加速度、角速度信息，进而同时获得人体、运动器械的姿态、方位信息。并同时利用压力获得人体的施力信息，可以全面的评估运动状态。
[0022]本专利技术进一步通过将压力测量模块的微型压力传感器与第一运动测量模块共用第一微处理器的方式，可进一步的降低压力测量模块的质量与体积，降低测量时对运动的影响。本专利技术通过采用同时同步测量的方式，可以看出在任一时刻时，人体的运动状态是否正确，对应的运动器械的状态是否正确以及此时施力是否正确，从而能够对运动状态进行全方位的评价。
[0023]本专利技术通过采用摄像测量模块的方式获取第一运动测量模块、第二运动测量模块处的位置信息，可以提高位置的测量精度；同时，仅利用摄像测量模块获取位置信息，由于不需要计算其姿态信息，可以大大降低图像处理的时间，降低成本。而姿态信息采取通过检测加速度、角速度信息获取。即通过上述方式，可以保证精度，同时降低成本。
[0024本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运动捕捉测量系统，其特征在于：包括：第一运动测量模块、第二运动测量模块、压力测量模块和处理器单元；第一运动测量模块、压力测量模块与运动器械固定连接；第二运动测量模块与人体固定连接；第一运动测量模块包括第一传感器，第一微处理器、第一无线传输模块，第一传感器用于测量运动器械的加速度、角速度信息，第一微处理器用于接收第一传感器测量的加速度、角速度信息，并通过第一无线传输模块将上述信息发送给处理器单元；第二运动测量模块包括第二传感器，第二微处理器、第二无线传输模块，第二传感器用于测量人体的加速度、角速度信息，第二微处理器用于接收第二传感器测量的加速度、角速度信息，并通过第二无线传输模块将上述信息发送给处理器单元；压力测量模块用于测量人体施加于运动器械上的压力，并将压力信息传送至处理器单元。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于：第一传感器还用于测量运动器械的磁力信息，第二传感器还用于测量人体的磁力信息。3.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于：压力测量模块包括微型压力传感器，信号线，压力传感器通过信号线与第一微处理器控制连接，第一微处理接收压力信号并通过第一无线传输模块将压力信息传送至处理器单元。4.根据权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于：处理器单元包括第四无线传输模块和第四微处理器，第四无线传输模块用于接收第一无线传输模块、第二无线传输模块发送来的加速度、角速度信息、压力信息，并将其转化为位置信息、姿态信息和施力信息。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张剑峰，高绪秀，周锎，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：