[发明专利]自主系统和用于测定表征关节链运动信息的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自主系统和用于测定表征关节链运动的信息项的方法。

背景技术

捕捉一个关节链(比如机器人或人)的运动是在许多应用中采用的技术，例如生物力学分析、远程操纵、虚拟人动画，或使用手势的人机界面，其中关节链通常是一个包括一手臂、一前臂和一手掌的上肢。

该装置包括两个不同的部分，一个布置在一运动物体上，另一个相对于该物体的运动固定。这种类型的装置需要同时在物体和物体的周围环境上安装材料，如果在这些不同材料之间出现了干扰这会导致问题，并限制这种装置的活动范围。该安装和校准时间长且成本高。

也有非常普遍的基于光学的设备，例如文献US 2003/0215130 A1和US 2005/00883333 A1中所述的，其基于通过布置于身体运动序列周围的摄像头拍摄的图像使重建身体的运动成为可能。高可见标记布置在运动物体上。通过计算机工具执行的一进程使得以立体原理测定每个标记的三维或3D中的位置成为可能。然而，由于存在众多光学遮挡的问题，导致可使用的相机数量很小。

某些人提出减少这类缺陷，例如参考文献“基于骨架的用于人类动作的鲁棒重建的动作捕捉(Skeleton-Based Motion Capture for Robust Reconstruction of Human Motion)”(L.Herda；P.Fua；R.R.Boulic；D.Thalmann，计算机图形研究室(LIG)，EPFL-web 01/2000)。其他人提出基于从一台摄像机中提取剪影、通过与相关的移动物体模型关联的处理方法，例如参考文献“通过体数据序列的无标记运动学骨架股(Marker-free Kinematic Skeleton Estimation from Sequences of Volume Data)”(C.Theobalt；E.Aguiar；M.Magnor；H.Theisel；H-P.Seidel；MPI Informatik)。

然而，即便上述缺陷有所减轻，它们依然存在。

该系统基于电磁学重建布置于物体上的传感器的角度和位置。

超声波系统(如光学系统)找寻发射器的位置。这两种技术在空间中遭受与基于摄像头系统相同的限制。

其它装置存在于一个独立的块中，布置在运动物体或身体上，如外骨骼，其使用一基于通过布置在关节上的角度传感器感测的角度的测量值的运动重建。这些装置使免除运动捕捉的空间限制成为可能。然而，这些装置是有限制的，由于它们包括布置在构造或人上的机械关节的臂和/或腿，其相当重且笨拙。

其他装置，例如文献FR 2897680中描述的，使用惯性磁力(inertio-magnetic)传感器，如陀螺测试仪、加速度计、或磁力计，同时使用关节链的段间(inter-segment)角度计算或实体元件，其使得重建整个关节链的运动成为可能。这种装置可以容易地制造。

本发明的一个目的是提出一种上述装置的替代物，其更便宜并且不太复杂。

发明内容

根据本发明的一个方面，提出一种用于测定表征关节链运动的信息项的自主系统，其包括至少两个实体元件以及连接所述两个元件的至少一个关节，所述系统包括：

-至少两个用于测量装置间距离的装置，其牢固地安装在所述关节链的至少两个不同元件上；

-用于测定至少一个分隔两个测量装置之间距离的部件，其基于通过测量装置提供的至少一个测量值；和

-适用于计算表征所述关节链运动的信息项的计算部件，其基于所述距离测定部件所传输的距离。

这种系统是自主的，且不会遭受光学遮挡或可见标记视觉检测在户外难以使用的问题。此外，这种系统具有更低的成本，以及其使用的笨拙非常有限。

根据一个实施例，用于测量装置之间距离的所述装置中的至少一个包括用于测定分隔上述装置与另一个装置之间距离的部件。在这种情况下，由该装置提供的测量值直接是一个距离测量值。

根据一个实施例，用于测定至少一个分隔两个测量装置之间距离的部件与这些测量装置不同。在这种情况下，两个测量装置中的至少一个必须传输一个测量值(无线电、光学、视频或其他信号)给远程距离测定部件。

根据一个实施例，用于测量装置间距离的所述装置中的至少一个适用于发送和/或接收数据。

该发送/接收可用于测量所述距离。通过一种方式计算距离，该方式用于检测射频脉冲和用于估计到达的时间差或TDOA，或用于估计接收信号强度指示，或用于估计到达时间或TOA。