一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，它包括N个惯性传感节点和一个汇聚节点，N个惯性传感节点通过RS485总线与汇聚节点相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点包括第一微处理器、惯性测量单元、第一收发模块、第一电源模块；第一电源模块为惯性传感节点提供工作电压，惯性测量单元和第一收发模块均与第一微处理器相连；汇聚节点包括高性能处理模块、第二微处理器、WIFI模块、三个第二收发模块和第二电源模块，第二电源模块为汇聚节点提供工作电压，高性能处理模块和第二收发模块均与第二微处理器相连，WIFI模块与高性能处理模块相连。 1

A human body motion capture device based on inertial measurement unit

The invention discloses a body motion capture device based on the inertial measurement unit, which includes N inertial sensor nodes and a converging node. N inertial sensor nodes are connected to the converging node through the RS485 bus, in which the N is equal to 11 and less than 24, and each inertial sensor node includes the first microprocessor and the inertial sensor. The first power module provides the working voltage for the inertial sensor node, the inertial measurement unit and the first transceiver module are connected to the first microprocessor, and the converging nodes include the high performance processing module, the second microprocessor, the WIFI module, the three second transceiver modules and the third module. The two power module, the second power module provides the working voltage for the converging node. The high performance processing module and the second transceiver module are all connected to the second microprocessor, and the WIFI module is connected with the high performance processing module. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置
本专利技术涉及人体全身运动捕获
，尤其涉及一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置。
技术介绍
近年来人体运动捕获技术广泛应用于各个领域，尤其在人机交互、虚拟现实和动画制作领域显得尤为重要。另外，人体运动捕获还可以应用在游戏制作、体育训练、生物力学研究、智能监控系统、模型编码等领域，目前已经有许多商品化的运动捕捉设备应用在各个领域。目前，在国内进行人体动作捕捉系统相关技术研究工作的主要有中科院自动化所吴健康教授的人体运动捕捉研究小组、哈尔滨工程大学王科俊教授的团队。中科院吴健康教授及其团队研制的人体动作捕捉系统叫MMocap动作捕捉系统，是国内首套面向市场推出的惯性传感器人体运动捕获系统。该系统主要由16个微型传感器节点和一个类似于XsensXbusMaste的主控板构成。通过主控板，将各个传感节点的数据通过无线的方式发送到PC端，并经过两级数据融合处理，实时驱动三维人体模型显示。该系统的运动数据取样率为50-200HZ，角度估计精度小于2度，支持蓝牙和WiFi通讯。哈尔滨工程大学王科俊教授团队也在基于惯性单元的动作捕捉系统方面开展了相关研究工作。他们团队的人体动作捕捉系统采用11个惯性单元节点，其中每个惯性单元节点由三轴加速度计、三轴磁强计、三轴陀螺仪组成，并釆用无线通讯方式数据传输和有线通讯方式数据传输方式进行对比，无线数据传输方式具有动作不受限等优点。但是其在复杂的运动方面表现不是很好，在位置精确跟踪方面还有很多不足。
技术实现思路
针对现在人体运动捕获技术在精确度、数据延时、数据更新率、传感节点数量配置方面的不足，本专利技术提供一种人体运动捕获装置，该装置由姿态测量单元IMU、数据汇聚和控制单元组成。其中的姿态测量单元IMU安装在捕捉对象身上的关键部位，如头、四肢、前胸等运动部位，采集这些关键部位的三维加速度、角速度和磁场强度组成的九轴运动姿态数据，为了保持运动姿态的实时性和一致性，多个IMU之间的数据采集必须要同步；而数据汇聚和控制单元通过有线方式与多个IMU相连，汇聚其采集的运动感知数据，经数据校正、噪声滤波、动态补偿等预处理后，打包成帧无线发送到上位机，在PC端通过人体骨架姿态获取中间件再现全身运动姿态。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，它包括N个惯性传感节点和一个汇聚节点，N个惯性传感节点通过总线与汇聚节点相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点包括第一微处理器、惯性测量单元、第一收发模块、第一电源模块；第一电源模块为惯性传感节点提供工作电压，惯性测量单元和第一收发模块均与第一微处理器相连；所述汇聚节点包括处理模块、第二微处理器、WIFI模块、三个第二收发模块和第二电源模块，第二电源模块为汇聚节点提供工作电压，处理模块和第二收发模块均与第二微处理器相连，WIFI模块与处理模块相连。进一步的，所述第一电源模块包括电源芯片U1、电容C7-C8、电感L1、电阻R25、电池，电源芯片U1的电源输入引脚、使能引脚、电阻R25的一端、电容C7的一端均与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电池输出的电压V_BAT相连，电阻R25的另一端与电源芯片U1的调整输入引脚相连，电容C7的另一端接数字地；电源芯片U1的接地引脚接数字地；电源芯片U1的电源输出引脚输出电压VCC，VCC与电感C8的一端相连，电感C8的另一端接数字地。进一步的，所述第一微处理器包括处理芯片U3、电容C10-C11、电容C16、电容C18、电感L2、电阻R18、发光二极管LED1、时钟芯片Y1，处理芯片U3的电源引脚与VCC相连，接地引脚接数字地；处理芯片U3的电源输出引脚与电容C10的一端相连，电容C10的另一端接数字地；处理芯片U3的USB调节器输入引脚分别与电容C11的一端和电感L2的一端相连，电容C11的另一端接数字地，电感L2的另一端接V_BAT；处理芯片U3的模拟电源引脚和最高参考电压引脚均接VCC，最低参考电压引脚和模拟接地引脚均接数字地；处理芯片U3的一输入输出引脚与发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接VCC；时钟芯片Y1的使能控制引脚分别与处理芯片U3的晶体驱动输出引脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端接数字地，时钟芯片Y1的输出引脚分别与处理芯片U3的外部时钟输入引脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，时钟芯片Y1的使能控制引脚和输出引脚之间接一个电阻R22，时钟芯片Y1的接地引脚和电源引脚都接数字地。进一步的，所述惯性测量单包括九轴传感芯片U5、电容C12-C14、电阻R7-R8、电阻R16，九轴传感芯片U5的电源保留引脚、电源引脚和片选信号引脚均与VCC相连；九轴传感芯片U5的电源引脚还分别与电容C12的一端和电容C14的一端相连，电容C12的另一端和电容C14的另一端均接数字地；九轴传感芯片U5的调节器输出引脚和电容C13的一端相连，电容C13的另一端分别与九轴传感芯片U5的从地址引脚和数字地相连；九轴传感芯片U5的帧同步数字输入引脚、接地引脚、接地保留引脚均接数字地；九轴传感芯片U5的中断数字输出引脚和电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端和处理芯片U3的输入输出引脚相连；九轴传感芯片U5的数据线引脚与处理芯片U3的第二数据线引脚相连；九轴传感芯片U5的时钟线引脚和处理芯片U3的第二时钟线引脚相连；九轴传感芯片U5的工作时钟引脚和电阻R7的一端相连，数字分量串行接口引脚和电阻R8的一端相连，电阻R7的另一端和电阻R8的另一端均接VCC。进一步的，所述第一收发模块包括RS485收发芯片U2、电容C1、电阻R1-R6，RS485收发芯片U2的接收器输出引脚分别和处理芯片U3的数据接收引脚及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与VCC和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；RS485收发芯片U2的接收器输出使能引脚和驱动器输出使能引脚均与处理芯片U3的收发模块引脚相连；RS485收发芯片U2的驱动器输入引脚与处理芯片U3的数据发送引脚相连；RS485收发芯片U2的接地引脚接数字地；RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚分别与电阻R1的一端和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接VCC，电阻R3的另一端作为数据正引脚与第二收发模块的数据正引脚相连，RS485收发芯片U2的接收器反相输入引脚分别与电阻R5和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接数字地，电阻R5的另一端作为数据负引脚与第二收发模块的数据负引脚相连，同时RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚和接收器反相输入引脚之间还接入电阻R4；RS485收发芯片U2的电源引脚接VCC。进一步的，所述第二电源模块包括电源芯片U6、电容C15-C19、电感L3、电阻R12、发光二极管LED1，电源芯片U6的接地引脚接数字地，电源芯片U6的输入引脚接+5V电压，另外电源芯片U6的接地引脚和输入引脚之间接电容C15；电源芯片U6的输出引脚分别与电源芯片U6的电压输出引脚、+3.3V电压、电容C19的一端、电感L3的一端、电容C16的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，它包括N个惯性传感

【技术特征摘要】
1.一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，它包括N个惯性传感节点(1)和一个汇聚节点(2)等，N个惯性传感节点(1)通过总线与汇聚节点(2)相连，其中N大于等于11并小于等于24，每个惯性传感节点(1)包括第一微处理器(3)、惯性测量单元(4)、第一收发模块(5)、第一电源模块(6)；第一电源模块(6)为惯性传感节点(1)提供工作电压，惯性测量单元(4)和第一收发模块(5)均与第一微处理器(3)相连；所述汇聚节点(2)包括处理模块(7)、第二微处理器(8)、WIFI模块(9)、三个第二收发模块(10)和第二电源模块(11)，第二电源模块(11)为汇聚节点(2)提供工作电压，处理模块(7)和第二收发模块(10)均与第二微处理器(8)相连，WIFI模块(9)与处理模块(7)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第一电源模块(6)包括电源芯片U1、电容C7-C8、电感L1、电阻R25、电池，电源芯片U1的电源输入引脚、使能引脚、电阻R25的一端、电容C7的一端均与电感L1的一端相连，电感L1的另一端与电池输出的电压V_BAT相连，电阻R25的另一端与电源芯片U1的调整输入引脚相连，电容C7的另一端接数字地；电源芯片U1的接地引脚接数字地；电源芯片U1的电源输出引脚输出电压VCC，VCC与电感C8的一端相连，电感C8的另一端接数字地。3.根据权利要求2所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第一微处理器(3)包括处理芯片U3、电容C10-C11、电容C16、电容C18、电感L2、电阻R18、发光二极管LED1、时钟芯片Y1，处理芯片U3的电源引脚与VCC相连，接地引脚接数字地；处理芯片U3的电源输出引脚与电容C10的一端相连，电容C10的另一端接数字地；处理芯片U3的USB调节器输入引脚分别与电容C11的一端和电感L2的一端相连，电容C11的另一端接数字地，电感L2的另一端接V_BAT；处理芯片U3的模拟电源引脚和最高参考电压引脚均接VCC，最低参考电压引脚和模拟接地引脚均接数字地；处理芯片U3的一输入输出引脚与发光二极管LED1的负极相连，发光二极管LED1的正极与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端接VCC；时钟芯片Y1的使能控制引脚分别与处理芯片U3的晶体驱动输出引脚和电容C16的一端相连，电容C16的另一端接数字地，时钟芯片Y1的输出引脚分别与处理芯片U3的外部时钟输入引脚和电容C18的一端相连，电容C18的另一端接数字地，时钟芯片Y1的使能控制引脚和输出引脚之间接一个电阻R22，时钟芯片Y1的接地引脚和电源引脚都接数字地。4.根据权利要求3所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述惯性测量单(4)包括九轴传感芯片U5、电容C12-C14、电阻R7-R8、电阻R16，九轴传感芯片U5的电源保留引脚、电源引脚和片选信号引脚均与VCC相连；九轴传感芯片U5的电源引脚还分别与电容C12的一端和电容C14的一端相连，电容C12的另一端和电容C14的另一端均接数字地；九轴传感芯片U5的调节器输出引脚和电容C13的一端相连，电容C13的另一端分别与九轴传感芯片U5的从地址引脚和数字地相连；九轴传感芯片U5的帧同步数字输入引脚、接地引脚、接地保留引脚均接数字地；九轴传感芯片U5的中断数字输出引脚和电阻R16的一端相连，电阻R16的另一端和处理芯片U3的输入输出引脚相连；九轴传感芯片U5的数据线引脚与处理芯片U3的第二数据线引脚相连；九轴传感芯片U5的时钟线引脚和处理芯片U3的第二时钟线引脚相连；九轴传感芯片U5的工作时钟引脚和电阻R7的一端相连，数字分量串行接口引脚和电阻R8的一端相连，电阻R7的另一端和电阻R8的另一端均接VCC。5.根据权利要求4所述的一种基于惯性测量单元的人体全身运动捕获装置，其特征在于，所述第一收发模块(5)包括RS485收发芯片U2、电容C1、电阻R1-R6，RS485收发芯片U2的接收器输出引脚分别和处理芯片U3的数据接收引脚及电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端分别与VCC和电容C1的一端相连，电容C1的另一端接数字地；RS485收发芯片U2的接收器输出使能引脚和驱动器输出使能引脚均与处理芯片U3的收发模块引脚相连；RS485收发芯片U2的驱动器输入引脚与处理芯片U3的数据发送引脚相连；RS485收发芯片U2的接地引脚接数字地；RS485收发芯片U2的接收器同相输入引脚分别与电阻R1的一端和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端接VCC，电阻R3的另一端作为数据正引脚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张怡颖，金文光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33