用于万向行走设备的脚部定位方法技术

本发明专利技术特别涉及一种用于万向行走设备的脚部定位方法，包括如下步骤：S1、通过摄像头拍摄用户脚部图像；S2、控制单元根据每个摄像头拍摄的图像分别拟合用户脚部运动曲线；S3、控制单元根据曲线方程计算出用于脚部在行走平面内落点与该摄像头的光轴夹角；S4、控制单元根据所有摄像头的光轴夹角以及摄像头的位置信息计算得到用户脚部位置。通过设置两个及以上的摄像头从不同的角度拍摄用户脚部图像，我们根据摄像头的光轴以及落脚点和光轴的夹角就可以绘制出落脚点和摄像头之间的连线，两条以上的连线就会有交点且该交点就是落脚点位置，这种方式求解过程很简单，需要处理的数据也非常少。

【技术实现步骤摘要】
用于万向行走设备的脚部定位方法
本专利技术涉及虚拟现实设备
，特别涉及一种用于万向行走设备的脚部定位方法。
技术介绍
虚拟现实就是虚拟和现实相互结合，从理论上来讲，虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，使用户沉浸到该环境中。虚拟现实技术就是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。虚拟现实技术受到了越来越多人的认可，用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性与现实世界难辨真假，让人有种身临其境的感觉；虚拟现实具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统；它具有超强的仿真系统，真正实现了人机交互，使人在操作过程中，可以随意操作并且得到环境最真实的反馈。正是虚拟现实技术的存在性、多感知性、交互性等特征使它受到了许多人的喜爱。为了提高用户的沉浸感受，除了给用户戴上VR眼镜模拟周围环境外，一般还会设计一种承托用户的万向跑步机，将真实世界的行走、跑步等动作，变成虚拟空间里的相应运动，并且保证用户朝着任意方向运动时都不会脱离跑步机本体范围以外。这种设备目前极其少见，常见的传统跑步机很难实现任意方向的运动。目前最常见的万向跑步机结构如下：包括一个呈锅状的本体，用户穿上低摩擦力的鞋子或者带有滚轮的鞋子以后，在锅状本体上行走，这样不管用户怎么走，都会滑回锅里。这是目前较好的万向跑步机解决方案，但在实际体验中我们发现，在这种结构的跑步机上行走与在真实地面上行走的感觉很不一样，这种走路方式有点像是上坡时鞋底太滑，结果怎么走都走不动，但是也不会滑下去，行走在这种跑步机上，体验非常差，因此未能得到有效的推广。为了提高跑步机的真实体验，有很多其他结构的万向跑步机被专利技术出来，在很多结构中，需要对用户的脚进行定位，以方便万向跑步机能够可靠的运行，现有技术中基本没有可以可靠定位用户脚部的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于万向行走设备的脚部定位方法，可以快速、准确的计算出脚部位置。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为：一种用于万向行走设备的脚部定位方法，包括如下步骤：S1、通过摄像头拍摄用户脚部图像，其中摄像头设置有两个或两个以上，摄像头的光轴方向位于用户的行走平面内且各摄像头的光轴之间具有夹角，摄像头的拍摄频率大于10次/秒；S2、控制单元根据每个摄像头拍摄的图像分别拟合用户脚部运动曲线；S3、控制单元根据曲线方程计算出用于脚部在行走平面内落点与该摄像头的光轴夹角；S4、控制单元根据所有摄像头的光轴夹角以及摄像头的位置信息计算得到用户脚部位置。与现有技术相比，本专利技术存在以下技术效果：通过设置两个及以上的摄像头，从不同的角度拍摄用户脚部图像，然后计算出每个摄像头中脚部位置，这里不计算脚部的具体位置，而是计算其与摄像头光轴之间的夹角；摄像头在设置的时候，其光轴已经得以确定，我们根据摄像头的光轴以及落脚点和光轴的夹角就可以绘制出落脚点和摄像头之间的连线，两条以上的连线就会有交点且该交点就是落脚点位置，这种方式求解过程很简单，需要处理的数据也非常少。附图说明图1是基于该定位方法的万向行走设备实施例一示意图；图2是基于该定位方法的万向行走设备实施例二示意图；图3是是鞋底的结构示意图；图4是鞋底的爆炸结构示意图；图5是安装台结构示意图；图6是安装台不含转动板的结构示意图；图7是转动板的结构示意图；图8是安装台的剖视图；图9是实施例一中踏板的示意图；图10是实施例一中支撑座的示意图；图11是实施例一中底座的结构示意图；图12是实施例一中底座的另一个角度结构示意图；图13是实施例一中上盖板和第二驱动单元的结构示意图；图14是实施例一中底座的剖视图；图15是实施例二中踏板的示意图；图16是实施例二中支撑座的结构示意图；图17是实施例二中踏板的剖视图；图18是实施例二中底座的结构示意图；图19是实施例二中图18中去掉上盖板和第二驱动板后的结构示意图；图20是实施例二中底座的剖视图；图21是扶手的结构示意图；图22是实施例一中踏板和底座的结构示意图。具体实施方式下面结合图1至图22，对本专利技术做进一步详细叙述。参阅图1和图2，一种用于万向行走设备的脚部定位方法，包括如下步骤：S1、通过摄像头70拍摄用户脚部图像，其中摄像头70设置有两个或两个以上，摄像头70的光轴方向位于用户的行走平面内且各摄像头70的光轴之间具有夹角，摄像头70的拍摄频率大于10次/秒；S2、控制单元根据每个摄像头70拍摄的图像分别拟合用户脚部运动曲线；S3、控制单元根据曲线方程计算出用于脚部在行走平面内落点与该摄像头70的光轴夹角；S4、控制单元根据所有摄像头70的光轴夹角以及摄像头70的位置信息计算得到用户脚部位置。通过设置两个及以上的摄像头70，从不同的角度拍摄用户脚部图像，然后计算出每个摄像头70中脚部位置，这里不计算脚部的具体位置，而是计算其与摄像头70光轴之间的夹角；摄像头70在设置的时候，其光轴已经得以确定，我们根据摄像头70的光轴以及落脚点和光轴的夹角就可以绘制出落脚点和摄像头70之间的连线，两条以上的连线就会有交点且该交点就是落脚点位置，这种方式求解过程很简单，需要处理的数据也非常少。参阅图1-图4，为了更方便的识别出脚部和光轴的夹角，这里优选地，所述用户脚部的鞋底50上设置有条形凹槽51，条形凹槽51中设置有弹片52，弹片52的一端插置在条型凹槽51一端设置的插孔511中，弹片52的另一端呈悬伸状并设置有LED灯珠521，LED灯珠521位置处的条形凹槽51槽底固定设置有按压式常闭开关512，LED灯珠521的正极通过按压式常闭开关512连接电源正极，LED灯珠521的负极直接连接电源负极，条型凹槽51的槽口处设置有盖板53，弹片52在正常状态下LED灯珠521自盖板53上开设的孔洞中伸出，用户踩下时LED灯珠521克服弹片52的弹性作用力缩回条形凹槽51中并打开按压式常闭开关512断开电源和LED灯珠521的连接。这样设置以后，当用户踩在踏板10上的时候，LED灯珠521就会缩进条形凹槽51中，并激活按压式常闭开关，控制电源和LED灯珠521之间断开，从而熄灭LED灯珠521；当用户抬脚时，LED灯珠521就会在弹片52的作用力下弹出，从盖板53上的孔洞中伸出，并且此时松开按压式常闭开关512，电源和LED灯珠521就会导通，从而点亮LED灯珠521。LED灯珠521的位置可以设置在鞋底50的中间部位，这样计算得到的LED灯珠521位置就就相当于用户脚部位置。这里之所以设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：包括如下步骤：/nS1、通过摄像头(70)拍摄用户脚部图像，其中摄像头(70)设置有两个或两个以上，摄像头(70)的光轴方向位于用户的行走平面内且各摄像头(70)的光轴之间具有夹角，摄像头(70)的拍摄频率大于10次/秒；/nS2、控制单元根据每个摄像头(70)拍摄的图像分别拟合用户脚部运动曲线；/nS3、控制单元根据曲线方程计算出用于脚部在行走平面内落点与该摄像头(70)的光轴夹角；/nS4、控制单元根据所有摄像头(70)的光轴夹角以及摄像头(70)的位置信息计算得到用户脚部位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、通过摄像头(70)拍摄用户脚部图像，其中摄像头(70)设置有两个或两个以上，摄像头(70)的光轴方向位于用户的行走平面内且各摄像头(70)的光轴之间具有夹角，摄像头(70)的拍摄频率大于10次/秒；
S2、控制单元根据每个摄像头(70)拍摄的图像分别拟合用户脚部运动曲线；
S3、控制单元根据曲线方程计算出用于脚部在行走平面内落点与该摄像头(70)的光轴夹角；
S4、控制单元根据所有摄像头(70)的光轴夹角以及摄像头(70)的位置信息计算得到用户脚部位置。


2.如权利要求1所述的用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：所述用户脚部的鞋底(50)上设置有条形凹槽(51)，条形凹槽(51)中设置有弹片(52)，弹片(52)的一端插置在条型凹槽(51)一端设置的插孔(511)中，弹片(52)的另一端呈悬伸状并设置有LED灯珠(521)，LED灯珠(521)位置处的条形凹槽(51)槽底固定设置有按压式常闭开关(512)，LED灯珠(521)的正极通过按压式常闭开关(512)连接电源正极，LED灯珠(521)的负极直接连接电源负极，条型凹槽(51)的槽口处设置有盖板(53)，弹片(52)在正常状态下LED灯珠(521)自盖板(53)上开设的孔洞中伸出，用户踩下时LED灯珠(521)克服弹片(52)的弹性作用力缩回条形凹槽(51)中并打开按压式常闭开关(512)断开电源和LED灯珠(521)的连接。


3.如权利要求2所述的用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：包括踏板(10)、底座(20)以及安装台(30)，所述的踏板(10)包括用于托撑用户脚部的支撑板(11)以及第一驱动单元，第一驱动单元驱动支撑板(11)转动，底座(20)用于托撑踏板(10)且底座(20)内设置有第二驱动单元(23)用于驱动踏板(10)沿底座(20)的径向方向运动，安装台(30)用于托撑底座(20)且安装台(30)内设置有第三驱动单元用于驱动底座(20)的转动，安装台(30)上固定安装有四个摄像头(70)，四个摄像头(70)呈位于正方形的四个顶角状态设置，四个摄像头(70)与底座(20)中心之间的距离相等且各摄像头(70)的光轴均指向底座(20)中心；支撑板(11)的上板面即构成行走平面。


4.如权利要求3所述的用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：所述的步骤S2中，按如下步骤拟合脚部运动曲线：
S21、建立二维坐标系，二维坐标系的X轴沿竖直方向布置且Y轴位于行走平面内，X轴、Y轴以及摄像头(70)的光轴三者两两垂直且三者交点为坐标系原点；
S22、控制单元识别所拍摄用户脚部图像中的LED灯珠(521)位置得到该图像中脚部坐标；
S23、控制单元根据计算得到的坐标拟合抛物线方程得到脚部运动曲线。


5.如权利要求4所述的用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：所述的步骤S3中，按如下步骤计算脚部落点与摄像头(70)的光轴夹角：
S31、计算步骤S23中抛物线与X轴两个交点的横坐标；
S32、根据以下公式计算光轴夹角：θ＝tan-1(X/L)，式中X是步骤S31中与原点最近的那个交点的横坐标，L是摄像头(70)与底座(20)中心之间的距离；
所述的步骤S4中，按如下步骤计算用户脚部位置：
S41、以底座(20)中心为原点、以行走平面为二维平面、以任一个摄像头(70)所在方位为X轴建立二维坐标系；
S42、根据摄像头(70)与底座(20)中心之间的距离以及方位得到各摄像头(70)的坐标(L,0)、(0,L)、(-L,0)、(0,-L)；
S43、根据坐标(L,0)处摄像头(70)的光轴夹角θ1求得第一直线方程：(y-0)＝tan(π-θ1)·(x-L)；
根据坐标(0,L)处摄像头(70)的光轴夹角θ2求得第二直线方程：(y-L)＝tan(π/2-θ2)·(x-0)；
根据坐标(-L,0)处摄像头(70)的光轴夹角θ3求得第三直线方程：(y-0)＝tan(-θ3)·(x+L)；
根据坐标(0,-L)处摄像头(70)的光轴夹角θ3求得第四直线方程：(y+L)＝tan(π/2-θ4)·(x-0)；
S44、根据第一直线、第二直线、第三直线以及第四直线的方程求解这四条直线的所有交点坐标；
S45、求解包含所有交点的最小外接圆，并将该圆的圆心坐标转换成极坐标后作为落脚点的极坐标输出。


6.如权利要求5所述的用于万向行走设备的脚部定位方法，其特征在于：所述的安装台(30)包括圆盘状本体(31)，本体(31)上设置有第二沉孔(311)，第二沉孔(311)内设置有台阶(312)且台阶面上设置有第三半球形孔洞(313)用于容纳滚珠(...

【专利技术属性】
技术研发人员：童丹桂，李传红，
申请(专利权)人：安庆美特优智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34