一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法技术

本发明专利技术公开了一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法。步骤1：安置IMU，并建立关节生理运动学约束；步骤2：利用步骤1的IMU，当IMU的采样点数超过100个时，根据约束方程，运行优化程序，利用高斯‑牛顿法估算关节轴线及关节位置向量；步骤3：利用求解出的关节轴线和关节位置向量，通过加速度信息和角速度积分，分别求得两组关节角度；步骤4：通过互补滤波对步骤3中两个关节角度求加权平均，求解出的关节角度。本发明专利技术目的在于对人体下肢IMU信号进行解码，并根据人体下肢运动学模型实时解算下肢髋关节、膝关节以及踝关节角度。

【技术实现步骤摘要】
一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法
本专利技术属于温室
；具体涉及一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法。
技术介绍
时至今日，人们对于生活与工作的便捷性和舒适性地要求愈发提高。因此，在人体活动时利用下肢柔性外骨骼对人体进行助力，代替人体肌肉系统做功，从而降低人体的能量消耗受到越来越广泛的关注。在人体助力的研究中，如何优化助力曲线，提高外骨骼的助力效果和用户体验已经有越来越多的研究者参与其中。外骨骼助力曲线的依据便是人体行走时自身的关节角度曲线，然而在目前的研究中，由于难以便捷地获取实验者的下肢关节角度信息，多数的研究者只能基于统计学规律的关节角度曲线或基于一套复杂前期准备的关节角度算法计算角度曲线进而为实验者助力，这导致外骨骼的助力曲线难以准确地反映使用者的个体差异和步态变化，也不能依据使用的活动状态实时做出调整。上述问题大大降低了外骨骼的助力效果，同时也削弱了使用者的用户体验，已经成为急需克服的难题。斯坦福大学的Kan等人制作了专用的机械装置来测量人体运动信息，其中，关节角度由关节处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法，其特征在于，所述采集方法具体步骤为：/n步骤1：安置IMU，并建立关节生理运动学约束；/n步骤2：利用步骤1的IMU，当IMU的采样点数超过100个时，根据约束方程，运行优化程序，利用高斯-牛顿法估算关节轴线及关节位置向量；/n步骤3：利用求解出的关节轴线和关节位置向量，通过加速度信息和角速度积分，分别求得两组关节角度；/n步骤4：通过互补滤波对步骤3中两个关节角度求加权平均，求解出关节角度。/n

【技术特征摘要】
1.一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法，其特征在于，所述采集方法具体步骤为：
步骤1：安置IMU，并建立关节生理运动学约束；
步骤2：利用步骤1的IMU，当IMU的采样点数超过100个时，根据约束方程，运行优化程序，利用高斯-牛顿法估算关节轴线及关节位置向量；
步骤3：利用求解出的关节轴线和关节位置向量，通过加速度信息和角速度积分，分别求得两组关节角度；
步骤4：通过互补滤波对步骤3中两个关节角度求加权平均，求解出关节角度。


2.根据权利要求1所述一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法，其特征在于，所述步骤1具体为，将IMU置于大腿或小腿，获取放置在人体大腿、小腿的任意位置的IMU的传感信息，即测量的角速度和加速度信息，建立关节生理约束方程如下：
||ω1×j1||-||ω2×j2||＝0(1)
ω1,ω2分别为大腿和小腿上IMU测量的角速度，j1，j2分别为关节轴线在大腿、小腿上IMU的坐标表示；关节轴线为关节旋转的轴线，其在不同的IMU固连坐标系中的坐标表达不同：



a1,a2分别为大腿和小腿上IMU测量的加速度，r1,r2分别为从大腿、小腿上的IMU固连坐标系原点到关节旋转轴上任一点的关节位置向量。


3.根据权利要求1所述一种无需标准矫正姿势的基于惯性传感器的人体动作采集方法，其特征在于，所述步骤2具体为，将(1)和(2)两个关节生理运动学约束等式左侧作为目标函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣淳植，姜峰，杨炽夫，王学嘉，张龙海，张浩，李芳卓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23