外骨骼评价系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种外骨骼评价系统及其使用方法，外骨骼评价系统包括：姿态捕获模块、压力测量模块和数据分析模块，姿态捕获模块包括图像读取单元和姿态分析单元；图像读取单元用于读取相机所拍摄的图像，并将相机所拍摄外骨骼运动的视频流中的图像帧传送至姿态分析单元；姿态分析单元对图像帧通过实时2D姿态估计算法进行分析，再结合相机信息、相机间位置关系和人体先验信息，通过3DPS模型解算得到外骨骼运动过程中的实时三维姿势关节点信息D；压力测量模块读取2个压力传感器的数据，基于上述信息对静止和运动过程中的外骨骼进行评估。本发明专利技术可以在不添加任何标记点的情况下获得外骨骼的精确运动过程。

【技术实现步骤摘要】
外骨骼评价系统及其使用方法
本专利技术属于外骨骼评价
，具体来说涉及一种外骨骼评价系统及其使用方法。
技术介绍
目前，外骨骼的穿戴效果主要依靠主观分析，由于评估人员的个体感觉认知差异，主观感受依赖人的感觉，使外骨骼性能的评估存在着很大的不确定性。而对于外骨骼来说，穿戴效果是评价外骨骼性能的重要参数。现有外骨骼主要依靠角度传感器、加速度传感器、力矩传感器等评价受力情况，对于穿戴效果主要依靠主观分析。目前的三维运动捕捉平台虽然也可以捕捉到外骨骼工作时的精确运动过程，但是使用和分析流程复杂，需要通过反射标记物或特定传感器记录三维骨骼关节点，从而建立运动学或动力学模型。这类运动捕捉平台造价昂贵，需要特定的空间和固定的摄像系统，因此设计简单便携的外骨骼评价系统，对于改进外骨骼设计和性能具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种外骨骼评价系统，该外骨骼评价系统能够可以在不添加任何标记点的情况下获得外骨骼的实时运动数据，并不需要固定的实验环境，简单便携，成本低廉，通过对外骨骼性能的评估，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外骨骼评价系统，其特征在于，包括：姿态捕获模块、压力测量模块和数据分析模块，为使用者穿戴上外骨骼，选定待测关节点，待测关节点的数量为1个或多个，每个待测关节点为第i个关节点，在外骨骼的周围以外骨骼为中心设置有一相机组，相机组包括多台相机；/n姿态捕获模块包括图像读取单元和姿态分析单元；/n图像读取单元用于读取相机所拍摄的图像，并将相机所拍摄的外骨骼运动视频流中的图像帧传送至姿态分析单元；/n姿态分析单元对图像帧通过实时2D姿态估计算法进行分析，得到每个相机视角下的外骨骼的2D运动姿态信息

【技术特征摘要】
1.一种外骨骼评价系统，其特征在于，包括：姿态捕获模块、压力测量模块和数据分析模块，为使用者穿戴上外骨骼，选定待测关节点，待测关节点的数量为1个或多个，每个待测关节点为第i个关节点，在外骨骼的周围以外骨骼为中心设置有一相机组，相机组包括多台相机；
姿态捕获模块包括图像读取单元和姿态分析单元；
图像读取单元用于读取相机所拍摄的图像，并将相机所拍摄的外骨骼运动视频流中的图像帧传送至姿态分析单元；
姿态分析单元对图像帧通过实时2D姿态估计算法进行分析，得到每个相机视角下的外骨骼的2D运动姿态信息其中，依次代表第v个相机中第i个关节点的横坐标、纵坐标，代表第v个相机中第i个关节点和与第i个关节点相邻的第e个关节点的连接概率；再结合相机信息、相机间位置关系和人体先验信息，通过3DPS模型解算得到外骨骼运动过程中的实时的三维姿势关节点信息D；
压力测量模块读取2个压力传感器的数据，其中，2个压力传感器分别安装在使用者左右两脚的脚底板下，每个压力传感器包括至少2个压力测量单元，脚底板下的前部和后部各分布至少有1个压力测量单元，压力测量模块将压力传感器的数据传输至数据分析模块；
在外骨骼静止时：数据分析模块根据2个脚底板下每个压力传感器的数据，计算得到每个脚底板下各个区域的压力均值，基于压力均值获得外骨骼的合适度；
在外骨骼运动时：数据分析模块读取三维姿势关节点信息，并根据三维姿势关节点信息计算外骨骼各关节点的运动频率、峰值高度均值和运动量，再根据外骨骼运动时2个脚底板的压力传感器的数据，计算得到每个脚底板下各个区域的实时压力。


2.根据权利要求1所述的外骨骼评价系统，其特征在于，待测关节点为鼻、颈部、左肩、右肩、左肘、右肘、左手腕、右手腕、左腰、右腰、左膝、右膝、左脚踝和右脚踝中的一个或多个。


3.根据权利要求1所述的外骨骼评价系统，其特征在于，相机带有彩色镜头；
所述相机组内相机的数量至少为4台，外骨骼始终出现在至少3个相机的视野中；
相机组内全部相机所围成的面积小于10m*10m。


4.根据权利要求1所述的外骨骼评价系统，其特征在于，实时2D姿态估计算法采用Openpose算法，对于每一个图像帧，Openpose算法计算输出以下信息：等于Openpose算法中的PAF分数。


5.根据权利要求1所述的外骨骼评价系统，其特征在于，相机信息为相机内参K，相机间位置关系为相机间旋转矩阵R和平移矩阵T,相机间旋转矩阵R和平移矩阵T通过相机标定得到；
相机内参K：中，fx,fy为相机的焦距，x0,y0分别为相机主点坐标的横坐标、纵坐标，s为坐标轴倾斜参数。


6.根据权利要求1所述的外骨骼评价系统，其特征在于，3DPS(3Dpictorialstructure)模型的公式为其中，I＝{Iv|v＝1,...,V}为所有相机视角下的图像帧的公式，Iv代表第v个相机的图像帧，全部相机的数量为V；D代表三维姿势关节点信息，D＝{di|i＝1,...,N}，N为关节点的数量，di为第i个关节点的3D位置；πv(di)为第i个关节点的3D位置在第v个相机视角下的2D投影...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈玲玲，尹健，闫慧炯，谢良，印二威，刘通，
申请(专利权)人：河北工业大学，天津滨海人工智能军民融合创新中心，
类型：发明
国别省市：天津;12