【技术实现步骤摘要】
本公开涉及人体运动姿态，尤其涉及一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法、装置及介质。
技术介绍
1、随着计算机技术和传感器技术的迅猛发展，通过不同的手段获取人体各个部位的运动状态参数，是解决医学、虚拟现实、游戏、模拟训练、人体工程学等领域一些实际问题的重要研究方向。时至今日，人体动作的实时捕捉已广泛应用于各个领域，如康复患者的运动监测、外骨骼机器人穿戴者的步态预测以及电影cg制作中人物动作的获取等。
2、常见的人体动作捕捉的设备有光学动作捕捉系统，惯性测量单元，gps姿态测量系统等。其中，以光学动作捕捉系统的精度最高。然而光学动作捕捉系统价格昂贵，操作繁琐，一般只能在室内使用，实用性受限。而惯性测量单元具有体积小、成本低、功耗低、无线传输等优势，适用于对测量精度、动态性能、实时性等均有一定要求场景中。
3、惯性测量单元可通过集成的陀螺仪和加速度计采集角速度和加速度信息。利用惯性测量单元捕捉人体动作的方式一般为通过佩戴惯性测量单元，间接采集人体的运动数据，构建人体的运动学模型，对人体的运动姿态进行解算。这种方法具体为将人体的各肢体部位假设为通过铰链连接的刚体，相邻部位的自由度依据人体关节实际的自由度而确定，测量或计算出肢体或关节轴与惯性测量单元的相对位置，再根据惯性测量单元的姿态解算肢体的运动姿态。
4、在解算肢体或关节轴与惯性测量单元相对位置的方法中，目前精度较高的方法普遍需要在运动前对人体的姿态进行校正，如在佩戴时就使得传感器与肢体的轴线对齐，或者让人体做出指定的动作来标定传感器的位置。
技术实现思路
1、本公开提出了一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法、装置及介质，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、本公开第一方面实施例提出了一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法，包括：在肢体安置惯性测量单元，并定义肢体坐标系；利用惯性测量单元，在预设采样时间内采集肢体运动而产生的加速度和角速度；基于加速度和角速度，通过约束方程计算求解肢体坐标系与惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵；利用惯性测量单元采集采样时间之后肢体运动而产生的新的加速度和角速度，并利用新的加速度和角速度更新旋转矩阵；以及基于旋转矩阵与惯性测量单元相对于地球坐标系的姿态参数，确定肢体坐标系中任一向量相对于地球坐标系的坐标。
3、本公开第二方面实施例提出了一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量装置，包括：定义模块，用于在肢体安置惯性测量单元，并定义肢体坐标系；采集模块，用于利用惯性测量单元，在预设采样时间内采集肢体运动而产生的加速度和角速度；计算模块，用于基于加速度和角速度，通过约束方程计算求解肢体坐标系与惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵；更新模块，用于利用惯性测量单元采集采样时间之后肢体运动而产生的新的加速度和角速度，并利用新的加速度和角速度更新旋转矩阵；以及确定模块，用于基于旋转矩阵与惯性测量单元相对于地球坐标系的姿态参数，确定肢体坐标系中任一向量相对于地球坐标系的坐标。
4、本公开第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开实施例的基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法。
5、本公开第四方面实施例提出了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开实施例公开的基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法。
6、本实施例中，通过在肢体安置惯性测量单元，并定义肢体坐标系，并利用惯性测量单元，在预设采样时间内采集肢体运动而产生的加速度和角速度，并基于加速度和角速度，通过约束方程计算求解肢体坐标系与惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵，利用惯性测量单元采集采样时间之后肢体运动而产生的新的加速度和角速度，并利用新的加速度和角速度更新旋转矩阵，以及基于旋转矩阵与惯性测量单元相对于地球坐标系的姿态参数，确定肢体坐标系中任一向量相对于地球坐标系的坐标，无需在肢体运动前对姿态进行校正，并且可以对转转矩阵进行更新，能够在运动过程中识别抖动或窜动现象，具有一定的抗窜动能力。
7、本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
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1.一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在肢体安置惯性测量单元，并定义肢体坐标系，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述第一肢体、第二肢体、第三肢体分别为大臂、小臂、手部，所述第一关节为肘关节，所述第二关节为腕关节；
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述加速度和角速度，通过约束方程计算求解所述肢体坐标系与惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵，包括：
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述惯性测量单元采集所述采样时间之后肢体运动而产生的新的加速度和角速度，并利用所述新的加速度和角速度更新所述旋转矩阵，包括：
6.一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量装置，其特征在于，包括：
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，定义模块，具体用于：
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，其中，所述第一肢体、第二肢体、第三肢体分别为大臂、小臂、手部，所述第一关节为肘关节，所述第二关节为腕关节；
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算模块，具体用于：
10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于惯性测量单元的肢体运动姿态测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在肢体安置惯性测量单元，并定义肢体坐标系，包括：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述第一肢体、第二肢体、第三肢体分别为大臂、小臂、手部，所述第一关节为肘关节，所述第二关节为腕关节；
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述加速度和角速度，通过约束方程计算求解所述肢体坐标系与惯性测量单元坐标系之间的旋转矩阵，包括：
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述惯性测量单元采集所述采样时间之后肢体运动而产生的新...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘英杰，郦高亮，齐庆杰，陈昌兵，仙文豪，李丹，柴佳美，吴兵，程会锋，马天放，王月，
申请(专利权)人：煤炭科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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