所屬技術領域

本發(fā)明涉及人手運動功能識別系統(tǒng)領域，可用于人手關節(jié)耦合測量、人手運動功能評定、人手康復檢測等領域的一種人手運動實時采集裝置。

背景技術

人手具有復雜的結構，可以完成各種復雜精巧的操作。由于人手內部復雜分布的生物力學驅動方式和手指骨骼、關節(jié)結構約束的存在，手指運動時存在指內約束與指間約束兩種約束方式.所以準確的描述人手運動及反映手指間的運動關系對人手運動功能評定、人手康復檢測等具有重要的意義。

目前人手運動測量有三種方式，一種是數據手套，一種是計算機視覺，一種是磁共振(MR).數據手套的典型代表Cyberglove，計算機視覺的典型代表為Kinect，磁共振屬于專用醫(yī)療設備.

上述各種產品中Kinect主要應用于體感游戲領域，但對關節(jié)測量而言精度較低，其他兩種雖然精度可以保證，但使用條件受限，價格較高，難以廣泛應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明是為了研制出一種人手運動實時采集裝置，實時測量人手運動時手部各關節(jié)的屈/曲、內收/外展角度信息，利用數學建模方法將運動信息映射至人手模型，實時解析并展示人手構型、手指各關節(jié)運動速度、運動范圍、指內關節(jié)與指間關節(jié)的運動耦合關系等信息，可用于人手關節(jié)運動檢測、人手運動功能評定、人手康復檢測等領域。

本發(fā)明提出的人手運動實時采集裝置，包括：

1)運動采集模塊。包括15個獨立的運動信息采集單元，每個采集單元通過快拆彈性裝置按照統(tǒng)一的順序，分別安裝于人手各指節(jié)的背面(拇指指節(jié)為：掌骨、近節(jié)指骨、末節(jié)指骨；其余4指相同，指節(jié)分別為：近節(jié)指骨、中節(jié)指骨、末節(jié)指骨)，用于測量手指關節(jié)的屈/曲，內收/外展角度信息，并通過RS232接口將采集數據實時傳輸至電腦處理器。

2)數據處理模塊.對運動采集模塊采集原始信息進行數據濾波處理，并結合加速度傳感器、磁力傳感器和陀螺儀傳感器數據對姿態(tài)信息進行修正與聯合解算，減小常值漂移誤差與噪聲干擾，提高數據準確率。

3)人手建模。參考GB-T16252-1996對測試人手進行尺寸測量，然后利用DH建模方法建立人手運動學模型，并將運動信息映射至人手模型，得到人手運動時各個時刻的人手構型.

4)人手運動信息展示模塊。將運動時各個時刻的人手構型通過動畫的形式實時展示于顯示窗口中，并可通過數據表格的形式實時展示出各關節(jié)運動速度、運動范圍信息，且可根據用戶選擇展示出運動時指間關節(jié)與指內關節(jié)的耦合特征。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的人手運動信息采集裝置的流程框圖。

圖2是本發(fā)明提出的人手運動信息采集裝置的工作示意圖。

圖2中，1是運動采集單元，2是人手骨骼模型，3是計算機.

具體實施方式

本發(fā)明提出的人手運動信息采集裝置的流程框圖如圖1所示，工作示意圖如圖2所示，具體組成模塊包括：

1)運動采集模塊.包括15個獨立的運動信息采集單元1，每個采集單元通過快拆彈性裝置按照統(tǒng)一的順序，分別安裝于人手2的各指節(jié)背面(拇指指節(jié)為：掌骨、近節(jié)指骨、末節(jié)指骨；其余四指相同，指節(jié)分別為：近節(jié)指骨、中節(jié)指骨、末節(jié)指骨)，用于測量手指關節(jié)的屈/曲，內收/外展角度信息，并通過RS232接口將采集數據實時傳輸至計算機處理器3.

2)數據處理模塊.對運動采集模塊采集原始信息進行數據濾波處理，并結合加速度傳感器、磁力傳感器和陀螺儀傳感器數據對姿態(tài)信息進行修正與聯合解算，減小常值漂移誤差與噪聲干擾，提高數據準確率.

3)人手2建模.參考GB-T16252-1996對測試人手2進行尺寸測量，然后利用DH建模方法建立人手2的運動學模型，并將運動信息映射至人手2的模型，得到人手2運動時各個時刻的人手2的構型。

4)人手2運動信息展示模塊。將運動時各個時刻人手2的構型通過動畫的形式實時展示于顯示窗口中，并可通過數據表格的形式實時展示出人手2各關節(jié)的運動速度、運動范圍信息，且可根據用戶選擇展示出人手2運動時指間關節(jié)與指內關節(jié)的耦合特征。