一种外骨骼动作捕捉控制器的制作方法

本实用新型属于动作捕捉技术领域，具体涉及一种外骨骼动作捕捉控制器。

背景技术：

如今是一个游戏发展迅猛的时代，从移动平台到家用固定平台，游戏机种类繁多，想要玩到一个优秀的游戏，控制虚拟世界中的人物，控制端的输入设备变得尤为重要，但现有的控制方式存在很多弊端，不能达到虚拟和现实的同步。

目前市场上现有的控制方式，采用摄像头捕捉动作相对昂贵；或者使用传统的游戏手柄没有带入感。

而对于一些特定类型游戏控制，如在控制车类和飞机等游戏时，通过简单的操作即可控制角色运动，但是控制类人形的机器人角色传统的控制方式就很难达到理想的控制效果了。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单，成本低的外骨骼动作捕捉控制器。通过可穿戴式的外骨骼结构以及安装在外骨骼内的动作捕捉传感器以及用于数据处理的微控制器，将用户现实的运动数据处理后发送给终端，起到控制游戏中角色运动的目的。

本实用新型所提供的外骨骼动作捕捉控制器，包括主体支架1、上臂支杆2、小臂支杆3、手部握把4、主控驱动装置5和旋转角度传感器6；

所述上臂支杆2、小臂支杆3和手部握把4分为左右两组；两个上臂支杆2上端分别设置在主体支架1左右两侧，活动连接；小臂支杆3的上端同对应的上臂支杆2下端，活动连接；手部握把4同对应的小臂支杆3下端，活动连接；所述旋转角度传感器6设置在各个活动连接处；

所述手部握把4供使用者握持，其上设有控制器7；

所述主控驱动装置5设置在主体支架1上，内设有控制电路板和电源，主控驱动装置5同各个旋转角度传感器6和控制器7数据连接（有线或无线连接）；

所述主体支架1设置在人体背部，包括背部支撑结构和人体固定装置8；所述人体固定装置8用于使主体支架1与人体之间没有相对位移。

本实用新型中，所述活动连接为转轴转动连接；所述旋转角度传感器6设置在转轴上，能记录转轴转动角度，并将数据传送给主控驱动装置5。

本实用新型中，所述上臂支杆2和小臂支杆3的活动连接为Y轴向旋转连接。

本实用新型中，所述上臂支杆2和小臂支杆3为长度可调节支架。

本实用新型中，所述小臂支杆3分为固定杆和滑动杆两各部分；固定杆同上臂支杆2连接，上设有滑槽；滑动杆一端设有凸起的滑块，能在滑槽中滑动，并通过紧固螺丝固定，以此来调节小臂的长度；滑动杆另一端同手部握把4连接。

本实用新型中，所述小臂支杆3的滑动杆和手部握把4通过一个角铁连接；角铁的一端同滑动杆固定连接，另一端同手部握把（4）通过一转动轴转动连接，转动轴与小臂支杆平行；旋转角度传感器（6）设置于该转动轴上。

本实用新型中，所述主体支架1和上臂支杆2通过一个肩部转动机构9活动连接；该肩部转动机构9包括X轴向旋转机构、Y轴向旋转机构和Z轴向旋转机构；所述旋转角度传感器6分别设置在X轴向旋转机构、Y轴向旋转机构和Z轴向旋转机构的各个旋转转轴上。

本实用新型中，所述肩部转动机构9采用以下两种方式：

1）所述肩部转动机构9包括：肩部固定块10、肩部转动角铁11、肩部转动固定块12和轴承座13；

所述肩部固定块10为一角铁，其一边和主体支架1连接，另一边的端部同肩部转动角铁11的一端通过一个X轴向的转轴转动连接；所述肩部转动角铁11的另一端则同肩部转动固定块12通过一个Y轴向的转轴转动连接；所述轴承座13有两个，皆带有一轴承，固定设置于肩部转动固定块12的外侧面上下两端，轴承的中心圆孔相对。或者：

2）所述肩部转动机构9包括：肩部固定块10、肩部旋转转盘16，肩部T型角铁块17，肩部转动固定块12和轴承座13；

所述肩部固定块10为矩形块，其一边和主体支架1连接；所述肩部旋转转盘16为圆盘，通过转轴同肩部固定块10转动连接，转轴轴向为X轴向；肩部T型角铁块17固定安装在肩部旋转转盘16上，其T字的尾杆垂直于肩部旋转转盘16的盘面；T字的尾杆端部则同肩部转动固定块12转动连接，转轴轴向为Y轴向；所述轴承座13有两个，皆带有一轴承，固定设置于肩部转动固定块12的外侧面上下两端，轴承的中心圆孔相对。

本实用新型中，所述上臂支杆2上端沿杆长方向固定设有一圆柱形转轴调节杆14，转轴调节杆14从下至上穿过两个轴承座13的轴承的中心圆孔，通过顶丝将转轴调节杆14限制在两个轴承的中孔中，不会掉落；

由此上臂支杆2能以转轴调节杆14作为Z轴向的转轴而转动；通过松紧顶丝，调节转轴调节杆14在轴承的中孔中的滑动与固定位置，从而调节上臂支杆2的长度；如图3所示。

本实用新型中，所述肩部转动固定块12外侧面上，两个轴承座13之间，还设有一个带有旋转阻尼孔的旋转阻尼块15，转轴调节杆14也穿过该旋转阻尼孔；通过调节旋转阻尼孔的抱紧力而调节上臂支杆2转动松紧度。这样能根据不同人的力量而调节手臂运动的舒适感。

本实用新型中，所述主体支架1上设有贯穿左右的横向杆18，所述肩部固定块10横向插在横向杆18上，且能在横向杆18上左右滑动调节并固定；由此能调节主体支架1左右两个肩部固定块10的间距，以适应不同肩宽的使用者。

本实用新型中，所述控制器9上带有操控按键和电源开关按键。

本实用新型中，所述人体固定装置（8）采用以下两种方式：

1）背挂式支架；将背部支撑结构固定于使用者双肩，能跟随使用者移动。如图1所示。或者，

2）地台支撑架，包括地台台面和支撑背部支撑结构的地台立杆；地台台面设于地面，使用者站在地台台面上进行控制；所述主体支架1能沿着地台立杆上下调整高度，适应不同身高的使用者。如图2所示。

本实用新型中，当动作捕捉控制器控制的设备上设置有摄像头时，所述主体支架1上还包括一个可从背后翻着到胸前的胸前显示装置19，该胸前显示装置19设有一个显示屏，用于显示被摄像头拍摄的实时画面。

本实用新型中，所述轴向旋转是指以该轴为旋转轴转动；如：X轴向旋转是指以X轴为旋转轴转动。

本实用新型中使用时，被控制设备选用一些人形特征的玩具或者游戏，如机器人电动射击玩具或者机器人作战游戏，使用者通过背挂式支架将控制器穿在身上；或者，使用者站立在地台台面；调整主体支架的高度以及上臂支杆与小臂支杆长度；达到佳穿着状态；使用者双手握住手部握把，用手指控制手部握把上的控制器，启动控制器和被控制设备连线操作和进行一些被控制设备的移动操作。然后人的手臂部位根据游戏需要做出动作时，带动了上臂支杆和小臂支杆的转动，各个转动关节的旋转角度传感器将数据信号传输给主控驱动装置，主控驱动装置处理数据后传输给玩具或游戏，使被控设备做出相应动作。

本实用新型中，作为一种新型的玩具控制装置，其包含多个可动关节和相应的数据传感器，适用于各种游戏机，对战玩具等电子、电动游戏娱乐设备；而各个肢体部位能调节长度，适合不同身形的使用者。而且其结构简单，操作直接，代入感强，增强了用户体验兴趣。

附图说明

图1为本实用新型结构实施例1的结构图示。

图2为本实用新型采用实施例2的结构图示。

图3为本实用新型实施例1的肩部转动机构局部结构图示。

图4为本实用新型实施例2的肩部转动机构局部结构图示。

图中标号：主体支架1、上臂支杆2、小臂支杆3、手部握把4，主控驱动装置5，旋转角度传感器6，控制器7，人体固定装置8，肩部转动机构9，肩部固定块10，肩部转动角铁11，肩部转动固定块12，轴承座13，转轴调节杆14，旋转阻尼块15，肩部旋转转盘16，肩部T型角铁块17，横向杆18，胸前显示装置19。

具体实施方式

实施例1

本实用新型包括主体支架1、上臂支杆2、小臂支杆3、手部握把4、主控驱动装置5和旋转角度传感器6；所述主体支架1、上臂支杆2、小臂支杆3和手部握把4均采用铝型材作为结构主体。

所述上臂支杆2、小臂支杆3和手部握把4分为左右两组；两个上臂支杆2上端分别设置在主体支架1左右两侧，活动连接；小臂支杆3的上端同对应的上臂支杆2下端，活动连接；手部握把4同对应的小臂支杆3下端，活动连接；所述活动连接为转轴转动连接；所述旋转角度传感器6设置在转轴上，能记录转轴转动角度，并将数据传送给主控驱动装置5。如图1所示。

所述旋转角度传感器6根据转轴的规格和设计需要，可以选用WDD32Z-3A 导电塑料传感器 、WDD35D4-5k导电塑料角位移传感器（精度0.1% ）或者SV01A103AEA01R00 旋转角度传感器。

所述手部握把4供使用者握持，其上设有控制器7；控制器9上带有控制前后左右的按键和电源开关按键。

所述主控驱动装置5设置在主体支架1上，内设有控制电路板和电源，主控驱动装置5同各个旋转角度传感器6和控制器7数据连接，可以选用wifi或蓝牙连接。

所述主体支架1设置在人体背部，包括背部支撑结构和人体固定装置8；所述人体固定装置8用于使主体支架1与人体之间没有相对位移。所述人体固定装置8为背挂式支架；将背部支撑结构固定于使用者双肩，能跟随使用者移动。如图1所示。

所述上臂支杆2和小臂支杆3为长度可调节支架，皆采用铝型材制作，保证质量轻盈；

所述小臂支杆3分为固定杆和滑动杆两各部分；固定杆同上臂支杆2连接，上设有滑槽；滑动杆一端设有凸起的滑块，能在滑槽中滑动，并通过侧向横插的紧固螺丝固定，通过调整紧固螺丝松紧来调节小臂的长度；滑动杆另一端和手部握把4通过一个角铁连接；角铁的一端同滑动杆固定连接，另一端同手部握把4转动连接，转动轴与小臂支杆平行。

所述主体支架1和上臂支杆2通过一个肩部转动机构9活动连接；所述肩部转动机构9包括：肩部固定块10、肩部转动角铁11、肩部转动固定块12和轴承座13；

所述肩部固定块10为一角铁，其一边和主体支架1连接，另一边的端部同肩部转动角铁11的一端通过一个X轴向的转轴转动连接；所述肩部转动角铁11的另一端则同肩部转动固定块12通过一个Y轴向的转轴转动连接；所述轴承座13有两个，皆带有一轴承，固定设置于肩部转动固定块12的外侧面上下两端，轴承的中心圆孔相对。

所述上臂支杆2上端沿杆长方向固定设有一圆柱形转轴调节杆14，转轴调节杆14从下至上穿过两个轴承座13的轴承的中心圆孔，通过顶丝将转轴调节杆14限制在两个轴承的中孔中，不会掉落；

由此上臂支杆2能以转轴调节杆14作为Z轴向的转轴而转动；通过松紧顶丝，调节转轴调节杆14在轴承的中孔中的滑动与固定位置，从而调节上臂支杆2的长度；如图3所示。

所述肩部转动固定块12外侧面上，两个轴承座13之间，还设有一个带有旋转阻尼孔的旋转阻尼块15，转轴调节杆14也穿过该旋转阻尼孔；

所述旋转阻尼块15一边设有一贯穿至阻尼孔的缺口，缺口处设紧固螺丝；通过旋转紧固螺丝螺丝的松紧来调节缺口开合大小，即微调了阻尼孔的大小，从而调节旋转阻尼孔的抱紧力，达到调节上臂支杆2转动松紧度。这样能根据不同人的力量而调节手臂运动的舒适感。

所述主体支架1上设有贯穿左右的横向杆18，所述肩部固定块10横向插在横向杆18上，且能在横向杆18上左右滑动调节并固定；由此能调节主体支架1左右两个肩部固定块10的间距，以适应不同肩宽的使用者。

实施例2

本实用新型中，所述肩部转动机构9包括：肩部固定块10、肩部旋转转盘16，肩部T型角铁块17，肩部转动固定块12和轴承座13；

所述肩部固定块10为矩形块，其一边和主体支架1连接；所述肩部旋转转盘16为圆盘，通过转轴同肩部固定块10转动连接，转轴轴向为X轴向；肩部T型角铁块17固定安装在肩部旋转转盘16上，其T字的尾杆垂直于肩部旋转转盘16的盘面；T字的尾杆端部则同肩部转动固定块12转动连接，转轴轴向为Y轴向；所述轴承座13有两个，皆带有一轴承，固定设置于肩部转动固定块12的外侧面上下两端，轴承的中心圆孔相对。如图4所示。

所述人体固定装置8为地台支撑架，包括地台台面和支撑背部支撑结构的地台立杆；地台台面设于地面，使用者站在地台台面上进行控制。所述主体支架1能沿着地台立杆上下调整高度，适应不同身高的使用者。

所述地台立杆为截面方形的铝型材，地台台面采用十字形铝型材拼接。如图2所示。

针对动作捕捉控制器控制的设备上设置有摄像头时，所述主体支架1上部还设有两个平行翻转臂，翻转臂间距设置为30~40cm；两个翻转臂一端以Y轴向转轴为旋转轴，设置在主体支架1上部，另一端同一个胸前显示装置19的底部连接；胸前显示装置19能跟随翻转臂从背部支撑结构背面翻转到使用者胸前。该胸前显示装置19采用一个6寸的液晶显示屏，内置匹配连接摄像头的无线接收模块，用于显示被摄像头拍摄的实时画面。如图2所示。

本实施例其余结构同实施例1相同。

本实用新型不限于上述的具体结构形式。

本实用新型中使用时，被控制设备选用一些人形特征的玩具或者游戏，如机器人电动射击玩具或者机器人作战游戏，使用者通过背挂式支架将控制器穿在身上；或者，使用者站立在地台台面；调整主体支架的高度以及上臂支杆与小臂支杆长度；达到佳穿着状态；使用者双手握住手部握把，用手指控制手部握把上的控制器，启动控制器和被控制设备连线操作和进行一些被控制设备的移动操作。然后人的手臂部位根据游戏需要做出动作时，带动了上臂支杆和小臂支杆的转动，各个转动关节的旋转角度传感器将数据信号传输给主控驱动装置，主控驱动装置处理数据后传输给玩具或游戏，使被控设备做出相应动作。

本实用新型中，作为一种新型的玩具控制装置，其包含多个可动关节和相应的数据传感器，适用于各种游戏机，对战玩具等电子、电动游戏娱乐设备；而各个肢体部位能调节长度，适合不同身形的使用者。而且其结构简单，操作直接，代入感强，增强了用户体验兴趣。