手臂运动姿态捕捉器及机器人手臂运动系统的制作方法

本实用新型涉及一种机器人控制领域，尤其涉及手臂运动姿态捕捉器及机器人手臂运动系统。

背景技术：

在人们在关注自身健康的情况下，智能手环作为跑步健身的辅助设备开始逐渐崭露头角，目前三十几个品牌的数百种产品在售卖，价格从几十元到上千元不等。消费者时常抱怨智能手环存在着检测步数不准、测心率误差大、续航能力弱等问题。

电子手表和手环等电子计步器戴在使用者的手上，手臂每甩动一次，电子计步器记录一个数据。为了模拟和测试电子计步器的实际使用情况，并将人体解放出来，常常采用机器人手臂以替代使用者的手臂。但是机器人手臂在甩动时，由于机器人与使用者(人体)的手臂运动姿态并不一致，这会导致电子计步器从模拟测试得到的数据与电子计步器在实际使用过程中得到的数据存在差异，影响了测试的客观性和真实性。因此有必要提供一个人体手臂运动姿态捕捉器，以及使用这个人体手臂运动姿态捕捉器的机器人手臂运动系统，来满足计步系统的测试真实性和客观性。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种人体手臂运动姿态捕捉器和机器人手臂运动系统，该捕捉器先捕捉到使用者(人体)在步行或跑步时手臂的运动姿态，然后将上述数据传输给佩戴有计步系统的机器人手臂，机器人手臂能真实地模拟人体手臂的运动姿态，测试环境更客观和真实，因此能更准确地测试手环和电子手表等计步系统。

解决本实用新型的技术问题需要提供的技术方案：手臂运动姿态捕捉器，包括第一控制器和三组惯性测量传感器，所述的第一控制器与三组惯性测量传感器连接，每组惯性测量传感器包括加速度仪、陀螺仪和磁力计，第一组惯性测量传感器布置于人体单侧的胸前位置，第二组惯性测量传感器布置于人体单侧的小臂位置，第三组惯性测量传感器布置于人体单侧的大臂位置。

本实用新型进一步的优选方案：还包括无线发射模块，所述的第一控制器与所述的无线发射模块连接。

本实用新型进一步的优选方案：所述的三组惯性测量传感器安装在可穿套在人体上的包裹件上。

本实用新型进一步的优选方案：机器人手臂运动系统，包括机器人手臂和手臂运动姿态捕捉器，所述的机器人手臂包括手臂组件、电机组件和第二控制器，第二控制器与电机组件连接，电机组件与手臂组件连接，第二控制器通过控制电机组件驱动手臂组件的动作，其特征在于手臂运动姿态捕捉器，包括第一控制器和三组惯性测量传感器，所述的第一控制器与三组惯性测量传感器连接，每组惯性测量传感器包括加速度仪、陀螺仪和磁力计，第一组惯性测量传感器布置于人体单侧的胸前位置，第二组惯性测量传感器布置于人体单侧的小臂位置，第三组惯性测量传感器布置于人体单侧的大臂位置，第一控制器与第二控制器相互连接。

本实用新型进一步的优选方案：所述的机器人手臂包括无线接收模块，所述的手臂运动姿态捕捉器包括有无线发射模块，所述的第一控制器与无线发射模块连接，所述的第二控制器与无线接收模块连接，所述的无线发射模块与无线接收模块相互通信。

本实用新型进一步的优选方案：手臂组件包括主柱和固定在主柱上的机械支臂，所述的机械支臂包括机械肩部、机械大臂和机械小臂，所述的主柱上安装有驱动机械支臂前后摆动的第一电机和驱动机械支臂侧向摆动的第二电机，所述的机械大臂上安装有驱动机械小臂旋转的第三电机和驱动机械小臂弯曲的第四电机。

本实用新型进一步的优选方案：机器人手臂包括驱动手臂组件上下移动的步进电机。

本实用新型进一步的优选方案：第一电机、第二电机、第三电机和第四电机均为舵机。

本实用新型进一步的优选方案：第一控制器包括第一单片机、第一电源稳压器和锂电池，锂电池通过第一电源稳压器给第一单片机供电。

本实用新型进一步的优选方案：第二控制器包括第二单片机、第二电源稳压器和工业电源，工业电源通过第二电源稳压器给第二单片机供电。

与现有技术相比，本实用新型的优点是三组惯性测量传感器分别设置在人体单侧的胸前位置、大臂位置和小臂位置，使用者(人体)在步行或跑步时，甩动手臂的姿态通过惯性测量传感器以数据形式发送给第一控制器，手臂运动姿态捕捉器的第一控制器与机器人手臂内的第二控制器实时通信，或者第一控制器内部记录下来的数据发送给第二控制器，控制器以该记录下来的数据控制机器人手臂进行重复动作，使机器人手臂的动作更接近使用者(人体)的摆动动作，达到电机计步器模拟测试的真实性和客观性。

附图说明

图1为手臂运动姿态捕捉器在人体上的布局图；

图2a-b-c为人体手臂的摆动姿势三个状态图；

图3为机器人手臂的结构图；

图4为手臂运动姿态捕捉器的电路控制结构框图；

图5为机器人手臂的电路控制结构框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

电子手表和手环等计步器需要测试其性能时，将其戴在机器人手臂上，利用机器人手臂甩动的姿态来模拟使用者(人体)在跑步或行走时的手臂甩动姿态，首先通过手臂运动姿态捕捉器捕捉人体的运动姿态，将该数据实时传输给机器人手臂或者将该数据记录下来传输给机器人手臂，用来重现人体跑步或行走时的手臂甩动姿态，以便能准确地测试电子手表和手环等计步器。

如图1和图4所示，手臂运动姿态捕捉器，包括第一控制器和三组惯性测量传感器2，第一控制器与三组惯性测量传感器2连接，每组惯性测量传感器2包括加速度仪21、陀螺仪22和磁力计23，第一组惯性测量传感器2布置于人体单侧的胸前位置，第二组惯性测量传感器2布置于人体单侧的小臂位置，第三组惯性测量传感器2布置于人体单侧的大臂位置。还包括无线发射模块4，第一控制器与无线发射模块4连接。三组惯性测量传感器2安装在可穿套在人体上的包裹件5上。加速度仪21用来记录手臂(大臂或小臂)移动的速度，陀螺仪22用来记录手臂转动的数据，如转动的幅度和转动的速度，磁力计用来记录手臂移动的位移信息。人体的三个取样点是惯性测量感应器节点，每个节点都集成了加速度计、陀螺仪、磁力计，小臂位置的感应器用于采集小臂的运动状态，大臂位置感应器用于采集大臂的运动状态，胸前感应器用于判断人体垂直方向运动状态以及校正人体转向产生的相对角度偏差。

如图4和图5所示，机器人手臂运动系统，包括机器人手臂和手臂运动姿态捕捉器，机器人手臂包括手臂组件7、电机组件8和第二控制器，第二控制器与电机组件8连接，电机组件8与手臂组件7连接，第二控制器通过控制电机组件8驱动手臂组件7的动作，手臂运动姿态捕捉器，包括第一控制器和三组惯性测量传感器2，第一控制器与三组惯性测量传感器2连接，每组惯性测量传感器2包括加速度仪21、陀螺仪22和磁力计23，第一组惯性测量传感器2布置于人体单侧的胸前位置，第二组惯性测量传感器2布置于人体单侧的小臂位置，第三组惯性测量传感器2布置于人体单侧的大臂位置，第一控制器与第二控制器相互连接。根据使用者(人体)的运动姿态的数据转换成各个机器人手臂上的电机的转动速度和运动角度。

机器人手臂包括无线接收模块10，手臂运动姿态捕捉器包括有无线发射模块4，第一控制器与无线发射模块4连接，第二控制器与无线接收模块10连接，无线发射模块4与无线接收模块10相互通信。手臂运动姿态捕捉器与机器人手臂之间可以无线通信，也可以有线通信；可以将手臂运动姿态捕捉器采集到的数据实时控制机器人手臂的动作，也可以将手臂运动姿态捕捉器采集到的数据输入到机器人手臂的控制处理中心，重复人体的手臂运动姿态。

如图3所示，手臂组件7包括主柱71和固定在主柱71上的机械支臂72，机械支臂72包括机械肩部721、机械大臂722和机械小臂723，主柱71上安装有驱动机械支臂72前后摆动的第一电机81和驱动机械支臂72侧向摆动的第二电机82，机械大臂722上安装有驱动机械小臂723旋转的第三电机83和驱动机械小臂723弯曲的第四电机84。

机器人手臂6包括驱动手臂组件7上下移动的步进电机85。机器人手臂上下移动状态用于模拟人体在爬楼梯时的手臂运动姿态，步进电机的可控性和精密性更优。步进电机模拟腿部的关节。

第一电机81、第二电机82、第三电机83和第四电机84均为舵机。舵机的马力和执行力比较大，四个舵机分别模拟人体手臂的关节。

如图4所示，第一控制器包括第一单片机11、第一电源稳压器12和锂电池13，锂电池13通过第一电源稳压器12给第一单片机11供电。手臂运动姿态捕捉器耗电功率比较小，锂电池比较适合。

如图5所示，第二控制器包括第二单片机91、第二电源稳压器92和工业电源93，工业电源93通过第二电源稳压器92给第二单片机91供电。第二控制器还包括计算机串口94，机器人手臂能直接与计算机进行对接，用计算机设定的程序来控制机器人手臂的动作和运动姿态。

以上对本实用新型所提供的手臂运动姿态捕捉器及机器人手臂运动系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。