自主系统和用于测定表征关节链运动信息的方法

专利名称：自主系统和用于测定表征关节链运动信息的方法
技术领域：
本发明涉及一种自主系统和用于测定表征关节链运动的信息项的方法。
背景技术：
捕捉一个关节链(比如机器人或人)的运动是在许多应用中采用的技术，例如生物力学分析、远程操纵、虚拟人动画，或使用手势的人机界面，其中关节链通常是一个包括
一手臂、一前臂和一手掌的上肢。该装置包括两个不同的部分，一个布置在一运动物体上，另一个相对于该物体的运动固定。这种类型的装置需要同时在物体和物体的周围环境上安装材料，如果在这些不同材料之间出现了干扰这会导致问题，并限制这种装置的活动范围。该安装和校准时间长且成本高。也有非常普遍的基于光学的设备，例如文献US 2003/0215130 Al和US 2005/00883333 Al中所述的，其基于通过布置于身体运动序列周围的摄像头拍摄的图像使重建身体的运动成为可能。高可见标记布置在运动物体上。通过计算机工具执行的一进程使得以立体原理测定每个标记的三维或3D中的位置成为可能。然而，由于存在众多光学遮挡的问题，导致可使用的相机数量很小。某些人提出减少这类缺陷，例如参考文献“基于骨架的用于人类动作的鲁棒重建的动作捕捉(Skeleton-Based Motion Capture for Robust Reconstruction of Human
Motion) ” (L. Herda ；P. Fua ；R. Plankers； R. Boulic ；D. Thalmann，计算机图形研究室 (LIG), EPFL-web 01/2000)。其他人提出基于从一台摄像机中提取剪影、通过与相关的移动物体模型关联的处理方法，例如参考文献“通过体数据序列的无标记运动学骨架股 (Marker-free Kinematic Skeleton Estimation from Sequences of Volume Data)” (C. Theobalt ；Ε. Aguiar ；Μ. Magnor ；H. Theisel ；H-P. Seidel ；MPI Informatik)。然而，即便上述缺陷有所减轻，它们依然存在。该系统基于电磁学重建布置于物体上的传感器的角度和位置。超声波系统(如光学系统)找寻发射器的位置。这两种技术在空间中遭受与基于摄像头系统相同的限制。其它装置存在于一个独立的块中，布置在运动物体或身体上，如外骨骼，其使用一基于通过布置在关节上的角度传感器感测的角度的测量值的运动重建。这些装置使免除运动捕捉的空间限制成为可能。然而，这些装置是有限制的，由于它们包括布置在构造或人上的机械关节的臂和/或腿，其相当重且笨拙。其他装置，例如文献FR 2897680中描述的，使用惯性磁力(inertio-magnetic)传感器，如陀螺测试仪、加速度计、或磁力计，同时使用关节链的段间(inter-segment)角度计算或实体元件，其使得重建整个关节链的运动成为可能。这种装置可以容易地制造。本发明的一个目的是提出一种上述装置的替代物，其更便宜并且不太复杂。

发明内容
根据本发明的一个方面，提出一种用于测定表征关节链运动的信息项的自主系统，其包括至少两个实体元件以及连接所述两个元件的至少一个关节，所述系统包括-至少两个用于测量装置间距离的装置，其牢固地安装在所述关节链的至少两个不同元件上；-用于测定至少一个分隔两个测量装置之间距离的部件，其基于通过测量装置提供的至少一个测量值；和-适用于计算表征所述关节链运动的信息项的计算部件，其基于所述距离测定部件所传输的距离。这种系统是自主的，且不会遭受光学遮挡或可见标记视觉检测在户外难以使用的问题。此外，这种系统具有更低的成本，以及其使用的笨拙非常有限。根据一个实施例，用于测量装置之间距离的所述装置中的至少一个包括用于测定分隔上述装置与另一个装置之间距离的部件。在这种情况下，由该装置提供的测量值直接是一个距离测量值。根据一个实施例，用于测定至少一个分隔两个测量装置之间距离的部件与这些测量装置不同。在这种情况下，两个测量装置中的至少一个必须传输一个测量值(无线电、光学、视频或其他信号)给远程距离测定部件。根据一个实施例，用于测量装置间距离的所述装置中的至少一个适用于发送和/ 或接收数据。该发送/接收可用于测量所述距离。通过一种方式计算距离，该方式用于检测射频脉冲和用于估计到达的时间差或TD0A，或用于估计接收信号强度指示，或用于估计到达时间或Τ0Α。此外，距离测量单元可以优选地通过要达到精度水平的无线电设定点接收。具体来说，关节链的重建具有一依其自身几何构型而定的调节器。因此，向上调节精度水平以提高系统的性能，或下调以减少系统的功耗和系统的生产成本是可能的。最后，测量数据可直接传输至一个临近移动单元，其能包括一个比板载单元更强大的计算能力。根据一个实施例，系统还包括至少一个加速度计和/或一个陀螺测试仪和/或一个磁力计，其提供用于计算部件的互补测量值。距离测量值是一静态数据项，而陀螺测试仪或加速度计得到的惯性测量值是一动态数据项，即使用运动的一阶和二阶参数，比如角速度和加速度。因此，这些测量值对于更好的运动重建来说是非常互补的。就其本身而言，磁力计为每个点提供一相对于地球磁场空间中固定方向的倾斜信息项。在一个实施例中，系统包括至少一个用于测量设备间距离的光学装置。因此，提供的距离比由射频设备提供的距离更准确。根据一个实施例，系统包括存储部件，其安装在所述关节链上，适用于存储由所述计算部件传递的所述表征所述关节链运动的信息项，或用于直接存储所述之前确定的装置间距离。信息项因此可被存储用于随后的运动利用，或用于利用表征运动的数据项向外部站点实时传输，例如用于显示和/或分析；或配置有计算部件以使得基于装置间距离使重建关节链的运动成为可能。例如，所述装置间距离测量装置固定安装在所述关节链的所述实体元件上，所以对于一个关节来说，对于所有的安装在与所述关节连接的实体元件上的所述装置间距离测量装置来说，分隔测量装置和关节之间的距离之和是最大的。对于一给定数目的设备间距离测量装置，系统的准确性是最大化的。例如，所述设备间距离测量装置安装在所述关节链的所述实体元件上，以使布置在一个和同一个实体元件上的装置之间的距离是最大的。例如，所述关节链包括至少三个实体元件。所述关节链中的一个实体元件连接到两个关节，上述实体元件包括一个布置在所述实体元件大致中部的装置间距离测量装置。这是一个折衷，为了使两个关节和与其连接的实体元件之间的距离最大化。当欲使每个实体段具有一个单一装置以限制成本时，该实施例尤其有价值。在一个实施例中，在每个关节链的实体元件和每个连接到实体元件的关节的转动或平动自由度，系统包括至少一个装置间距离测量装置，所述链具有不封闭部分，所述装置间距离测量装置布置在实体元件上使得如下关系被验证NEQ彡NVAR其中NEQ表示与由关节链关节移动的每个段末端的未知位置变量的距离测量值有关的方程的数目；和NVAR表示所述未知位置变量的数目。在一个实施例中，在每个关节链的实体元件和每个连接到实体元件的关节的转动自由度，系统包括至少一个装置间距离测量装置，所述测量装置布置在实体元件上，以使关节指向一个装置的矢量与关节指向其它测量装置的矢量或多个矢量线性无关。例如，系统包括至少一个连接到一个关节且配备至少两个装置间距离测量装置的实体元件，所述测量装置布置在所述实体元件上以使它们避免与关节形成一条直线。例如，系统包括至少一个连接到一个关节且配备至少三个装置间距离测量装置的实体元件，所述测量装置布置在所述实体元件上以使它们避免与关节形成一个平面。因此，这给出了一个配置，其可以与关节的自由度的数目无关地运行，并且特别是当系统的关节具有三个转动自由度时。根据一个实施例，所述装置间距离测量装置包括可测量的最大阀值距离。因此，限制需要存储和处理的数据项的数目以及限制系统的功耗是可能的。在一个实施例中，系统还包括安装在所述关节链上的传输部件，其为了传输表征所述关节链运动的信息或存储在所述存储部件中的装置间距离的项目。因此，将这些信息项传输到能够重建关节链运动的一个外部电子控制单元或板载电子控制单元是可能的。根据一个实施例，所述装置间距离测量装置和/或所述计算部件，和/或所述存储部件，和/或所述传输部件适用于在作为所述关节链的生命体上运行。本发明可应用于人或动物的身体。根据本发明的另一方面，还提出了一种用于测定表征关节链运动的信息项的方法，该关节链包括至少两个实体元件和至少一个连接所述两个元件的关节，所述方法包括如下步骤-在关节链的至少两个不同的实体元件上牢固地安装至少两个装置间距离测量装置；-测定至少一个分隔两个测量装置之间距离，其基于通过测量装置提供的至少一个测量值；和-基于之前测定的距离计算表征所述关节链运动的信息项。


通过研究一些被作为非限制性示例描述且参考

的实施例将更好地理解本发明，其中-图1示意性地示出了根据本发明一方面的系统的一个实施例；-图2示意性地示出了根据本发明一方面的另一个实施例；-图3示意性地示出了根据本发明一方面的另一个实施例；-图4a，4b和4c示意性地示出了根据本发明一方面的关节链运动的重建。
具体实施例方式根据本发明的一方面，图1展示了第一关节链CA_1，其配备用于测定表征关节链 CA_1运动的信息项的自主系统。该第一关节链CA_1包括两个实体元件，在这种情况下为实体段ES1_1和ES2_1 ；以及第一关节ART1_1，其具有一个自由度。作为一个变形，关节链的实体元件可以是任意形状。在第一关节链CA_1中，该第一实体元件ES1_1包括用于测量装置间距离的第一装置DISP1_1，同时第二实体元件ES2_1包括用于测定装置间距离的第二装置DISP2_1。因此该系统使得测定分隔第一装置DISP1_1和第二装置DISP2_1之间的距离 dl2_l成为可能。这些装置DISP1_1和DISP2_1以及本发明申请中所记载的所有这些装置，可以使用非接触式原理来测定距离，例如无线电脉冲或雷达回波的类型；或通过距离的接收和计算，其基于传播时间、接收强度或多普勒效应，如红外线、视频或电磁的类型。该距离dl2_l由两个装置DISP1_1和DISP2_1中的一个或两者例如通过无线传输的方式传递至布置在第一关节链CA_1上的计算模块CALC。该计算模块CALC能够计算表征第一关节链CA_1运动的信息项，其基于由装置间距离测量装置DISP1_1和DISP2_1传递的测量值。这些信息项可以是分隔装置间距离的所有或一个优选部分之间的距离，或是表征关节链运动状态信息的计算项。例如，上述两个设备中的一个可以是发射器，同时另一个为连接到计算模块或包括计算模块的接收器。每个装置可以是被动的或主动的。例如，就雷达类型的系统而言，所述发射装置是主动的，并且仅由接收器组成的其它装置是被动的。这些信息项可存储在存储模块MEM中，并由传输模块TR大致实时地或在第一关节链CA_1的运动结束之后传输到例如外部电子控制单元，所述外部电子控制单元基于这些信息项能够重建或测定第一关节链CA_1的运动。就人或人形机器人而言，所执行的后处理可以整合模型，该模型使得检测脚的位置和因而行走的人或运行的人形机器人的整个运动成为可能。该系统可以和一个能够确定关节链点的位置的系统结合使用。在图1的示例中，上述两个装置DISP1_1和DISP2_1被布置，使得对于整个装置 DISP1_1 和 DISP2_1 来说，装置 DISP1_1、DISP2_1 至连接到安装有装置 DISP1_1、DISP2_1 的实体元件ES1_1、ES2_1的关节ART1_1之间分隔的距离之和是最大的。作为一个变形，计算模块CALCJP /或存储模块MEM、和/或传输模块TR可以连结或整合在装置间距离测量装置DISP1_1中。如作为对照在图Ia中示出的系统，其中关节链包括两个实体元件，在这种情况下是实体段ESl_la和ES2_la ；以及具有一个自由度的第一关节ARTl_la。计算模块CALC、存储模块MEM和传输模块TR是与上述相同的，并且因而以同样的方式引用。在图Ia中，两个装置DISPl_la和DISP2_la靠近关节ART_la布置。同样，对于被认为是相同的测量不确定性，如果图1中的装置DISP1_1和DISP2_1 与图Ia中的装置DISPl_la和DISP2_la是相同的，那么图Ia中距离dl2_la的误差与图1 中距离dl2_l的误差是一样的。然而，图Ia中距离dl2_la与图1中dl2_l具有的相同大小的误差，在与图1的情况下的相应角度差相比，在图Ia的情况下意味着更大的相应角误差，这是因为装置DISPl_la和DISP2_la靠近关节ART_la布置。作为一个变形，如果关节ART1_1具有两个自由度，那么两个装置间距离测量装置将布置在实体元件ES1_1和ES1_2中的每个之上，使得关节ART1_1和作为一体以及同样实体元件的两个装置不共线。这种变形适用于任意关节链的具有两个角度自由度的任意关节。作为一个变形，如果关节ART1_1具有三个自由度，那么三个装置间距离测量装置将布置在实体元件ES1_1和ES1_2中的每个之上，使得关节ART1_1和作为一体以及同样实体元件的三个装置不共面。这种变形适用于任意关节链的具有三个自由度的任意关节。一般来说，人身体的关节(例如膝或肘)被认为是具有一个自由度的关节，并且较少被认为是具有两个自由度的关节。根据本发明的一方面，图2展示了第二关节链CA_2，其配备用于测定表征关节链 CA_2运动的信息项的自主系统。第二关节链CA_2包括三个实体元件，在这种情况下为实体元件ES1_2、ES2_2和ES3_2 ；以及具有一个自由度的第一关节ART1_2和第二关节ART2_2。 作为一个变形，关节链的实体元件可以是任意形状。第二关节链CA_2中，该第一实体元件ES1_2包括第一装置间距离测量装置 DISP1_2,该第二实体元件ES2_2包括第二装置间距离测量装置DISP2_2，以及该第三实体元件ES3_2包括第三装置间距离测量装置DISP3_2。因此，该系统能够分别测定分隔第一装置DISP1_2和第二装置DISP2_2、第一装置DISP1_2和第三装置DISP3_2、以及第二装置 DISP2_2和第三装置DISP3_2之间的距离dl2_2、dl3_2和d23_2。这些距离dl2_2、dl3_2和d23_2由两个中的一个或两者例如通过无线传输的方式传递至可以布置在第二关节链CA_2上的计算模块CALC。该计算模块CALC能够计算表征第二关节链CA_2运动的信息项，其基于由装置间距离测量装置DISP1_2、DISP2_2和DISP3_2 传递的测量值。这些信息项可存储在存储模块MEM中，并由传输模块TR基本实时地或在第二关节链CA_2的运动结束之后传输到例如外部电子控制单元，所述外部电子控制单元基于这些信息项能够重建或测定第二关节链CA_2的运动。就人或人形机器人而言，所执行的后处理可以整合模型，该模型使得检测脚的位置和因而行走的人或运行的人形机器人的整个运动成为可能。在图2的示例中，上述三个装置DISP1_2、DISP2_2和DISP3_2被布置，使得对于整个装置 DISP1_2、DISP2_2 和 DISP3_2 来说，装置 DISP1_2、DISP2_2 和 DISP3_2 至连接到安装有装置 DISP1_2、DISP2_2 和 DISP3_2 的实体元件 ES1_2、ES2_2、ES3_2 的关节 ART1_2、 ART2_2之间分隔的距离之和是最大的。在一个由上述一般手段引起的变形中，如果关节ART1_2和ART2_2具有两个自由度，两个装置间距离测量装置将布置在实体元件ES1_2、ES2_2和ES3_2中的每个上，使得关节ART1_2或ART2_2，和作为一体的两个装置，以及同样的连接到关节的实体元件，不共线。在一个由上述一般手段的变形中，如果关节ART1_2和ART2_2具有三个自由度， 三个装置间距离测量装置将布置在实体元件ES1_2、ES2_2和ES3_2中的一个上，使得关节 ART1_2或ART2_2和作为一体以及同样连接到关节的实体元件的两个装置不共线。图3展示了根据本发明一方面的一个系统实施例，其中第三关节链CA_3包括四个实体元件ES1_3、ES2_3、ES3_3和ES4_3，它们通过具有一个自由度的关节ART1_3、ART2_3 和ART3_3依次连接。关节链的实体元件可以是任意形状。第三关节链CA_3中，第一实体元件ES1_3包括第一测量装置DISP1_3，第二实体元件ES2_3包括第二装置间距离测量装置DISP2_3，第三实体元件ES3_3包括第三装置间距离测量装置DISP3_3，以及第四实体元件ES4_3包括第四装置间距离测量装置DISP4_3。 因此，该系统能够分别测定分隔第一装置DISP1_3和第二装置DISP2_3、第一装置DISP1_3 和第三装置DISP3_3、第一装置DISP1_3和第四装置DISP4_3、第二装置DISP2_3和第三装置DISP3_3，第二装置DISP2_3和第四装置DISP4_3、以及第三装置DISP3_3和第四装置 DISP4_3 之间的距离 dl2_3、dl3_3、dl4_3、d23_3、d24_3 禾口 d34_3。这些距离dl2_3、dl3_3、dl4_3、d23_3、d24_3和d34_3由两个所述装置中的一个或两个所述装置一起例如通过无线传输的方式传递至可以布置在第三关节链CA_3上的计算模块CALC。该计算模块CALC能够计算表征第三关节链CA_3运动的信息项，其基于由装置间距离测量装置DISP1_3、DISP2_3、DISP3_3和DISP4_3传递的测量值。这些信息项可存储在存储模块MEM中，并由传输模块TR基本实时地或在第三关节链CA_3的运动结束之后传输到例如外部电子控制单元，所述外部电子控制单元基于这些信息项能够重建或测定第三关节链CA_3的运动。就人或人形机器人而言，所执行的后处理可以整合模型，该模型使得检测脚的位置和因而行走的人或运行的人形机器人的整个运动成为可能。在图3的示例中，四个装置015 1_3、015 2_3、015 3_3和015 4_3分别布置在实体元件ES1_3、ES2_3、ES3_3和ES4_3的大致中部。作为一个变形,装置DISP1_3和DISP4_3 可以布置在关节ART1_3和ART3_3的远端。值得注意的是，在所有上述示例性实施例中，分隔两个装置间距离测量装置的距离可以通过远离该测量装置的距离测定部件测定。这些距离测定部件进而利用由测量装置中的至少一个提供的测量值。这些距离测定部件因而可以与测量装置远离。这些距离测定部件可以布置在关节链上或距关节链一定距离处。对于关节链，其中每个关节链的实体元件和每个连接到实体元件的关节的转动自由度包括至少一个测量装置，所述测量装置布置在实体元件上，以使关节指向一个装置的矢量与关节指向其它测量装置的矢量或多个矢量线性无关。将关节考虑为不但包括多至三个转动自由度，而且包括多至三个平动自由度也是可能的。对于具有不封闭部分的关节链，且其中每个关节链的实体元件和每个连接到实体元件的关节的转动或平动自由度，包括至少一个装置间距离测量装置，测量装置布置在实体元件上使得如下关系被验证NEQ彡NVAR其中NEQ表示与由关节链关节移动的每个段末端的未知位置变量的距离测量值有关的方程的数目；和NVAR表示所述未知位置变量的数目。
NCAPT-X几何关系的数目NEQ可以写成如下形式iV五β= YjI，NCAPT为关节链上测量装
/=1
NA
置的总数目。此外，待测定的位置变量的数目NVAR可以写成如下形式-.NVAR = ^jNDDLj，
M
NA为关节链关节的数目，并且NDDLj为每个关节自由度的数目。关节自由度的数目的范围从一到六，也就是多至三个转动自由度和三个平动自由度。在NEQ = NVAR的特定情况下，可能具有数个可能的解，且容易确定出正确解。当 NEQ > NVAR时，确定出关于重建关节链位置的唯一解。在所有引述的实施例中，在通过外部电子控制单元对关节链运动的重建中，基于由计算模块CALC得到的、且由传输模块TR传输的表征关节链运动的信息项，仅考虑装置间距离是可能的，其中装置间距离分隔分别连接到通过关节连接的相应实体元件的两个装置，如图4a、4b和4c所示。图4a示出测量或测定的距离，其基于布置在人或人形机器人上的装置间距离测量装置提供的测量值。图4b示出了由被外部电子控制单元利用的计算模块CALC计算得出或在其他实施例中直接由计算模块CALC计算得出的信息项，其使用卡尔曼滤波器，最优化或神经网络， 来重建关节链的运动。定义关节链姿态或方位的状态最好是定义关节转动的坐标，如欧拉、卡尔丹角 (cardan angle)或四元数(quaternion)。装置的位置Pr= (prx, pry, prz)必须针对关节链的已知或参考姿态来测量或估计。装置的坐标继而写成关节转动的函数P = MPr = (px, py，pz)，M为转动矩阵，变量，从而能够从参考姿态移动到待估计姿态(每个实体元件具有一个矩阵)。装置间距离与位置的关联关系为dl22= (pxl-px2)2+ (pyl-py2)2+ (ρζ 1-ρζ2)2 。知道了装置间距离，每个矩阵M的求逆可利用已知关于每个关节自由度的数目和关于关节台(articular abutment)的知识，例如肘角度的变化仅为180°。例如加快收敛或尽量减少传感器的数目对求逆有帮助。一旦姿态被估计(以一组角度的形式)，如果有必要由此推导关节链任意点的坐标是可能的。定义姿态的状态可以是装置或实体元件的某些特定点的位置(但随后关节结构的知识不一定使用)。在这种情况下，这些位置基于距离估计，例如通过三角测量。基于这些估计的位置，关节链的整个姿态随后被测定，例如通过考虑到关于自由度数目和关节台的知识。最后，图4c示出了运动的重建，实际上由图形表征来显示，其中考虑为关节链的身体被分为一组彼此关节连接的实体元件。例如，所有实体元件可以表征为图4c所展示的头部TE，颈部C，一组躯干元件Tl、 T2、T3，一组左臂元件BGl、BG2、BG3、BG4，一组右臂元件BD1、BD2、BD3、BD4，一组左腿元件 JG1、JG2、LG3、JG4、JG5，以及一组右腿元件 JD1、JD2、JD3、JD4、JD5。基于由计算模块CALC提供的信息项，通过推导关节链各个实体元件之间的角度， 外部电子控制单元可以重建和真实模拟关节链的运动。在人身体的情况下，肩以及髋通常被认为是具有三个自由度的关节，并且肘以及膝盖是具有一个自由度的关节。此外，放置至少三个或四个装置在躯干上、以及三个或四个在髋上，均勻分布以最大化装置间距离以及装置与关节之间的距离；并且放置一个装置在肩和肘之间的手臂的中部上、在大腿的中部上、以及在手腕和脚踝上，是有利的。本发明使得在降低成本的条件下，提出一种用于测定表征关节链运动的信息项的自主系统成为可能。
权利要求
1.一种用于测定表征关节链(CA_1，CA_2, CA_3)运动的信息项的自主系统，包括至少两个实体元件(ES1_1，ES2_1，ES1_2，ES2_2，ES3_2，ES1_3，ES2_3，ES3_3，ES4_3)和连接所述两个元件的至少一个关节(ART1_1，ART1_2，ART2_2, ART1_3, ART2_3, ART3_3)，其特征在于，所述系统包括-用于测量装置间距离的至少两个装置(DISP1_1，DISP2_1, DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)，所述两个装置牢固地安装在所述关节链的至少两个不同的元件上且适用于传输得到的测量值；-用于测定至少一个分隔两个测量装置之间距离的部件，其基于通过测量装置提供的至少一个测量值；和-计算部件(CALC)，其适用于基于所述距离测定部件所传输的距离来计算表征所述关节链运动的信息项。
2.如权利要求1中的系统，其特征在于，所述距离测定部件和所述计算部件安装在所述关节链上。
3.如权利要求1或2中的系统，其特征在于，用于测量装置间距离的所述装置 (DISP1_1, DISP2_1, DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)中的至少一个适用于发送和/或接收数据。
4.如权利要求1到3任一项中的系统，还包括至少一个加速度计和/或一个陀螺测试仪和/或一个磁力计，其提供用于计算部件的互补测量值。
5.如权利要求1到4任一项中的系统，包括至少一个光学装置(DISP1_1，DISP2_1, DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)，其用于测量装置间距罔。
6.如权利要求1到5任一项中的系统，包括存储部件(MEM)，其安装在所述关节链上， 所述存储部件适用于存储由所述计算部件(CALC)传递的表征所述关节链的所述运动的信息项或用于直接存储所述至少一个距离。
7.如权利要求1到6任一项中的系统，其特征在于，所述测量装置(DISP1_1，DISP2_1， DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)安装在所述关节链的所述实体元件(ES1_1, ES2_1, ES1_2, ES2_2, ES3_2, ES1_3, ES2_3, ES3_3, ES4_3)上，使得对于至少一个关节，对于所有的安装在与所述关节连接的实体元件上的所有所述测量装置来说，分隔测量装置和关节之间的距离之和是最大的。
8.如权利要求1到7任一项中的系统，其特征在于，所述测量装置(DISP1_1，DISP2_1， DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)安装在所述关节链的所述实体元件(ES1_1, ES2_1, ES1_2, ES2_2, ES3_2, ES1_3, ES2_3, ES3_3, ES4_3)上，以使布置在一个且同一个实体元件上的装置之间的距离是最大的。
9.如权利要求1到6任一项中的系统，其特征在于，所述关节链包括连接到两个关节的实体元件，至少一个测量装置(DISP1_2，DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)布置在所述实体元件的大致中部。
10.如权利要求1到6任一项中的系统，对于每个关节链的实体元件和每个连接到实体元件的关节的自由度，包括至少一个测量装置，所述链具有不封闭部分，所述测量装置 (DISP1_1, DISP2」，DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)布置在实体元件上使得如下关系被验证NEQ彡NVAR,其中NEQ表示与由关节链关节移动的每个段末端的未知位置变量的距离测量值有关的方程的数目；和NVAR表示所述未知位置变量的数目。
11.如权利要求10中的系统，包括至少一个连接到关节且配备至少两个测量装置的实体元件，所述测量装置布置在所述实体元件上以使它们避免与关节形成一条直线。
12.如权利要求10中的系统，包括至少一个连接到关节且配备至少三个测量装置的实体元件，所述测量装置布置在所述实体元件上以使它们避免与关节形成一个平面。
13.如权利要求1到6任一项中的系统，对于每个关节链的实体元件和每个连接到实体元件的关节的转动自由度，包括至少一个测量装置，所述测量装置布置在实体元件上，以使关节指向一个装置的矢量与关节指向其它测量装置的矢量或多个矢量线性无关。
14.如前述权利要求任一项中的系统，其特征在于，所述测量装置(DISP1_1，DISP2_1， DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)包括可测量的最大阀值距离。
15.如前述权利要求任一项中的系统，还包括安装在所述关节链上的传输部件(TR)， 以便传输表征所述关节链运动的信息或存储在所述存储部件中的已测定的装置间距离的项目。
16.如前述权利要求任一项中的系统，其特征在于，所述测量装置(DISP1_1，DISP2_1， DISP1_2, DISP2_2, DISP3_2, DISP1_3, DISP2_3, DISP3_3, DISP4_3)和 / 或所述计算部件 (CALC)、和/或所述存储部件(MEM)、和/或所述传输部件(TR)适用于在作为所述关节链的生命体上运行。
17.一种用于测定表征关节链(CA_1，CA_2，CA_3)运动的信息项的方法，所述关节链包括至少两个实体元件(ES1_1，ES2_1，ES1_2，ES2_2，ES3_2，ES1_3，ES2_3，ES3_3，ES4_3)和至少一个连接所述两个元件的关节(ART1_1，ART1_2，ART2_2, ART1_3, ART2_3, ART3_3)，其特征在于，包括如下步骤_在关节链的至少两个不同的实体元件上牢固地安装至少两个距离测量装置，其分隔两个测量装置；-测定至少一个距离，其基于通过一个测量装置提供的至少一个测量值；和-基于之前测定的距离计算表征所述关节链运动的信息项。
全文摘要
本发明涉及一种用于测定表征关节链(CA_1，CA_2，CA_3)运动的信息的自主系统，其包括至少两个实体元件(ES1_1，ES2_1，ES1_2，ES2_2，ES3_2，ES1_3，ES2_3，ES3_3，ES4_3)和连接所述两个元件的至少一个关节(ART1_1，ART1_2，ART2_2，ART1_3，ART2_3，ART3_3)。该系统包括用于测量装置间距离至少两个装置(DISP1_1，DISP2_1，DISP1_2，DISP2_2，DISP3_2，DISP1_3，DISP2_3，DISP3_3，DISP4_3)，所述装置牢固地固定在所述关节链的两个分隔的元件上，且设计成传输完成的测量值。此外，该系统包括用于基于通过一个测量装置提供的至少一个测量值来测定两个测量装置之间的至少一个距离的部件；以及计算部件(CALC)，其安装在所述关节链上，且适合于基于由用于测量装置间距离的所述装置传递的测量值来计算表征所述关节链运动的信息项。
文档编号A61H3/00GK102177004SQ200980124463
公开日2011年9月7日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月27日
发明者C·戈丹, Y·卡里图 申请人:原子能和辅助替代能源委员会, 莫韦公司