一种水中下肢运动的捕捉系统的制作方法

本实用新型涉及运动捕捉系统领域，尤其涉及一种水中下肢运动的捕捉系统。

背景技术：

水中运动康复是现代康复医学的主要组成部分，是充分利用水的物理学特性，如温度效应、粘滞性、浮力等，对康复患者进行早期水中治疗与康复训练，以达到康复患者尽快消肿止痛，改善关节活动度，尽早恢复功能活动和运动能力的一种康复学方法，能够有效缩短康复进程。

当前长跑及球类爱好者越来越多，由于过度运动或运动不当，出现下肢损伤的患者也越来越多，若急性损伤未得到很好的康复治疗容易转为慢性损伤，严重影响患者的运动功能，甚至日常生活质量。水环境是安全的康复治疗环境，尤其对于一些经历下肢关节手术的患者，如前十字韧带重建术后患者，需要在减重环境下逐步恢复活动功能，也需要对恢复效果进行不定期测试与评估，实时准确地评价下肢行走或跑步过程中的关节活动幅度情况，同时结合功能恢复现状，实时了解患者的康复进程，为合理安排康复计划提供依据，并有必要开展与陆上康复效果的对比研究。

从现有动作捕捉技术来看，多用于陆上运动时的动作分析，而未见有分析水中运动动作的捕捉系统。现有技术已具备通过水下摄像机拍摄患者水中行走或跑步姿态，随后导入电脑，通过视频分析软件进行动作分析，但是缺乏实时的水中运动学动态监控。并且通常水下摄像设备位置设置相对固定，无法依据身高而自动调节高度，或因无法移动导致拍摄距离过远或过近，以及受到水流影响，而无法同步反馈下肢髋、膝和踝关节角度联动情况，甚至拍摄图像不够清晰，后续很难获得准确的下肢关节运动学参数。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种水中下肢运动的捕捉系统，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种水中下肢运动的捕捉系统，包括

两支撑柱，分别设置于水下跑步台的前端两侧，所述支撑柱的底端固定一底座，所述支撑柱内设一竖直滑槽，所述竖直滑槽内设置有：

一摄像位置调节装置，安装于所述竖直滑槽的内部底端；

一安装壳，安装于所述摄像位置调节装置的顶端；

一水下摄像装置，固定于安装壳上，用于捕捉荧光标记贴的运动图像；

一无线传输装置，与所述水下摄像装置连接，将所述水下摄像装置拍摄的影像实时传输至终端设备；

一无线控制装置，与所述水下摄像装置连接并控制所述水下摄像装置。

优选地，两所述支撑柱关于所述水下跑步台的中心左右对称。

优选地，所述底座呈圆盘形或吸盘形，所述底座采用防锈金属材料制作。

优选地，所述竖直滑槽的一侧设一开口，所述水下摄像装置的镜头穿出所述出口。

优选地，所述摄像位置调节装置包括一高度调节装置，所述高度调节装置与所述无线控制装置连接，所述高度调节装置顶端与所述安装壳之间设一托板。

优选地，所述高度调节装置为电动缸。

优选地，所述安装壳底端通过转轴安装于所述托板上，所述转轴连接一电动角度微调结构。

优选地，所述无线控制装置包括无线接收器和与所述无线接收器连接的执行器。

有益效果：本实用新型水下摄像装置可升可降，可对不同身高的用户身上的标记贴进行拍摄，适用性广，并可对水下摄像装置的角度进行微调，可通过远程控制装置控制水下摄像装置启动或升降，从而方便医护人员对捕捉系统的控制，使每一个水下摄像机精准捕捉到每一个荧光标记的移动位置，通过可调节的水下摄像装置拍摄荧光标记的运动轨迹，避免了拍摄整个下肢影像不清晰的情况，能捕捉到清晰的下肢运动轨迹图像和动态关节角度数据，从而为医生或康复师实时掌握患者水中下肢运动学参数提供量化依据，并依据下肢关节活动度改善进度，及时改进患者的康复训练计划，发挥最佳的康复治疗效果。

附图说明

图1为本实用新型的水中下肢运动的捕捉系统剖视结构示意图；

图2为本实用新型的支撑柱与水下跑步台的位置关系图；

图3为本实用新型的荧光标记贴的粘贴位置图；

图4为本实用新型的运动捕捉系统的电性连接框图。

图中：1-支撑柱；2-底座；3-竖直滑槽；4-摄像位置调节装置；5-安装壳；6-水下摄像装置；7-荧光标记贴；8-无线传输装置；9-无线控制装置；10-水下跑步台；11-高度调节装置；12-托板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种水中下肢运动的捕捉系统，包括

两支撑柱1，分别设置于水下跑步台10的前端两侧，水下跑步台既可以为嵌设在水池中的防水履带式跑步台，也可以直接将具有防水功能的跑步台放置在训练水池中。支撑柱1的底端固定一底座2，支撑柱1内设一竖直滑槽3，竖直滑槽3内设置有：

一摄像位置调节装置4，安装于竖直滑槽3的内部底端，用于调节水下摄像装置6的位置，可根据用户的身高或跑步姿态进行调节，使其拍摄到用户一侧的所有荧光标记贴的运动轨迹；

一安装壳5，安装于摄像位置调节装置4的顶端；

一水下摄像装置6，固定于安装壳5上，用于捕捉荧光标记贴7的运动图像。

一无线传输装置8，与水下摄像装置6连接，将水下摄像装置6拍摄的影像实时传输至终端设备，终端设备如计算机或显示屏；使分析软件更快地分析出水下行走或跑步的进程和结果，如计算得出下肢三个关节角度联动情况、运动速度等参数，更能实时了解水下康复患者的运动情况，如分析出运动患者的运动速度减慢，可判断水中运动患者耐力素质下降，出现了疲劳情况，可适时提醒运动患者暂停和休息，保证水中运动患者的康复运动效果。

一无线控制装置9，与水下摄像装置6连接，用于无线控制水下摄像装置6。

需补充说明的是，支撑柱1内设一电池槽，用于存放充电电池，利用充电电池给水下摄像机6、无线控制装置9、无线传输装置8等电子元件供电，避免了拉线的烦恼。充电电池外侧设有防水装置，避免沾水。

本实用新型的水中下肢运动捕捉系统优点在于：

本实用新型水下摄像装置可升可降，可对不同身高的用户上的标记贴进行拍摄，并可对水下摄像装置的角度进行微调，可通过远程控制装置控制水下摄像装置启动或升降，从而方便医护人员对捕捉系统的控制，使每一个水下摄像机精准捕捉到每一个荧光标记的动作，通过可调节的水下摄像装置拍摄荧光标记贴的运动轨迹，避免了拍摄整个下肢造成的影像不清晰的情况，能捕捉到清晰地下肢运动轨迹图像和动态关节角度数据，从而为医生或康复师实时掌握患者水中下肢运动学参数提供量化依据，并依据下肢关节活动度改善进度，及时改进患者的康复训练计划，发挥最佳的康复治疗效果。

作为本实用新型一种优选的实施方案，两支撑柱1关于水下跑步台10的中心左右对称。由于用户身体两侧均贴有荧光标记贴，且两者高度几乎一致，因此每两个相同高度的荧光标记贴是关于身体中心对称的。因此设置两个支撑柱1距离水下跑步台10的距离是相等，这样两个水下摄像装置6拍摄的荧光标记贴的清晰度也就是相同的，保证了后续运动轨迹分析的可靠性。

在水下跑步台10位置确定后，便可确认两支撑柱1的位置。两支撑柱1的位置选择的准则为：两支撑柱1均位于水下跑步台的前端，且距离水下跑步台的中心距离相等。两套水下摄像装置6的拍摄高度一致，且均能拍摄出清晰、完整的用户身体一侧所有的荧光标记贴的运动轨迹影像。

作为本实用新型一种优选的实施方案，底座1呈圆盘形或吸盘形，底座1采用防锈金属材料制作，可有效防止流水的锈蚀。金属材质的底座1相当于配重块的作用，防止水流使水箱摄像机6晃动，保证水下捕捉关节运动轨迹的稳定性。为防止滑动，在底座1的底端设置有摩擦纹或橡胶圈，可有效防止支撑柱1自动打滑或位移的现象发生。

作为本实用新型一种优选的实施方案，竖直滑槽3的一侧设一开口，水下摄像装置6的镜头穿出出口。开口的宽度比摄像机的镜头的宽度大，使水下摄像机6的镜头有角度微调的空间。

作为本实用新型一种优选的实施方案，摄像位置调节装置4包括一高度调节装置11，高度调节装置11与无线控制装置连接，高度调节装置顶端与安装壳之间设一托板12。

作为本实用新型一种优选的实施方案，高度调节装置11为电动缸。采用电动缸而不采用油缸或气缸的理由为：不需要复杂的成套系统支持(包括泵，管道，阀门，过滤器，很多接头等)；可以节约很多的空间，而且在无维护的情况下，安全可靠的工作；没有油污的污染，不会污染水池的水，大幅度降低噪音，保持洁净安静的工作环境。具体的性能特点如下：

自锁性能：普通齿丝杠电动推杆和螺旋升降机，由于综合传动效率低，大部分有绝对动载自锁功能，增加设备运行的安全性；或通过电机制动线圈抱闸自锁。节省了刹车装置，结构更加精简。

精确控制：配置编码器，通过变频器或控制器控制，实现闭环精确定位，配合远程控制，更快地对摄像装置的高度进行精准定位。

驱动系统：直流电机，单相交流电机，三相交流电机，无需气源或液压源。电机通过蓄电池供电，蓄电池和电机的外侧均设置防水罩，保证安稳和干燥的工作环境。

作为本实用新型一种优选的实施方案，安装壳5底端通过转轴安装于托板12上，转轴连接一电动角度微调结构。电动角度微调结构可通过齿轮传动原理，并通过电机带动转轴转动，从而使托板12上的水下摄像装置6转动，使摄像装置的拍摄角度更加精准和覆盖身体同一侧的所有荧光标记贴。可通过无线控制装置9来控制电动角度微调结构启动从而微调摄像装置的拍摄角度。

优选的是，通过高度调节装置11调整水下摄像装置4的高度，通过电动角度微调结构微调水下摄像装置6的拍摄角度，从而使水下摄像装置始终位于最佳的拍摄位置和角度，使每一个水下摄像装置均能拍摄到位于用户身体同一侧的全部荧光标记贴。保证拍摄图像的清晰性和完整性，保证后续运动数据分析的准确性。且适用于多种身高的用户，适用性广。将支撑柱1放置在水池中固定位置后，便不需人工调整摄像装置位置，通过电动调整，更加迅捷快速和省力。

作为本实用新型一种优选的实施方案，无线控制装置9包括无线接收器和与无线接收器连接的执行器。无线接收器用于接收无线信号，如蓝牙或wifi或红外线信号，可通过无线终端设备(如手机、笔记本电脑)或遥控器来发射无线控制信号，无线接收器接收控制信号后，发送给执行器，从而使执行器控制水下摄像装置6、高度调节装置11或电动角度微调结构的启动、暂停和停止。

荧光标记贴7的正面涂有荧光粉，便于摄像机捕捉，使水下摄像装置6即使在昏暗的水下也可清晰拍摄运动轨迹。另外，为防止荧光粉脱落，在荧光标记块7的正面贴有防水膜，保证荧光寿命长久。荧光标记贴7可贴在皮肤或光滑的泳衣上。

需补充说明的是，如图4所示，测试前，让进行水下康复运动患者的身体两侧的五个位置贴上，每一侧的五个荧光标记贴7分别贴在水下康复训练人员的腋中线的下腰部、股骨大转子、膝关节间隙、外踝和第五脚趾外侧，依次对应图4中人物模型上的a、b、c、d、e五个点。身体每一侧的五个荧光标记贴7均由一个摄像装置全部捕捉，捕捉到五个荧光标记的运动轨迹后，两个摄像装置共捕捉到十个荧光标记，组合到一起便可清晰呈现下肢上所有荧光的运动轨迹。便于后续对关节运动角度的分析。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。