一种无线姿态采集器及系统的制作方法

本实用新型涉及无线姿态采集技术领域，具体涉及一种无线姿态采集器及系统。

背景技术：

随着社会的不断发展和人机交互等科学技术的不断进步，人体运动姿态的识别已经成为当前研究的热点。在竞技体育、康复治疗、体感游戏等各个方面，人体运动姿态识别技术得到了广泛应用。

在现有技术的人体运动姿态识别中，采用的无线姿态采集装置中通常包括是蓝牙通信和空间运动处理组件，空间运动处理组件包括惯性测量单元传感器，惯性测量单元传感器通过蓝牙通信与主机，因为蓝牙通信与惯性测量单元传感器和主机之间只能进行一对一的配对连接，所以惯性测量单元只能将采集的一个动作姿态传输通过蓝牙传输给主机，无法满足采集多个动作同时传输给主机的需要，并且蓝牙与主机建立连接时等待配对的时间较长，连接速度较慢，通信速度不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种无线姿态采集器，解决了现有技术中的蓝牙通信与空间运动处理组件和主机之间只能进行一对一的配对连接，空间运动处理组件只能将采集的一个动作姿态传输通过蓝牙传输给主机，无法满足采集多个动作同时传输给主机的需要，并且蓝牙与主机建立连接时等待配对的时间较长，连接速度较慢，通信速度不高的问题。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种无线姿态采集器，其特征在于，包括：具有无线上网芯片的处理器、空间运动处理组件；所述处理器与所述空间运动处理组件相连接；

所述空间运动处理组件用于采集动作姿态数据，将采集的所述动作姿态数据经过处理后发送至所述处理器，所述处理器与预设无线网络连接，所述处理器将所述动作姿态数据经校验打包处理后通过所述预设无线网络发送至目标终端，所述目标终端连接至所述预设无线网络。

具体的，所述空间运动处理组件包括：惯性测量单元传感器和空间运动处理芯片；所述空间运动处理芯片分别与所述处理器和所述惯性测量单元传感器相连接；

所述惯性测量单元传感器用于采集动作姿态数据，通过所述空间运动处理芯片对所述惯性测量单元传感器内的时间轴差进行处理后发送至所述处理器。

进一步的，还包括：印制电路板，所述印制电路板上设置有通用异步收发传输器uart接口；

所述处理器、所述空间运动处理组件均设置于所述印制电路板上，所述处理器通过所述uart接口进行预设无线网络参数配置。

进一步的，所述预设无线网络参数配置的预设参数包括服务集标识和密码。

进一步的，还包括：与所述处理器相连接的第一指示组件；所述第一指示组件，用于指示所述处理器与所述预设无线网络连接是否成功。

进一步的，还包括：分别与所述空间运动处理组件和所述处理器相连接的供电组件；

所述供电组件用于为所述空间运动处理组件、所述处理器供电，所述供电组件的供电电压为3.7伏-5.0伏。

进一步的，所述供电组件包括：电源稳压芯片和开关；

所述电源稳压芯片分别与所述空间运动处理组件和所述处理器相连接，所述电源稳压芯片用于为所述空间运动处理组件和所述处理器供电；所述开关与所述电源稳压芯片相连接，所述开关用于控制所述电源稳压芯片的开启；所述开关为三脚两档开关。

进一步的，所述供电组件还包括：与所述电源稳压芯片相连接的第二指示组件；所述第二指示组件用于指示所述电源稳压芯片的电源状况。

进一步的，包括：无线姿态采集设备、目标终端和如上述所述的任一方案的无线姿态采集器；所述目标终端与所述无线姿态采集器连接至同一预设无线网络；

所述无线姿态采集器设置在所述无线姿态采集设备上。

进一步的，所述无线姿态采集设备包括：魔术贴结构；所述无线姿态采集器设置于所述魔术贴结构上。

本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过空间运动处理组件测量动作姿态数据，将采集的动作姿态数据发送至处理器，处理器通过预设无线网络将动作姿态数据发送至设置有对应预设无线网络的目标终端，将每个设置有无线上网芯片的处理器通过预设无线网络与目标终端相连接，满足了可以采集多个动作姿态数据并同时发送至目标终端的目的，并通过无线上网芯片直接与预设无线网络相连接，减少了等待时间，提高了连接速度，从而提高了动作姿态数据的传输速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的无线姿态采集器的一种结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的无线姿态采集器的一种电路引脚连接图；

图3是本实用新型实施例提供的壳体的一种结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的无线姿态采集系统的一种结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

图1是本实用新型实施例提供的无线姿态采集器的一种结构示意图。

如图1所示，本实施例的无线姿态采集器包括：具有无线上网芯片的处理器12、空间运动处理组件11；处理器12与空间运动处理组件11相连接；空间运动处理组件11用于采集动作姿态数据，将采集的动作姿态数据经过处理后发送至处理器12，处理器12与预设无线网络连接，处理器12将动作姿态数据经校验打包处理后通过预设无线网络发送至目标终端13，目标终端13连接至预设无线网络。

采集的动作姿态数据可以包括加速度数据和角速度数据，角速度数据和角速度数据为可以在二维空间中的数据或三维空间中的数据。

处理器12选择具有无线上网芯片的处理器，例如可以选择型号为esp8266的处理器12，esp8266处理器是一个完整且自成体系的低功耗的无线上网wifi芯片。此外，还可以选择cc3000处理器等，只要能够具有无线上网芯片的处理器均可以。

处理器12连接到预设无线网络后，获取网络地址，目标终端13通过因特网包探索器(packetinternetgroper，英文缩写ping)来查询处理器12的网络地址，并向该地址发送用户数据报协议(userdatagramprotocol，英文缩写udp)，通过处理器12控制空间运动处理组件11开始采集动作姿态数据，处理器12接收空间运动处理组件11采集的动作姿态数据后进行识别、校验打包后发送至目标终端13。

空间运动处理组件11包括：惯性测量单元传感器和空间运动处理芯片；空间运动处理芯片分别与处理器和惯性测量单元传感器相连接。惯性测量单元传感器用于采集动作姿态数据，通过空间运动处理芯片对惯性测量单元传感器内的时间轴差进行处理后发送至处理器。

空间运动处理组件11中惯性测量单元传感器是测量物体三轴姿态角或角速率以及加速度的测量装置。一个惯性测量单元传感器包括加速度计和陀螺仪，加速度计检测物体在建立的载体坐标系统的加速度信号，陀螺仪检测载体相对于载体坐标系的角速度信号，以此来测量得到物体在三维空间中的角速度和加速度，解算出物体的姿态。加速度计和陀螺仪在进行检测时由于在三维空间中建立的多维坐标系统，所以在角速度和加速度数据进行转换时存在时间差，所以通过空间运动处理芯片的数字融合演算来进行消除的陀螺仪与加速度计的时间轴之差，以减少物体姿态的时间差，保证物体姿态的准确。

例如，本实施例的无线姿态采集器可以应用在人机交互机的体验游戏上，目标终端可以为人机交互机，可以将无线姿态采集器安装穿戴者的腿部，空间运动处理组件11采集得到穿戴者该腿部的动作姿态数据，空间运动处理组件11的动作姿态数据通过空间运动处理组件11的发送至处理器，处理器经识别校验，重新打包后再通过预设无线网络发送给人机交互机，人机交互机接收到动作姿态数据后，判断穿戴者的动作姿态数据是否超过系统预设阈值。

目标终端可以为安装有某一应用程序的电脑、人机交互机、平板、医学显示仪等。

惯性测量单元传感器可以为jy61模块、y61p模块、jy61p-bt模块、jy901模块。例如，jy901模块可以包括模块集成高精度的陀螺仪、加速度计和地磁场传感器，内部采用先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，快速求解出设置有此模块的物体当前的实时运动姿态。采用先进的数字滤波技术，有效的降低测量噪声，提高测量精度。jy901模块内部还集成了姿态解算器，配合动态卡尔曼滤波算法，能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态，姿态测量精度0.05度，稳定性极高。模块内部自带电压稳定电路，工作电压3.3伏到5伏，引脚电平兼容3.3伏或5伏的嵌入式系统，连接方便。支持串口接口和总线协议iic接口两种数字接口。方便用户选择最佳的连接方式，可以对输出速率调节。jy901模块还具有4路扩展端口，分别为模拟输入，数字输入，数字输出，脉冲宽度调制pwm输出等端口。此外，还具备全球定位系统gps连接能力，可以与标准的串口gps数据相连接，形成全球定位系统gps-惯性测量单元imu组合导航单元。

空间运动处理芯片的型号可以为mpu6050空间运动处理芯片。

在上述实施例的基础上，进一步的，还包括：印制电路板，印制电路板上设置有通用异步收发传输器uart接口；处理器、空间运动处理组件均设置于印制电路板上，处理器通过uart接口进行预设无线网络参数配置。

预设无线网络可以为无线局域网wlan，处理器与wlan连接，目标终端与处理器连接至同一wlan网络，预设无线网络参数配置的预设参数包括预设无线网络的服务集标识和密码。

用户可以根据需要通过uart接口进行预设无线网络的配置，预设无线网络可以为无线局域网wlan，通用串行总线usb转生存时间值(timetolive，英文缩写为ttl)模块可以进行配置，预设无线网络配置的预设参数包括服务集标识(servicesetidentifier，英文缩写ssid)和密码，服务集标识和密码设置根据用户的要求进行设置。

进一步的，还包括：与处理器相连接的第一指示组件。第一指示组件，用于指示处理器与预设无线网络连接是否成功。第一指示组件可以为第一指示灯，第一指示灯与处理器相连接，当处理器与预设无线网络连接成功时，第一指示灯亮起，指示正常；处理器与预设无线网络没有成功时，第一指示灯闪烁提醒或不亮。

进一步的，还包括：分别与空间运动处理组件和处理器相连接的供电组件，供电组件用于为空间运动处理组件、处理器供电，供电组件的供电电压为3.7伏到5.0伏。空间运动处理组件、处理器需要的供电电压小，功耗低，并且体积小巧，便于携带。

本实施例通过空间运动处理组件测量动作姿态数据，将采集的动作姿态数据发送至处理器，处理器通过预设无线网络将动作姿态数据发送至设置有对应预设无线网络的目标终端，将每个设置有无线上网芯片的处理器通过预设无线网络与目标终端相连接，满足了可以采集多个动作姿态数据并同时发送至目标终端的目的，并通过无线上网芯片直接与预设无线网络相连接，减少了等待时间，提高了连接速度，从而提高了动作姿态数据的传输速度，且空间运动处理组件、处理器需要的供电电压小，功耗低，成本低，体积小巧，便于携带。

图2是无线姿态采集器的一种电路引脚连接图，如图2所示，处理器12包括引脚1到引脚16，引脚1通过电阻r1接电源，引脚3通过电阻r2接电源，其中引脚2、引脚4、引脚5、引脚6和引脚7悬空，引脚8与电源连接，引脚9接地，引脚10通过电阻r3接地，引脚11、引脚13和引脚14悬空，引脚12与uart接口121的引脚3相连，引脚15与短波频率器的引脚2连接，引脚16分别与uart接口121的引脚1、空间运动处理组件11的引脚3相连。其中电阻r1、电阻r2、电阻r3均可选用为10千欧姆的大小阻值的电阻。电阻阻值不唯一，可根据用户实际选择。

空间运动处理组件11的引脚1接电源，引脚2、引脚4、引脚6、引脚8悬空，引脚7接地。

uart接口121上还连接有短波滤波器sw，短波滤波器sw用于滤除uart接口121的干扰电流，短波滤波器sw的引脚3与uart接口121的引脚2相连接，短波滤波器sw的引脚2与处理器12的引脚15相连接，短波滤波器sw的引脚1与空间运动处理组件11的引脚5相连接。

供电组件包括：电源稳压芯片14和开关，电源稳压芯片14分别与空间运动处理组件11和处理器12相连接，电源稳压芯片14用于为空间运动处理组件11和处理器12供电；开关与电源稳压芯片14相连接，开关用于控制电源稳压芯片14的开启；开关为三脚两档开关，可以为拨动开关或选择开关。开关不仅与电源稳压芯片14相连接，还可以与处理器12相连接，开关的一档用于控制电源稳压芯片14的开启，另一档还可以用于进行无线网络的配置。当电源稳压芯片14开启时，即可以进行数据采集，当开关拨动到程序配置时，即可以进行预设无线网络的配置。

进一步的，供电组件还包括：与电源稳压芯片14相连接的第二指示组件；第二指示组件用于指示电源稳压芯片14的电源状况。

具体的，电源稳压芯片14可以采用asm1117型号电源稳压芯片，可提供3.3伏的电压，电源稳压芯片14的引脚2与电容c3连接后接地，引脚3与电容c4连接后接地。其中电容c3、电容c4均可以选用10微法拉大小的电容。电容容值不唯一，可根据用户实际选择。

图3是本实施例壳体的一种结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，还包括壳体；印制电路板、处理器和空间运动处理组件均设置于壳体内。壳体的大小与印制电路板的大小相匹配，壳体上设置有uart接口31，用于进行程序配置；电源供电接口32，用于供电组件与壳体内部相连接供电；散热孔34用于进行散热；开关接口33用于设置开关；壳体的长可以为32毫米、宽可以为22毫米、高可以为8毫米。壳体体积小轻便，便于携带和穿戴在肢体上。

图4是本实施例的无线姿态采集系统的一种结构示意图，如图4所示，本实施例的无线姿态采集系统包括：无线姿态采集设备、目标终端和如上述任一方案的无线姿态采集器，目标终端与无线姿态采集器连接至同一预设无线网络；无线姿态采集器设置在无线姿态采集设备上。

无线姿态采集设备包括：魔术贴结构；无线姿态采集器设置于魔术贴结构上。魔术贴结构可以包括魔术贴和魔术贴扎带，无线姿态采集器可以设置在魔术贴内，魔术贴扎带与魔术贴相贴合设置，可以通过魔术贴扎带固定在物体或人体上。

无线姿态采集系统还可以包括控制组件，控制组件与无线姿态采集器的处理器相连接，构成一个助力外骨骼机器人。例如，空间运动处理组件采集穿戴者膝关节的动作姿态数据，将采集的动作姿态数据通过处理器的预设无线网络上传至目标终端，目标终端将动作姿态数据与预设动作姿态数据比较，根据膝关节角的映射关系，比较得到调整角度数据，调整角度数据通过预设无线网络发送至处理器，处理器根据调整角度数据生成控制调整信号发送至控制组件，通过控制组件调整穿戴者的动作姿态，在一定程度上可以帮助肢体运动功能障碍患者矫正动作姿态，结合人体行走步态规律和无线姿态采集系统为穿戴者的提供运动意图辨识的作用，实时检测膝关节的角度变化，通过无线姿态采集系统可以有效帮助膝关节运动障碍患者正常行走。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、组件、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、组件、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。