上肢穿戴式动作捕捉设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及上肢三维运动捕捉技术领域，特别涉及一种上肢穿戴式动作捕捉设备。
【背景技术】
[0002]虚拟现实又称为虚拟环境，是由计算机实时运算生成的交互式仿真环境。操作者可以通过使用各种特殊设备将自己“投射”到这个环境中，与虚拟环境发生互动，实现特殊的目的。从本质上来说，虚拟现实是一种计算机用户交互界面，它通过提供给用户提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观自然的实时感知与交互手段，最大限度地方便用户的操作与丰富用户的体验。虚拟现实在军事、航空、医学、建筑、教育、娱乐等领域有着广泛的应用。
[0003]通过借助多样化的人机交互手段，可使操作者沉浸于虚拟环境中，获得与真实世界相似的体验，从而达到训练某种技能的目的。上肢的姿态与动作是在虚拟环境中进行人机交互最常用的输入媒介。使用者可以借助穿戴式动作捕捉设备得到其上肢的位置，姿势，以及动作信号，以此驱动虚拟环境中的角色或物体，并可对某一特定的姿态或动作加以定义与识别，作为虚拟环境中的命令输入手段.穿戴式动作捕捉设备是实现人机交互的关键设备，起着联系实际使用者和虚拟环境中虚拟人物、虚拟物体的作用。
[0004]CyberGlove是目前较为先进的手部三维运动捕捉设备，能够捕捉到手指、手掌及手臂的细腻动作。CyberGlove是一个布基的数据手套，穿戴后覆盖整个手部，使用者需要在手部干燥的前提下进行穿戴，使用者需要小心拉动数据手套的边缘以使五指均触到数据手套底部，使用者需要逐一调整数据手套上每一根手指以使五指均与数据手套贴合良好，无论穿戴过程还是使用过程均需小心保护数据手套上的传感器，避免损伤传感器。CyberGlove在使用过程中存在不易排汗的问题，较长时间使用时，手部汗液会污损手套，清洗十分困难。另外，CyberGlove售价较高，不适应大众普及。
[0005]P5 Glove是采用弯曲传感器和远程跟踪技术实现使用者与三维游戏及虚拟环境的实时互动。P5 Glove能够捕捉到厘米级的手指动作，但对于五指的张开和合拢动作缺乏捕捉能力。另外，P5 Glove不能实现对手臂的动作捕捉，并且P5 Glove的动作捕捉精度较低。
[0006]Shape Hand Plus可对手腕和手指的外展和内收、弯曲和伸直等动作讲行捕捉。Shape Hand Plus的传感器并非固定在手套上，而是采用与手套连接的方式，从而可以适应不同手型的需要，这也使得Shape Hand Plus在左右两手上都可佩戴。因而，除非使用者需要同时捕捉双手动作，否则通只需使用一个Shape Hand Plus即可分别捕捉左右两只手的动作。Shape Hand Plus通过布基手套穿戴在使用者的手部，也存在不易排汗的问题，较长时间使用时，手部汗液会污损手套，清洗十分困难。
[0007]5dt数据手套能够捕捉使用者的手指弯曲位置和手指之间的夹角，但缺乏对手臂动作的捕捉能力。另外，5dt数据手套是合成弹力纤维材质的布基手套，也存在不易排汗的问题，较长时间使用时，手部汗液会污损手套，清洗十分困难。
[0008]Dexmo是采用外骨骼结构来进行手部动作捕捉的穿戴设备，将手部的弯曲动作通过一组连杆分解并且映射到旋转传感器上，并在外骨骼上设有力反馈组件。通过对外骨骼的正运动学建模完成手指的逆运动学分析，实现手部动作捕捉。外骨骼结构使Dexmo的外形较为笨拙，穿戴的舒适度较低。
[0009]Control Vr可以比较准确地追踪手臂或手指的细微动作，用以操控游戏人物和三维动画等虚拟物体，甚至是机器人、军事装备等实体设备。Control Vr的上肢动作捕捉设备包括设置传感器的布基手套、手臂传感器以及胸部传感器，它同样存在外形较为笨拙、穿戴舒适度较低和布基手套排汗困难的问题。
[0010]总体上看，现有的上肢三维运动捕捉设备存在的主要问题有:手部排汗困难、穿戴舒适度较低、动作捕捉精度较低和成本较高等问题。
【实用新型内容】
[0011]针对现有的上肢运动捕捉设备存在的手部排汗困难、穿戴舒适度较低、动作捕捉精度较低和成本较高等问题，本实用新型提供了一种上肢穿戴式动作捕捉设备。
[0012]本实用新型的技术方案为:
[0013]一种上肢穿戴式动作捕捉设备，其包括手指姿态传感装置、手臂姿态传感装置、手腕姿态传感装置和设置在手背上的数据采集装置。
[0014]手指姿态传感装置由传感器外盒、穿置在传感器外盒上的弹性绑带以及设置在传感器外盒内的传感器模块组成。
[0015]手臂姿态传感装置的组成和结构与手指姿态传感装置一致。
[0016]手腕姿态传感装置包括手腕姿态传感器模块，手腕姿态传感器模块与手指姿态传感装置及手臂姿态传感装置中的传感器模块相同。
[0017]数据采集装置由数据采集器外盒、穿置在数据采集器外盒上的弹性绑带、设置在数据采集器外盒内的电池、设置在数据采集器外盒内的数据采集模块和设置在数据采集器外盒内并与数据采集模块相适配的数据传输模块组成。电池为数据采集模块、数据传输模块、手腕姿态传感器模块和手指姿态传感装置及手臂姿态传感装置中的传感器模块供电。
[0018]数据采集装置中的数据采集模块通过排线与手腕姿态传感器模块和手指姿态传感装置及手臂姿态传感装置中的传感器模块相连。
[0019]具体的，手指姿态传感装置或手臂姿态传感装置中的传感器外盒包括用于穿置弹性绑带的第一底座、设置在第一底座上用于安置传感器模块的第一中间层以及设置在第一中间层上用于安置排线端子的第一顶盖。第一中间层上设置有用于连接数据采集模块的插孔。第一顶盖上设置有第一排线端子安装孔。第一底座上设置有用于穿置弹性绑带的第一凹槽，第一底座与手指的接触面为与手指弧度相适配的弧面。
[0020]具体的，手指姿态传感装置或手臂姿态传感装置中的传感器外盒包括用于穿置弹性绑带的第二底座、设置在第二底座上用于安置连接传感器模块的排线端子的第二中间层以及设置在第二中间层上用于安置传感器模块的第二顶盖。第二中间层上设置有第二排线端子安装孔和用于排线连接的出线槽。第二顶盖上设置有用于连接数据采集模块的插孔。第二底座上设置有用于穿置弹性绑带的第二凹槽，第二底座与手指的接触面为与手指弧度相适配的弧面。
[0021]具体的，数据采集器外盒包括用于安置电池、数据采集模块和数据传输模块的第三底座以及设置在第三底座上的第三顶盖。第三底座上设置有用于穿置弹性绑带的绑带出线孔和用于排线连接的出线槽。第三底座与手背的接触面为与手背弧度相适配的弧面。
[0022]具体的，手腕姿态传感装置还包括固定设置在数据采集器外盒上用于安置手腕姿态传感器模块的第四底座和设置在第四底座上用于安置排线端子的第四顶盖。第四顶盖上设置有第四排线端子安装孔，第四底座上设置有用于连接数据采集模块的插孔。
[0023]具体的，手腕姿态传感装置还包括固定设置在数据