申请/专利权人：北京铸正机器人有限公司

申请日：2023-12-18

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN117503120B

主分类号：A61B5/11

分类号：A61B5/11;A61B5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2024.02.27#实质审查的生效;2024.02.06#公开

摘要：本发明提供人体姿态估计方法及系统，涉及空间数据处理技术领域，包括设置惯性传感器，将惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装惯性测量单元，计算航向方向Z轴标定后姿态，确定惯性传感器的初始Z轴方向，初始化惯性传感器；在站立姿态下，以站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，基于Z轴标定后姿态，结合虚拟变换矩阵，完成虚拟人姿态标定；选取虚拟关节，各自建立坐标系，设置骨盆为基坐标系，其他关节坐标系以基坐标系为起点，构建解算串联分支，通过齐次坐标变换，分别计算各关节的位姿矩阵，得到虚拟人关节的空间位姿结算结果，将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果。

主权项：1.一种人体姿态估计方法，其特征在于，包括：设置惯性传感器，将所述惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装所述惯性测量单元，在世界坐标系下，计算所述惯性测量单元的Z轴标定后姿态，确定所述惯性传感器的初始Z轴方向，初始化所述惯性传感器；在站立姿态下，以所述惯性测量单元的站立姿态标定时旋转矩阵，作为虚拟变换矩阵，基于所述惯性测量单元的Z轴标定后姿态，结合所述虚拟变换矩阵，实现现实空间到虚拟空间的映射，完成虚拟人姿态标定；选取虚拟人头、胸、腰以及左右大臂、小臂、手、大腿、小腿、脚共15个关节，各自建立坐标系，设置骨盆为基坐标系，其他14个关节坐标系以所述基坐标系为起点，构建解算串联分支，通过齐次坐标变换，分别计算所述解算串联分支中各关节的位姿矩阵，得到虚拟人关节的空间位姿结算结果，将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果；设置惯性传感器，将所述惯性传感器组合成惯性测量单元，在人体关节处安装所述惯性测量单元，在世界坐标系下，计算所述惯性测量单元的Z轴标定后姿态，确定所述惯性传感器的初始Z轴方向，初始化所述惯性传感器包括：设置惯性传感器，其中，所述惯性传感器包括陀螺仪、加速度计，将陀螺仪、加速度计组合成惯性测量单元；在世界坐标系下，根据所述惯性测量单元的Z轴标定时姿态矩阵和Z轴标定后统一姿态矩阵，确定Z轴标定变换矩阵；根据所述惯性测量单元的原始旋转矩阵，结合所述Z轴标定变换矩阵，计算所述惯性测量单元的Z轴标定后旋转矩阵，确定所述惯性传感器的初始Z轴方向，初始化所述惯性传感器；选取虚拟人关节，各自建立坐标系，设置基坐标系，其他坐标系以所述基坐标系为起点，构建解算串联分支，通过齐次坐标变换，分别计算所述解算串联分支中各关节的位姿矩阵，得到虚拟人关节的空间位姿解算结果，将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果包括：选取虚拟人的15个关节，建立与所述15个关节对应的15个坐标系，设置髋部坐标系为基坐标系，其他坐标系以所述基坐标系为起点，构建5个解算串联分支，对所述解算串联分支分别计算；所述齐次坐标变换设置两种形式，分别表示为纯平移式和纯旋转式，基于所述齐次坐标变换，绕动坐标系，构建各关节的位姿矩阵表示；将真实人体空间位姿与虚拟人空间位姿相对应，得到人体姿态结果；还包括：所述齐次坐标变换分别表示为纯平移式和纯旋转式，其中纯平移式如下： 其中，表示从j坐标系到i坐标系的平移变换，表示j坐标系原点相对于i坐标系原点的平移，I3×3表示3×3的单位矩阵；纯旋转式如下： 其中，表示从j坐标系到i坐标系的旋转变换，表示j坐标系相对于i坐标系的旋转，表示3×3的旋转矩阵；对各关节的位姿矩阵进行求解，其公式如下： 其中，VTi表示从虚拟坐标系V到第i个关节坐标系的位姿矩阵，VP1表示从虚拟坐标系V到基坐标系的平移向量，VRn-1表示从虚拟坐标系V到第n-1个关节坐标系的旋转，VPn表示从虚拟坐标系V到第n个关节坐标系的平移向量，RotVRn-1'表示从虚拟坐标系V到第n-1个关节坐标系的旋转矩阵的逆，VRi表示从虚拟坐标系V到第i个关节坐标系的旋转。

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权利要求：

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