本發(fā)明專利技術公開了一種基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)及方法，運動跟蹤系統(tǒng)包括：上位機、多個藍牙主機、及設置在每個節(jié)點上的感測裝置，感測裝置包括：MEMS傳感單元，用于每隔預設時間采集一次被跟蹤物相應節(jié)點的運動參數(shù)；數(shù)據(jù)處理單元，用于對所采集的運動參數(shù)進行融合處理，以獲得被跟蹤物相應節(jié)點的運動信息，并將運動信息通過數(shù)據(jù)接口發(fā)送至相應的藍牙從機；藍牙從機，用于將所接收的運動信息轉換為藍牙信號，并利用藍牙協(xié)議將藍牙信號發(fā)送至相應的藍牙主機；上位機，用于從多個藍牙主機收集并匯總各個節(jié)點所對應的藍牙信號，以生成被跟蹤物的運動信息。實施本發(fā)明專利技術的技術方案，滿足運動跟蹤系統(tǒng)多節(jié)點、高速率的要求，而且，擴展性和靈活性好。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及運動跟蹤領域，尤其涉及一種基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)及方法。
技術介紹
運動跟蹤系統(tǒng)是記錄物體(如人體等)運動姿態(tài)的裝置。其主要由以下兩種形式實現(xiàn):第一種是通過外部傳感設備，比如電磁學、聲學或光學設備。以外部設備為主的跟蹤系統(tǒng)主要由測量信號源、信號反饋裝置和接收傳感器組成，通過由被測物反饋信號源產(chǎn)生的特定測量信號，接收傳感器利用其中攜帶的信息還原被測物運動過程。第二種是通過附著于被跟蹤物的MEMS (Micro Electro Mechanical System,微機電系統(tǒng))傳感器采集數(shù)據(jù)，由一定的算法直接計算被測物運動狀態(tài)。以上兩種方式中，外部傳感方式，如光學測量，具有精度高、分辨度高的特點，但是成本高，安裝難度大，前期準備時間長；而采用MEMS傳感器的方法具有更少的限制與更強的環(huán)境適應性。目前應用于三維空間運動跟蹤系統(tǒng)的比較成熟的MEMS解決方案是:使用三軸加速度計、三軸陀螺儀和三軸磁傳感器共九維數(shù)據(jù)，利用一定的數(shù)據(jù)融合算法得到被測物姿態(tài)的三維旋轉角和三維空間位移。由于每個跟蹤節(jié)點需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)除這些信息之外，一般還針對各種具體應用附帶了自定義信息，并且為滿足系統(tǒng)實時性需求，數(shù)據(jù)更新頻率一般在50Hz以上，因此信息傳輸量大；同時節(jié)點數(shù)量必須滿足應用的要求(一般人體全身跟蹤需要17個以上的節(jié)點)。傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡低功耗低速率脈沖式的無線通信協(xié)議并不適合直接應用在這類系統(tǒng)中，因為:現(xiàn)有系統(tǒng)一般先將各節(jié)點統(tǒng)一或部分使用電纜有線連接到某些運動的嵌入式系統(tǒng)上，再使用無線通信方式將匯總的數(shù)據(jù)傳輸至上位機。但這些方法由于節(jié)點數(shù)量與位置受到限制，功耗也受到限制，從而影響了基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)的可擴展性和靈活性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)的可擴展性和靈活性差的缺陷，提供一種可擴展性和靈活性好的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)，用于跟蹤被跟蹤物的運動，所述被跟蹤物具有多組節(jié)點，且每組節(jié)點的節(jié)點數(shù)量最多為七個；所述運動跟蹤系統(tǒng)包括:上位機、與所述上位機連接且與每組節(jié)點對應的多個藍牙主機、及設置在每個節(jié)點上的感測裝置，所述感測裝置包括=MEMS傳感單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)接口及藍牙從機，其中，所述MEMS傳感單元，用于每隔預設時間采集一次被跟蹤物相應節(jié)點的運動參數(shù)；所述數(shù)據(jù)處理單元，用于對所采集的運動參數(shù)進行融合處理，以獲得被跟蹤物相應節(jié)點的運動信息，并將所述運動信息通過所述數(shù)據(jù)接口發(fā)送至相應的藍牙從機；所述藍牙從機，用于將所接收的運動信息轉換為藍牙信號，并利用藍牙協(xié)議將所述藍牙信號發(fā)送至相應的藍牙主機；所述上位機，用于從所述多個藍牙主機收集并匯總各個節(jié)點所對應的藍牙信號，以生成被跟蹤物的運動信息。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中，所述上位機還用于通過相應的藍牙主機將相應的指令信號發(fā)送至相應的藍牙從機。 在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中，所述MEMS傳感器包括分別設置在X、Y、Z每個軸上的加速度計、陀螺儀和磁傳感器，且X、Y、Z三軸正交設置；所述感測裝置還包括校正單元，所述校正單元用于對每個軸上的磁傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行校正處理，并將校正后的數(shù)據(jù)送入相應的數(shù)據(jù)處理單元。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中，所述校正單元通過球形約束算法對磁傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行校正處理。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中，所述感測裝置還包括:存儲單元，用于以隊列形式動態(tài)存儲相應的磁傳感器每次采集的數(shù)據(jù)。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中，所述感測裝置還包括供電電源和電壓管理單元，且所述供電電源通過所述電壓管理單元為所述MEMS傳感單元、數(shù)據(jù)處理單元、藍牙從機供電。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中，所述感測裝置還包括充電接口和充電管理單元，且所述充電接口用于從市電取電，并通過所述充電管理單元為所述供電電源充電。本專利技術還構造一種基于MEMS傳感器的運動跟蹤方法，包括:A.設置在被跟蹤物的每個節(jié)點上的MEMS傳感單元每隔預設時間采集一次被跟蹤物相應節(jié)點的運動參數(shù)；B.設置在被跟蹤物的每個節(jié)點上的數(shù)據(jù)處理單元對所采集的運動參數(shù)進行融合處理，以獲得被跟蹤物相應節(jié)點的運動信息，并將所述運動信息通過所述數(shù)據(jù)接口發(fā)送至相應的藍牙從機；C.設置在被跟蹤物的每個節(jié)點上的藍牙從機將所接收的運動信息轉換為藍牙信號，并利用藍牙協(xié)議將所述藍牙信號發(fā)送至相應的藍牙主機；D.上位機從各個藍牙主機收集并匯總各個節(jié)點所對應的藍牙信號，以生成被跟蹤物的運動信息。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤方法中，所述MEMS傳感器包括分別設置在X、Y、Z每個軸上的加速度計、陀螺儀和磁傳感器，且X、Y、Z三軸正交設置；在所述步驟A和步驟B之間，還包括:E.設置在被跟蹤物的每個節(jié)點上的校正單元對每個軸上的磁傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行校正處理，并將校正后的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理單元。在本專利技術所述的基于MEMS傳感器的運動跟蹤方法中，在所述步驟A和步驟E之間，還包括:以隊列形式動態(tài)存儲相應的磁傳感器每次采集的數(shù)據(jù)。實施本專利技術的技術方案，相較現(xiàn)有的運動跟蹤系統(tǒng)，其優(yōu)點在于:由于單一藍牙子網(wǎng)最多僅需承受7個節(jié)點的數(shù)據(jù)通信壓力，為通信速率留出足夠余量，同時能夠滿足運動跟蹤系統(tǒng)多節(jié)點、高速率的要求。而且，使用了藍牙協(xié)議無線組網(wǎng)，使節(jié)點完全物理獨立，當節(jié)點數(shù)量大幅度增加時無需技術投入，直接增加與上位機連接的藍牙主機數(shù)即可，理論上無最大節(jié)點數(shù)限制，方便適應不同的跟蹤對象，因此，可根據(jù)應用靈活調(diào)整藍牙子網(wǎng)數(shù)量，擴展性和靈活性好。同時，通過對磁傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行校正，抑制了環(huán)境中的硬鐵干擾，特別是電池、無線"[目號等廣生的影響，提聞了跟蹤精度。附圖說明下面將結合附圖及實施例對本專利技術作進一步說明，附圖中:圖1是本專利技術基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)實施例一的邏輯圖；圖2是本專利技術基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中感測裝置實施例一的邏輯圖；圖3是本專利技術基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中感測裝置的MEMS傳感器實施例一的邏輯圖；圖4是本專利技術基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)中感測裝置實施例二的邏輯圖；圖5是本專利技術磁傳感器所采集的磁數(shù)據(jù)隊列存儲的示意圖；圖6是本專利技術基于MEMS傳感器的運動跟蹤方法實施例一的流程圖；圖7是本專利技術基 于MEMS傳感器的運動跟蹤方法實施例二的流程圖。具體實施例方式圖1是本專利技術基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)實施例一的邏輯圖，該運動跟蹤系統(tǒng)用于跟蹤被跟蹤物(例如人體)的運動，該被跟蹤物具有多組節(jié)點，且每組節(jié)點的節(jié)點數(shù)量最多為七個，例如，第一組節(jié)點分別為節(jié)點1.1、1.2、…、1.7，第二組節(jié)點分別為節(jié)點2.1、2.2、…、2.7，第三組節(jié)點分別為節(jié)點n.1、n.2、…、n.7。還應說明的是，節(jié)點的分組是人為操作，與節(jié)點的自然屬性無關。且該運動跟蹤系統(tǒng)包括:上位機14、與每組節(jié)點對應的多個藍牙主機，例如與第一組節(jié)點對應的藍牙主機13、及設置在每個節(jié)點上的感測裝置，例如設置在節(jié)點1.1上的感測裝置11。其中，多個藍牙主機分別與本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種基于MEMS傳感器的運動跟蹤系統(tǒng)，用于跟蹤被跟蹤物的運動，其特征在于，所述被跟蹤物具有多組節(jié)點，且每組節(jié)點的節(jié)點數(shù)量最多為七個；所述運動跟蹤系統(tǒng)包括：上位機、與所述上位機連接且與每組節(jié)點對應的多個藍牙主機、及設置在每個節(jié)點上的感測裝置，所述感測裝置包括：MEMS傳感單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)接口及藍牙從機，其中，所述MEMS傳感單元，用于每隔預設時間采集一次被跟蹤物相應節(jié)點的運動參數(shù)；所述數(shù)據(jù)處理單元，用于對所采集的運動參數(shù)進行融合處理，以獲得被跟蹤物相應節(jié)點的運動信息，并將所述運動信息通過所述數(shù)據(jù)接口發(fā)送至相應的藍牙從機；所述藍牙從機，用于將所接收的運動信息轉換為藍牙信號，并利用藍牙協(xié)議將所述藍牙信號發(fā)送至相應的藍牙主機；所述上位機，用于從所述多個藍牙主機收集并匯總各個節(jié)點所對應的藍牙信號，以生成被跟蹤物的運動信息。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張盛，劉藝，馬天鳴，肖康，
申請(專利權)人：清華大學深圳研究生院，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44
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