一种乒乓球运动员动作捕捉设备的制作方法

本发明涉及动作捕捉领域，具体涉及一种动作捕捉设备。

背景技术

随着人机交互技术的不断发展，人与计算机的自然的、多模态的交互技术已经进入白热化的阶段，而动作捕捉技术作为人机交互的一个重要分支，近几年，发展迅速。动作捕捉系统就是通过对人体或其他物体运动姿态和位置的检测和记录，将这些信息转换成数字化的抽象模型，表达不同时刻目标所处的姿态。运动捕捉系统已广泛应用在运动分析、模型编码、虚拟现实、动画制作、智能监控系统、游戏制作等领域。比如，在互动式游戏中，使游戏者的各种动作能够驱动游戏环境中虚拟角色的动作，为游戏者带来一种全新的参与体验，同时加强了游戏的真实感和互动性；在动画制作上，运动捕捉技术极大地提高动画和游戏制作的开发效率和开发水平，并降低其开发成本。在体育训练上，运动捕捉技术可以捕捉运动员在运动过程中的位移、速度、加速度、力以及肌电信号等量化信息，结合机器学习技术和人体生物力学原理，可以从量化角度去分析运动员的动作并提出科学的改进方法。因此应用于人体的动作捕捉技术具有广阔的应用前景和巨大的商用价值。然而，现如今市面上的动作捕捉设备在具体的衣服或者外骨骼上固定了大量的传感器，由于衣服和外骨骼的厚重以及不能完成的弯曲，导致佩戴者在穿戴过程中无法完全完成欲完成的常规动作，导致无法获取有效数据。同时由于动作捕捉设备的传感器缝制在衣服上或者固定在外骨骼上的情况，存在维修和更换十分困难的问题，当一个传感器出现了问题，就需要将整个动作捕捉设备取下去维修，非常不方便，往往某一个传感器出现了问题就需要整体的调试和更换整个设备，十分的麻烦，并且修理费用高昂。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的动作捕捉设备存在占用空间大的问题和拆卸维修耗费时间长的问题。

一种乒乓球运动员动作捕捉设备，包括第一位姿测量单元、第二位姿测量单元、中控单元；

第一位姿测量单元包括位姿测量仓(1)、位姿测量仓盖(2)、第一位姿测量模块和第一连接芯片；

第一连接芯片用于第一位姿测量模块的信号和数据传输；第一连接芯片为双层pcb板，双层pcb板的一面设置至少6个触点，双层pcb板的另一面的两侧各设有一套spi接口；

第一位姿测量模块用于采集位姿数据；第一位姿测量模块上设有与第一连接芯片接触连接的探针，且探针可伸缩；探针的数量与第一连接芯片触点的数量相等；

第一位姿测量模块卡接在位姿测量仓盖(2)朝向位姿测量仓的一个面上，第一连接芯片设置在位姿测量仓盖(2)内部；

位姿测量仓盖(2)可拆卸的安装在位姿测量仓(1)上，形成一个位姿测量盒，此时第一位姿测量模块通过探针与第一连接芯片的触点接触连接；

第二位姿测量单元包括位姿测量仓(1)、位姿测量仓盖(2)、第二位姿测量模块和第二连接芯片；

第二连接芯片用于第二位姿测量模块的信号和数据传输；第二连接芯片为双层pcb板，双层pcb板的一面设置至少6个触点，双层pcb板的另一面设有至少一套spi接口；

第二位姿测量模块用于采集位姿数据；第二位姿测量模块上设有与第二连接芯片接触连接的探针，且探针可伸缩；探针的数量与第二连接芯片触点的数量相等；

第二位姿测量模块卡接在位姿测量仓盖(2)朝向位姿测量仓的一个面上，第二连接芯片设置在位姿测量仓盖(2)内部；

位姿测量仓盖(2)可拆卸的安装在位姿测量仓(1)上，形成一个位姿测量盒，此时第二位姿测量模块通过探针与第二连接芯片的触点接触连接；

第一位姿测量单元和第二位姿测量单元共用一套包括sdi、sdo、sclk、vcc、gnd的信号线，而且第一位姿测量单元和第二位姿测量单元分别接出各自的片选线；即spi接口包括sdi、sdo、sclk、vcc、gnd和第一位姿测量模块的片选信号cs、第二个位姿测量模块的片选ncs；

中控单元用于通过spi接口接收第一位姿测量单元和第二位姿测量单元对应的位姿数据，并进行存储和转发。

进一步地，所述中控单元用于通过spi接口接收第一位姿测量单元和第二位姿测量单元对应的位姿数据的过程如下：

中控单元通过spi接口连接第一位姿测量单元和第二位姿测量单元共用的一套信号线；通过vcc供电，通过gnd接地；通过sdi，sdo，sclk三根线接收数据；同时中控单元还设置至少两个片选接口，第一连接芯片和第二连接芯片各自对应一个片选接口，通过片选接口选择读取第一位姿测量模块和第二位姿测量模块测量的位姿数据。

进一步地，第一位姿测量模块采用mpu9250的位姿测量芯片。

进一步地，所述中控单元采用基于nrf52840芯片和ble蓝牙芯片的中控芯片。

进一步地，所述spi接口为可插拔接口。

进一步地，所述第一位姿测量单元佩戴于肘关节处，用于测量肘关节的位姿数据；

所述第二位姿测量单元佩戴于肩部三角肌处，也就是大臂的根部，用于测量肩关节的位姿数据。

进一步地，所述位姿测量仓盖(2)的盖板(21)上设置至少2个盖板卡扣(22)；

所述位姿测量仓(1)包括底板、至少4个侧板和顶板；顶板上开有盖板镶嵌口，至少2个侧板的内壁上设有卡扣槽(13)，用于卡住盖板卡扣(22)；2个侧板上设有导线口(12)。

进一步地，所述第一位姿测量模块卡接在至少2个盖板卡扣(22)之间。

进一步地，所述位姿测量仓(1)的底板采用树脂材料。

进一步地，所述位姿测量仓盖(2)与位姿测量仓(1)采用卡扣结构形成一个位姿测量盒时，姿测量仓盖镶嵌在位姿测量仓的一个板面上，姿测量仓盖和所在板面的外侧面在一个平面上。

本发明具有以下效果：

本发明的探针连接方式与位姿测量盒的可拆卸构造保证了本发明可以十分方便的更芯片，及可以实现快速拆卸和快速检测、维修，无论是那个部件出现损坏都可以实现立刻更换，从而解决了传统运动捕捉设备损坏后了修整困难的问题，使用探针来连接较之电路连接更加的方便，构造简单，成本低廉。与现有的将动作捕捉设备缝制在衣服或者固定在外骨骼上存在的维修和更换困难的情况相比，不仅维修的时间能够缩短80％以上，而且还能够将成本降低65％以上。

本发明的整体结构能够保证设备占用的空间很小，同时具有结构简单，充电线路简洁，成本低廉，易于大规模生产，易于维护和更换等优势。

附图说明

图1位姿测量仓盖和位姿测量仓形成的位姿测量盒结构示意图；

图2为位姿测量仓盖结构示意图；

图3为位姿测量仓结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：

一种乒乓球运动员动作捕捉设备，包括第一位姿测量单元、第二位姿测量单元、中控单元；

第一位姿测量单元包括位姿测量仓1、位姿测量仓盖2、第一位姿测量模块和第一连接芯片；

第一连接芯片用于第一位姿测量模块的信号和数据传输；第一连接芯片为双层pcb板，双层pcb板的一面设置6个触点，双层pcb板的另一面的两侧各设有一套spi接口；

第一位姿测量模块用于采集位姿数据；第一位姿测量模块上设有与第一连接芯片接触连接的探针，且探针可伸缩；探针的数量与第一连接芯片触点的数量相等；

第一位姿测量模块卡接在(可拆卸)位姿测量仓盖2朝向位姿测量仓的一个面上，第一连接芯片设置在位姿测量仓盖2内部；

位姿测量仓盖2可拆卸的安装在位姿测量仓1上，形成一个位姿测量盒，此时第一位姿测量模块通过探针与第一连接芯片的触点接触连接；

第二位姿测量单元包括位姿测量仓1、位姿测量仓盖2、第二位姿测量模块和第二连接芯片；

第二连接芯片用于第二位姿测量模块的信号和数据传输；第二连接芯片为双层pcb板，双层pcb板的一面设置6个触点，双层pcb板的另一面设有至少一套spi接口，实际上可以和第一连接芯片相同，即另一面的两侧分别设置两套spi接口，在使用时可以根据实际的使用情况选择屏蔽一套spi接口，这样在制造使用时可以制造一种连接芯片，从而减少差异化的部件生产，提高部件的通用率，降低成本；

第二位姿测量模块用于采集位姿数据；第二位姿测量模块上设有与第二连接芯片接触连接的探针，且探针可伸缩；探针的数量与第二连接芯片触点的数量相等；

第二位姿测量模块卡接在(可拆卸)位姿测量仓盖2朝向位姿测量仓的一个面上，第二连接芯片设置在位姿测量仓盖2内部；

位姿测量仓盖2可拆卸的安装在位姿测量仓1上，形成一个位姿测量盒，此时第二位姿测量模块通过探针与第二连接芯片的触点接触连接；

由于位姿测量模块最容易出现问题，第一位姿测量单元、第二位姿测量单元的结构能够保证在位姿测量模块出现问题时，只需将位姿测量仓盖拆下，然后更换位姿测量模块，然后再将位姿测量仓盖装上即可，不仅拆卸、更换和维修十分方便，而且修理费用得到极大的降低。

探针具有良好的导电性和一定伸缩性，当拆换盒内的芯片时，探针连接保证了电路板间的良好导电性和设备不受损坏。针对经常更换和调试位姿测量模块的情况，为了保证位姿测量模块与连接芯片摆放顺序不会放反，可以在位姿测量模块和连接芯片的相应位置做了标记，保证了位姿测量模块和连接芯片的位置的正确性。

探针的连接方式与位姿测量盒的可拆卸构结合造保证了本发明可以十分方便的更芯片，及可以实现快速拆卸和快速检测、维修；与现有的将动作捕捉设备缝制在衣服或者固定在外骨骼上存在的维修和更换困难的情况相比，不仅维修的时间能够缩短80％以上，而且还能够将成本降低65％以上。

第一位姿测量单元和第二位姿测量单元共用一套包括sdi、sdo、sclk、vcc、gnd的信号线，而且第一位姿测量单元和第二位姿测量单元分别接出各自的片选线；即spi接口包括sdi、sdo、sclk、vcc、gnd和第一位姿测量模块的片选信号cs、第二个位姿测量模块的片选ncs；

中控单元用于通过spi接口接收第一位姿测量单元和第二位姿测量单元对应的位姿数据，并进行存储和转发。

在进行动作捕捉时，分别将第一位姿测量单元和第二位姿测量单元固定在环形魔术粘贴的背面，通过将环形魔术粘带环绕粘在手臂上的形式，测量对应固定位置处的位姿数据；这种形式的载体使得佩戴和拆卸十分的方便，一拉便可卸下，较之传统的动作捕捉设备拆卸困难，有很大的优势，能够将佩戴和拆卸的时间时间节省80％以上。

具体实施方式二：

本实施方式所述中控单元用于通过spi接口接收第一位姿测量单元和第二位姿测量单元对应的位姿数据的过程如下：

中控单元通过spi接口连接第一位姿测量单元和第二位姿测量单元共用的一套信号线；通过vcc供电，通过gnd接地；通过sdi，sdo，sclk三根线接收数据；同时中控单元还设置两个片选接口，第一连接芯片和第二连接芯片各自对应一个片选接口，通过片选接口选择读取第一位姿测量模块和第二位姿测量模块测量的位姿数据。

第一连接芯片另一面上的两套spi接口中，连接中控单元的一侧spi接口设置7个接线端，分别对应vcc、gnd、sdi、sdo、sclk、第一位姿测量模块的片选信号cs、第二个位姿测量模块的片选ncs，其中sdi，sdo，sclk，cs，vcc和gnd与第一个连接芯片6个触点对应，通过探针将第一位姿测量模块的数据传出；连接第二连接芯片一侧spi接口设置6个接线端，分别对应vcc、gnd、sdi、sdo、sclk、第二个位姿测量模块的片选ncs；连接中控单元的一侧spi接口(7个接线端的一侧)的vcc、gnd、sdi、sdo、sclk、第二个位姿测量模块的片选ncs分别与连接第二连接芯片一侧spi接口(6个接线端的一侧)的vcc、gnd、sdi、sdo、sclk、第二个位姿测量模块的片选ncs通过pcb板的引线连接；

即：第一连接芯片两套spi接口中的一侧7个接线端，一侧6个接线端，其中7个接线端的第一位姿测量模块的片选信号cs在第一连接芯片上不在继续延伸，其余接线端对应的信号线继续延伸连接到第二连接芯；

第二连接芯片另一面的一侧spi接口的vcc、gnd、sdi、sdo、sclk、第二个位姿测量模块的片选ncs与第二个连接芯片6个触点对应通过探针将第二位姿测量模块的数据传出；如果采用与第一连接芯片相同的连接芯片时，只需要将7个接线端的对应的spi接口屏蔽即可。

这样能够保证数据的布线方式中，只需要采用一套数据线即可完成位姿数据的传递，可完成多个位姿测量盒串联传输数据，使得布线简单，成本低廉，节省空间，也为pcb的布局上节省空间，提供方便；同时还节约了芯片的管脚，不仅能够简化制造工艺，而且还能降低制造成本，并且使得维修方便。

本实施方式中，需要连续2套位姿设备读取关节的位姿数据，然后将这2套位姿数据看作这一段时间的位姿动作，通过设置中控单元的采样频率，保证了将数据传回pc端后，读取的动作的连贯性与完整性。

其他结构和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：

本实施方式所述第一位姿测量模块采用mpu9250的位姿测量芯片。基于mpu9250的位姿测量芯片，能够完成三个方向的加速度计，陀螺仪和磁强计的测量，对应设计的电路板大小能够做到小于为6mmx8mm，从而保证佩戴设备不会因电路板过大产生任何不适。

其他结构和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：

本实施方式所述中控单元采用基于nrf52840芯片和ble蓝牙芯片的中控芯片。

其他结构和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：

本实施方式所述spi接口为可插拔接口。

其他结构和参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：

本实施方式所述第一位姿测量单元佩戴于肘关节处，用于测量肘关节的位姿数据；

第二位姿测量单元佩戴于肩部三角肌处，也就是大臂的根部，用于测量肩关节的位姿数据。

又因为在乒乓球运动时，脚步的挪动、手部执拍姿势与肘关节和肩关节具有联动性，针对一根手臂只安装两个位姿测量设备就足够完成动作捕捉了。然后将具有两套位姿测量单元对应的位姿数据通过spi接口传出，并通过中控单元存储并传给pc机后进行数据解析，就能够获得乒乓球运动员的手臂位置姿，从而为运动员的训练提供数据支持。

其他结构和参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，

本实施方式所述所述位姿测量仓盖2的盖板21上设置2个盖板卡扣22；

所述位姿测量仓1包括底板、4个侧板和顶板；顶板上开有盖板镶嵌口，2个侧板的内壁上设有卡扣槽13，用于卡住盖板卡扣22；2个侧板上设有导线口12。

当位姿测量仓盖2与位姿测量仓1形成的位姿测量盒作为第一位姿测量单元的外壳时，两套spi接口对应接线分别从2个侧板上设有导线口穿过；

当位姿测量仓盖2与位姿测量仓1形成的位姿测量盒作为第二位姿测量单元的外壳时，一套spi接口对应接线从1个侧板上设有导线口穿过；另一个侧板上设有导线口置之不用或者进行封堵即可。

这样能够保证不用针对第一位姿测量单和第二位姿测量单分别生产位姿测量仓盖2与位姿测量仓1，保证了姿测量仓盖2与位姿测量仓1的通用性；从而减少安装的复杂程度(不用区分第一位姿测量单和第二位姿测量单的姿测量仓盖与位姿测量仓)，提高了设备的安装效率，从而提高生产效率。同时也正是由于这种情况，所以只需要一套生产设备生产一个种类的姿测量仓盖2或位姿测量仓1，从而节省了生产设备的多样性和数量，能够有效降低设备的生产成本。

其他结构和参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：

本实施方式所述第一位姿测量模块卡接在2个盖板卡扣22之间。

其他结构和参数与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：

本实施方式所述位姿测量仓1的底板采用树脂材料，具有可塑性强，半透明等优点；将位姿测量仓的底板所有的角设置为圆角，将所有的边设置为都用光滑的圆弧，从而保证位姿测量单元底板使用的安全性以及佩戴的舒适性。

其他结构和参数与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：

本实施方式所述位姿测量仓盖2与位姿测量仓1采用卡扣结构形成一个位姿测量盒时，姿测量仓盖镶嵌在位姿测量仓的一个板面上，姿测量仓盖和所在板面的外侧面(构成位姿测量盒的一个外部侧面)在一个平面上。

其他结构和参数与具体实施方式一至九之一相同。