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专利号: 2021102008474
申请人: 山东大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:包括:镜面系统、三维反光标记点系统、运动捕捉系统和分析系统,其中:所述镜面系统,包括平台和垂直设置于平台上的镜子,所述镜子上设置有多个标记点,且镜子的反光面和遮光面形成对称结构,镜子的反光面一侧用于设置实物;

所述三维反光标记点系统,包括设置于拇指、食指指尖的标记簇,粘贴在拇指、食指皮肤表面的标记点,手背标记簇以及手腕单一标记点,用于表征拇指和食指的运动轨迹;所述拇指、食指皮肤表面的标记点包括食指和拇指关节处标记点;

所述运动捕捉系统,包括多个环绕平台设置的摄像机,被配置为获取真实目标位置、镜面位置、标记点在某个时刻的位置信息以及受试者抓取虚拟目标过程中手部标记簇的运动轨迹;

所述分析系统,被配置为分析系统,被配置为对采集的手部标记簇的运动轨迹中各个点进行手部坐标系与镜面坐标系的转换,基于转换后的运动轨迹,建立拇指和食指抓取期间的三维数字运动学的数学模型;所述分析系统包括数学模型构建模块,被配置为基于手指各关节的自由度、指骨节段长度、关节中心位置和节段坐标系,分别建立拇指和食指抓取期间的三维数字运动学的数学模型;

提取转换后的运动轨迹中的初始位置和终止位置,利用最小波动轨迹模型,确定从初始位置和终止位置的最优运动轨迹,通过对比所述数学模型和最优运动轨迹,评估抓取运动学协调性。

2.如权利要求1所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:多个手部标记簇,包括用于标记拇指和食指远端指骨的指甲标记簇,用于标记食指和拇指关节处标记点,用于标记沿第二掌骨的手背标记簇和用于标记尺骨茎突的手腕单一标记点。

3.如权利要求2所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:所述指甲标记簇包括基座,基座上通过连接件连接有三个非共线标记组成的簇,基座能够通过固定件固定在指甲上,其中,标记簇不是共线的,用于定义固定在其各自段上的局部三维坐标系,其中x、y和z轴从背部角度分别指向右端,上端和近端。

4.如权利要求1所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:食指和拇指关节处的单个标记点,用以确定以下关节位置:拇指的指间关节、掌指关节和食指的远端指间关节、近端指间关节和掌指关节。

5.如权利要求1所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:所述运动捕捉系统的捕捉频率一定。

6.如权利要求1所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:所述分析系统包括关节旋转中心位置识别模块,被配置为从固定在指甲上的标记簇指定一个参考坐标系,并观察相邻段上标记点的相对运动,其中参考坐标系的转换矩阵由固定在镜面坐标系上选定的坐标原点上的旋转矩阵定义,将转换逆矩阵应用于采集的运动标记数据,进行球面拟合,并计算关节中心的三维坐标系,得到镜面坐标下的关节中心位置。

7.如权利要求1所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:所述分析系统包括坐标系转换模块,被配置为定义手部坐标系和镜面坐标系,两坐标系的具有相同的原点,分别描述手部坐标系和镜面坐标系下的单位向量,并将手部坐标系的单位向量转换为其在镜面坐标系下的向量,确定两者的转换矩阵。

8.如权利要求1所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:所述分析系统包括运动轨迹分析模块,被配置为设运动以零速度和零加速度开始和结束,基于手部运动的起始位置坐标、终止位置坐标和运动时间,构建手部运动轨迹模型,使用动态优化理论确定产生最优的唯一运动轨迹,对比获取的受试者运动轨迹和唯一运动轨迹,以评估受试者的感知运动能力。

9.如权利要求8所述的一种可分离视觉监督的伸手抓取运动学协调性测试分析系统,其特征是:对比获取的受试者运动轨迹和唯一运动轨迹,以评估受试者的感知运动能力的具体过程包括:手在给定时间从初始位置移动到最终位置时,最佳性能的唯一运动轨迹为加加速度幅度的平方的时间积分最小化,将采集到的运动轨迹和唯一运动轨迹进行对比,确定受试者手部抓取动作的响应速度和运动轨迹准确性。