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龙图腾网获悉西北工业大学申请的专利一种融合约束的手部姿态测量方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115761787B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211185575.6，技术领域涉及：G06V40/10；该发明授权一种融合约束的手部姿态测量方法是由王海鹏;马永伟设计研发完成，并于2022-09-27向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种融合约束的手部姿态测量方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种融合约束的手部姿态测量方法，通过数据手套中的惯性传感器获取原始数据，使用卡尔曼滤波器进行传感器的姿态计算，通过相邻骨节上传感器的姿态结果得到其关节的姿态信息，通过投影法将约束融合进卡尔曼滤波器模型中，并将生理学知识中手部的关节约束信息转化为对关节姿态的不等式约束方程组，采用有效集法进行约束求解，得到生理学约束下的手部姿态信息。通过该方法计算出的手部姿态更加符合真实的手部结构，将生理学约束作为一种已知的不等式约束信息融合进姿态测量系统中，也减少了系统姿态计算值与真实手部姿态之间的误差。

本发明授权一种融合约束的手部姿态测量方法在权利要求书中公布了：1.一种融合约束的手部姿态测量方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1：使用传感器采集并计算手部骨节姿态信息，通过相邻骨节进行四元数乘法运算，得到6个手部关节姿态信息，每个关节姿态用一组四元数形式表示，记作： x＝[TipTmcpIpipImcpMpipMmcp]1 式中，Tip表示拇指指间关节姿态，Tmcp表示拇指掌指关节姿态，Ipip表示食指指间近端关节姿态，Imcp表示食指掌指关节姿态，Mpip表示中指指间近端关节姿态，Mmcp表示中指掌指关节姿态； 将手部生理关节约束转化为基于四元数的不等式一般形式： q4＝0，qi表示关节姿态四元数中的分量值，i＝1,2,3,4，θ1表示关节弯曲角度，θ2表示关节外展角度，由此得到与约束相关的等式与不等式方程组集合 步骤2：采用投影法将手部生理关节约束融合到卡尔曼滤波系统的推导中，将生理关节约束作为先验知识对系统状态进行求解，融合进卡尔曼滤波系统的状态方程中，得到符合手部约束先验姿态值，描述为如下公式： 式中，表示在k时刻下，手部姿态的先验估计值，A则表示由角速度积分得到的状态转移矩阵，ω表示符合高斯分布的系统过程噪声，则表示在k-1时刻下满足手部约束的手部姿态值，也是上一时刻的符合生理学约束的系统状态； 当系统得到无约束状态下的系统最优解时，采用约束求解方法，在约束范围内求解系统状态的最优解忽略系统状态的时间标识k，将无约束的状态估计值投影到约束平面上，在约束平面中寻找系统状态的最优解，描述为如下不等式约束优化问题： 式中，表示在约束方程组所表示的空间平面上求得的最优值，也即满足约束关系的系统状态，x则表示无约束状态下的系统状态，W为单位矩阵，求得约束空间内与当前系统状态计算欧氏距离最小的解，表示手部姿态满足的等式约束集合，表示手部姿态需要满足的不等式约束集合； 步骤3：采用有效集的方法对式3进行规划求解； 设置初始可行解x0以及初始的工作集W0，对式3进行迭代更新，获得阶段性可行解xt以及当前阶段生效的约束工作集Wt； 如果当前阶段下xt满足不等式约束优化问题式3的KKT条件，工作集Wt中每个约束对应的拉格朗日乘数λ皆为非负数，则xt即为最优解； 如果不满足不等式约束优化问题式3的KKT条件且xt沿着Wt中的约束条件方向在步长α内使得目标函数递减，则取xt+1＝xt+α×fx，fx是关于xt的微分函数，表示能使得目标函数减小的方向向量； 如果xt沿着Wt中的约束条件方向在步长α内使得目标函数有最小值，则α取使得目标函数取极小值时的步长； 如果xt达到约束的边界值，则下一次迭代时，算法将更新工作集Wt，去掉无效约束添加新的约束，而去除约束的判断条件就是计算Wt中每个约束对应的拉格朗日乘数λ是否小于0，删除对应于最小的负乘数的元素，并开始一次新迭代。

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