手势判别设备制造技术

本实用新型专利技术提供了一种手势判别设备，包括设备主体和固定手带。其中，设备主体包括实时数字信号处理器、肌电模拟信号采集电路、运动传感电路和无线发射电路，肌电模拟信号采集电路包括电极、模拟信号放大器、滤波器和模数转换器，电极包括两个差分电极端和一个信号参考公共端，电极采集的肌电信号依次通过模拟信号放大器、滤波器和模数转换器转换成数字信号并传送给实时数字信号处理器；运动传感电路和无线发射电路连接，无线发射电路与数字信号处理器进行信号的传输。本实用新型专利技术的设备佩戴在手背上，体积小巧，运行稳定，使用不受环境限制，能够为使用者提供更加自由的操作方式以及更加稳定的操作效果。

Gesture discrimination device

The utility model provides a gesture identification device, including a device body and fixing strap. The equipment consists of real-time digital signal processor, analog EMG signal acquisition circuit, motion sensing circuit and a wireless transmitting circuit, analog signal acquisition circuit includes EMG electrodes, analog signal amplifier, filter and analog-to-digital converter, including two differential electrode electrode and a reference signal of the common end of EMG signal acquisition followed by electrode the analog signal amplifier, filter and analog-to-digital converter converts the digital signal and transmitted to a real-time digital signal processor; motion sensing circuit and a wireless transmitting circuit, wireless transmission transmitter circuit and digital signal processor signal. The device of the utility model is worn on the back of the hand, the volume is small, the operation is stable, the use is not limited by the environment, and the utility model can provide users with more free operation mode and more stable operation effect.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种佩戴于手背上的肌电和运动检测设备，属于人机交互设备的领域。
技术介绍
传统的人机交互方式包括手指操作键盘、鼠标、按键、触摸屏、二维或者三维视觉检测实现手势识别。在正常使用情况下，传统的交互方式占用了太多用户的双手时间，在空间和时间上存在一定的限制。相比之下，语音识别和视觉检测的方式能够解放用户的双手，但是用户使用的环境中的噪声和不稳定光线对检测设备的运行起到了影响作用，导致检测结果会不可靠。同时上述两者的设备运行还存在实时性差的缺点。随着通讯电子产品的市场化，人机的界限越来越模糊，人机交互的需求也日益增加。
技术实现思路
针对现有人机交互方式存在的技术缺陷，本技术的目的在于，提供一种佩戴于手背上的肌电和运动检测设备，能够不受环境因素的影响实现人机交互。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：手势判别设备，包括设备主体和固定手带，设备主体包括实时数字信号处理器、肌电模拟信号采集电路、运动传感电路和无线发射电路，其中，所述肌电模拟信号采集电路包括一组或者多组电极、模拟信号放大器、滤波器和模数转换器，一组电极中包括两个差分电极端和一个信号参考公共端；所述电极采集的肌电信号依次通过模拟信号放大器、滤波器和模数转换器转换成数字信号并传送给实时数字信号处理器；所述运动传感电路和无线发射电路连接，无线发射电路与实时数字信号处理器进行信号的传输。所述电极通过固定手带安置在手背的中心位置，一组电极中的三个端口呈等腰三角形放置，其中信号参考公共端设在中间位置，两个差分电极端构成的直线与手指方向垂直。这样布置的目的是使电极片距离尽可能远，呈现对称布置，使肌电电势幅值尽可能大。电极可采用圆形电极片。进一步地，设备主体和固定手带均采用弹力棉制成。进一步地，设备主体还包括外壳，外壳采用柔性材料制成。进一步地，手势判别设备内置有可充电电池。进一步地，手势判别设备上设有充电口。本技术能够实现手势识别功能是基于人体动作产生时会有肌肉电流的原理。人体主动动作的产生是由大脑控制实现的，从大脑到身体各部位分布着神经元和肌肉纤维组织。大脑与肢体之间的动作信息是通过大脑的神经系统向运动神经元发送电信号来传递的，神经元接收到的电信号之后，同样是向周围的肌肉纤维传送相应的电信号，促使肌肉纤维产生一定的收缩，而在此时人的神经系统会实时检测肌肉纤维的收缩状态，进而对动作信号进行调整。当人体产生不同的动作时，肌肉的收缩状态也会有所差异，所产生的肌肉电流信号也是有差异的。当用户的手指有动作时，相应的手背的肌肉会产生变动，从而产生微弱且带手指动作特征的肌电信号。手掌在空间运动时，本技术佩戴在手背的运动传感器随着手掌运动，能够实时将反应手掌运动的姿态的信息传输出来，两种信号经过一系列电路预处理后进入到实时信号处理器内部进行数据融合和判别输出，得到相应的手势指令，再通过无线方式发送给受控设备。本技术具有以下有益效果：(1)本技术的设备是通过检测手背的肌电信号及利用手背的运动传感器检测手掌运动状况来实现手势判别，属于非侵入式的方法，相比较医学上侵入式(探针插入肌肉内来实现高精度的肌电信号采集)方式，具有没有创伤、体积小、功耗低、使用方便、便携性好等优点。(2)本技术巧妙应用现代生物电子技术，提出并实现了一种全新概念、高效、直接、自由度高的人机交互方式，弥补了传统人机交互方式的非自然等局限性。本技术的肌电和运动检测设备佩戴在手背上，设备小巧，运行稳定，使用不受环境限制，能够为使用者提供更加自由的操作方式以及更加稳定的操作效果。(3)本设备在实施过程中，采用舒适弹性材料作为介质实现设备的穿戴，在功能上能够实现，并在一定程度上取代现有的鼠标功能，同时具备更加优越的用户体验。附图说明图1是本技术手势判别设备的手背穿戴方式示意图；图2是本技术手势判别设备的结构示意图；图3是本技术手势判别设备的电路框图；图4是本技术手势判别设备替代鼠标的操作实例；图5是本技术手势判别设备套在VR中的应用实例。具体实施方式下面通过附图和应用实例对本技术的技术方案进一步做详细的描述。本技术设备在手背上的穿戴方式展示图如图1所示，该手势判别设备包括设备主体1和固定手带2，分别采用弹力棉制成，以提高用户的穿戴舒适度和保证电极能够与手背皮肤接触良好。选择手背位置，是因为每个手指的动作都会带动手背相应的肌肉产生较为强烈的收缩反应。如图2所示，设备主体1包括采集肌电信号的电极3，实时数字信号处理器4、肌电模拟信号采集电路5、运动传感电路6和无线发射电路7。采集肌电信号的电极3安置在手背的中心位置，三个电极端呈现30度等腰三角形放置，信号参考公共端3-3在中间，两个差分输入电极3-1和3-2构成的直线与手指方向垂直，从而能够提高手势动作的判别精度。电极3采用圆形电极片，在设备结构允许的条件下，电极片面积尽可能大，相距尽可能远。设备采用一路差分肌电信号采集电极从手背皮肤表面采集肌电信号。从技术原理上来说，差分输入通道越多，手势识别的精准度越高，但是会带来系统的成本、功耗、复杂度的增加。电极3从手背采集的肌电信号在1uV到1mV之间，通过模拟信号放大电路进行放大处理。由于采集的原始数据夹杂较多的噪声信号，如空气中的50/60Hz的工频信号，因此放大后的模拟信号经过模拟信号滤波电路进行噪声去除，另外，还可以在实时数字信号处理器4里面也设置数字滤波器对信号进一步的提取。信号最终是以数字信号的形式进行处理运算，所以滤波后的信号进入模数转换电路进行数字化转换，转换后的信号进入到实时数字信号处理器4进行处理。在肌电信号采集的过程中，运动传感信号也在同步进行采集处理。运动传感信号是由运动传感电路6进行采集，然后传输给无线发射电路7。无线发射电路7将采集到的运动传感数据传送给与实时数字信号处理器4，实时数字信号处理器4通过融合肌电信号数据以及运动传感数据，根据手势信息库的特性信息对比解析，将手势特征判别出来，并作相应的机器指令映射工作，最终将映射好的机器指令传输给无线发射电路7，无线发射电路7再传输给受控设备，实现控制的目的。整个系统的运行时由可充电电池提供电源驱动的，可充电电池是由电源管理电路进行充电。图4示意了本技术的手势识别设备应用在用户PC机8上的实例。实例中，该设备能够代替鼠标，实现电脑指针的移动、单双击操作。由此扩展，该设备还能实现对玩具的控制、游戏的体感操作等。图5示意了本技术手势识别设备应用在VR设备9的实例。实例中，手势识别设备能够作为用户的体感输入设备，配合VR设备9，实现用户增强现实的体验感。手势识别设备主体1和VR设备9之间是通过无线传输方式进行通讯。本文档来自技高网...

【技术保护点】
手势判别设备，包括设备主体和固定手带，其特征在于，设备主体包括实时数字信号处理器、肌电模拟信号采集电路、运动传感电路和无线发射电路，其中，所述肌电模拟信号采集电路包括一组或者多组电极、模拟信号放大器、滤波器和模数转换器，一组电极中包括两个差分电极端和一个信号参考公共端；所述电极采集的肌电信号依次通过模拟信号放大器、滤波器和模数转换器转换成数字信号并传送给实时数字信号处理器；所述运动传感电路和无线发射电路连接，无线发射电路与实时数字信号处理器进行信号的传输。

【技术特征摘要】
1.手势判别设备，包括设备主体和固定手带，其特征在于，设备主体包括实时数字信号处理器、肌电模拟信号采集电路、运动传感电路和无线发射电路，其中，所述肌电模拟信号采集电路包括一组或者多组电极、模拟信号放大器、滤波器和模数转换器，一组电极中包括两个差分电极端和一个信号参考公共端；所述电极采集的肌电信号依次通过模拟信号放大器、滤波器和模数转换器转换成数字信号并传送给实时数字信号处理器；所述运动传感电路和无线发射电路连接，无线发射电路与实时数字信号处理器进行信号的传输。2.根据权利要求1所述的手势判别设备，其特征在于，所述电极通过固定手带安置在手背的中心位...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，罗时礼，郭良志，万龙龙，张蕾，王永刚，
申请(专利权)人：江苏南大五维电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32