基于肌电信号的操作者手部行为感知系统技术方案

一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，包括肌电腕表装置和接收处理终端；所述肌电腕表装置包括弹性腕带以及设置在弹性腕带上的各功能模块，功能模块包括肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元和供电单元；所述接收处理终端包括无线接收单元以及信号分析模块；信号调理单元对肌电电极采集的肌电信号进行放大和滤波处理后输出给信号处理单元进行模数转换并缓存，处理后的肌电信号数据经无线发送单元将发送给接收处理终端，接收处理终端能够对肌电信号数据进行处理和分析，得到操作者的操作手势。本发明专利技术能够有效识别操作者的手势信息，并且具有信噪比高、能耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在轨服务
，具体说涉及一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统。
技术介绍
随着空间研究、开发与应用能力的不断提高，各国相继研制并发射了大量面向各种任务要求的航天器，航天器的结构、组成日趋复杂，性能、技术水平不断提高。在这种情况下，宇航员的工作时间越来越强，工作强度也越来越大，因此保证宇航员的安全是空间任务的重中之重。宇航员在太空中，各种生理信号需要在线实时监控，其中肌电信号是一种重要的生理信号，它既可以通过肌电信号分析得到手部动作，又可以反映宇航员肌肉的疲劳程度和身体健康程度，甚至还可以从信号中分析宇航员的操作动作正确与否。而现有的肌电信号采集仪大多没有功耗和体积指标，而且由于体积太大导致不能腕表在宇航服内，而且采用有线连接方式不便实时数据处理，而航天应用对功耗和体积要求非常严格，而且对系统的抗噪声干扰能力也要求非常高，因此目前还没有适合航天员应用的、体积小、易佩戴、功能高度集成的操作者手部行为感知系统。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本专利技术提供一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，适应航天应用场合的操作者手部行为感知。本专利技术的技术方案是：一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，包括肌电腕表装置和接收处理终端；所述肌电腕表装置包括弹性腕带以及设置在弹性腕带上的各功能模块，这些功能模块包括肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元、供电单元；所述接收处理终端包括无线接收单元以及信号分析模块；所述肌电电极用于采集表面肌电信号；所述信号调理单元对肌电电极采集的肌电信号进行放大和滤波处理后输出给信号处理单元；所述信号处理单元将信号进行模数转换并缓存，同时将处理后的肌电信号数据输出给无线发送单元；所述无线发送单元将接收到的肌电信号数据以无线的方式发送给无线接收单元；所述供电单元为上述肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元提供电源；所述无线接收单元能够接收来自无线发送单元的肌电信号数据并提交给信号分析模块；所述信号分析模块对肌电信号数据进行处理和分析，得到操作者的操作手势。本专利技术中：所述肌电电极为多个，各肌电电极分布在腕带的不同位置，用于采集对应位置的肌电信号。进一步地，所述的肌电电极采用贴片式Ag/AgCl电极，降低了电阻对肌电信号采集的影响，提高了信噪比。本专利技术中：所述的信号调理单元为一个两级信号放大模块，具有信号放大功能，此外它还具有陷波、低通和高通等滤波功能，放大倍数为20000倍，长宽高为450mm×60mm×4mm，功耗小于25mW。本专利技术中：所述的信号处理单元包括微处理器和模数转换器(ADC)，其中微处理器采用超低功耗的MSP430F2418，主晶振采用16MHz晶振，降低了能耗。模数转换器(ADC)采用微处理器自带的功能模块，基准采用低功耗的外部电源基准max1633，它初始精度为0.04％，具有低温漂系数，低压降，低静态电流和低噪声的优点。本专利技术中：所述的无线发送单元采用A7105芯片。本专利技术中：所述的供电单元包括锂电池和电源模块，其中电源模块采用低压降的ADP122，它电源纹波小，可以使得系统只需要一节锂电池供电即可正常输出3.3V电压，并且利用磁珠实现了数字电源和模拟电源的隔离。本专利技术中：所述的无线接收单元采用2.4GHz的无线路由器。本专利技术中：所述的信号分析模块是一台PC机，加载了手势识别算法。本专利技术中：所述腕带采用有弹性的树脂材料制作，可以用于适应不同大小的手腕佩戴；所述腕带的两端头设置有佩戴锁紧件，佩戴锁紧件采用小型公母搭扣方式实现。本专利技术提供一种手势识别算法，包括以下步骤：S1：手部行为发起检测，设某个肌电信号采集窗口的时间长度为T，500Hz采集频率下共采集到N个肌电信号值XS1.1:零均值处理其中，X(n)为该肌电信号采集窗口中采集到的肌电信号的第n个采样值，为计算得到的肌电信号均值；S1.2：计算TKE算子：其中，为步骤S1.1中计算得到的肌电信号均值，ψ(n)为计算得到的TKE算子(该算子参见参考文献：Teager H M,Teager S M.Evidence for Nonlinear Sound Reduction Mechanisms in the Vocal Tract.Kluwer Acad.Publ.,1990:241-261.)。S1.3：计算均值和标准差： μ 0 = 1 N Σ n = 1 N ψ ( n ) ]]> δ 0 = { 1 N - 1 Σ n = 1 N ( ψ ( n ) - μ 0 ) 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：包括肌电腕表装置和接收处理终端；所述肌电腕表装置包括弹性腕带以及设置在弹性腕带上的各功能模块，功能模块包括肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元和供电单元；所述接收处理终端包括无线接收单元以及信号分析模块；所述肌电电极用于采集表面肌电信号；所述信号调理单元对肌电电极采集的肌电信号进行放大和滤波处理后输出给信号处理单元；所述信号处理单元将信号进行模数转换并缓存，同时将处理后的肌电信号数据输出给无线发送单元；所述无线发送单元将接收到的肌电信号数据以无线的方式发送给无线接收单元；所述供电单元为上述肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元提供电源；所述无线接收单元能够接收来自无线发送单元的肌电信号数据并提交给信号分析模块；所述信号分析模块内加载有手势识别算法能够对肌电信号数据进行处理和分析，得到操作者的操作手势。

【技术特征摘要】
1.一种基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：包括肌电腕表装置和接收处理终端；所述肌电腕表装置包括弹性腕带以及设置在弹性腕带上的各功能模块，功能模块包括肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元和供电单元；所述接收处理终端包括无线接收单元以及信号分析模块；所述肌电电极用于采集表面肌电信号；所述信号调理单元对肌电电极采集的肌电信号进行放大和滤波处理后输出给信号处理单元；所述信号处理单元将信号进行模数转换并缓存，同时将处理后的肌电信号数据输出给无线发送单元；所述无线发送单元将接收到的肌电信号数据以无线的方式发送给无线接收单元；所述供电单元为上述肌电电极、信号调理单元、信号处理单元、无线发送单元提供电源；所述无线接收单元能够接收来自无线发送单元的肌电信号数据并提交给信号分析模块；所述信号分析模块内加载有手势识别算法能够对肌电信号数据进行处理和分析，得到操作者的操作手势。2.根据权利要求1所述的基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：所述肌电电极为多个，各肌电电极分布在腕带的不同位置，用于采集对应位置的肌电信号。3.根据权利要求2所述的基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：所述的肌电电极采用贴片式Ag/AgCl电极。4.根据权利要求1所述的基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：信号处理单元包括微处理器和模数转换器，其中微处理器采用MSP430F2418，主晶振采用16MHz晶振；模数转换器采用微处理器自带的功能模块，基准采用外部电源基准max1633，其初始精度为0.04％。5.根据权利要求1所述的基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：所述无线发送单元采用A7105芯片。6.根据权利要求1所述的基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：所述供电单元包括锂电池和电源模块，其中电源模块采用ADP122。7.根据权利要求1所述的基于肌电信号的操作者手部行为感知系统，其特征在于：所述无线接收单元采用2.4GHz的无线路由器。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东旭，范才智，李思侃，刘望，郝瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43