一种柔性穿戴式手部动作姿态识别系统、方法及传感器技术方案

本发明专利技术涉及一种柔性穿戴式手部动作姿态识别系统、方法及传感器，属于传感技术及机器人控制技术领域。手部动作姿态识别系统包括动作姿态识别用的上位机，穿戴于被监测对象上的手套，RFID读写模块，及布设在手套上的无线无芯片传感组件；无线无芯片传感组件包括布设在指节套部内的柔性应变传感器，及连接引线与柔性应变传感器并联的RFID标签模块；指节套部至少用于套装在手指上位于两个指关节之间的指节外；在同一手套上，任意两个柔性应变传感器之间的阻值之差大于预设值。以基于柔性传感组件的结构改进而有效地简化手套上传感器的结构，而能实现无线无芯片传感检测，减少传输布线，可广泛应用于机器人控制及无线无芯片检测等技术领域。

A flexible wearable hand gesture recognition system, method and sensor

【技术实现步骤摘要】
一种柔性穿戴式手部动作姿态识别系统、方法及传感器
本专利技术涉及手部动作姿态识别
，具体地说，涉及一种柔性穿戴式手部动作姿态识别系统、手部动作姿态识别方法及用于构建该手部动作姿态识别系统的柔性拉伸传感器。
技术介绍
随着可穿戴技术的发展，尤其是柔性可拉伸传感器在可穿戴技术中的应用，为人体运动姿态检测领域提供了新的解决技术方案。柔性可拉伸传感器作为一种检测装置，其可将外界的物理形变量转化为电信号量并输出，其电子皮肤、健康监测、柔性显示屏和运动娱乐以及探测传感等领域具有很好的应用前景。在公开号为CN109793295A的专利文献中公开了一种智能手套，其通过在手套本体表面布设柔性导电片，任意两柔性导电片之间不相连且在导电回路中相互形成断路接口，在手指活动使任意两柔性导电片接触时，则该两柔性导电片导电回路中形成通路，从而实现对手指的弯曲姿态进行识别，其不仅结构复杂，还存在较多的信号传输布线。为了解决上述问题，通常会使用RFID传感器进行构建检测传感器，但是其人存在需要布设多个检测芯片与无线电能传输的线圈模块，导致整个结构较为复杂，且难以实际应用；此外，其主要用于解决硬表面环境中的检测方案。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种基于穿戴式柔性传感组件的手部动作姿态识别方法，以基于柔性传感组件的结构改进而有效地简化手套上的检测传感器的结构，而能实现无线无芯片传感检测，有效地减少信号传输布线；本专利技术的另一目的是提供一种基于穿戴式柔性传感组件的手部动作姿态识别系统，以基于柔性传感组件的结构改进而有效地简化手套上的检测传感器的结构，而能实现无线无芯片传感检测，有效地减少信号传输布线；本专利技术的再一目的是提供一种可用于构建上述手部动作姿态识别系统的应变传感组件。为了实现上述主要目的，本专利技术提供的手部动作姿态识别方法包括以下步骤：发射步骤，向布设在手套上的无线无芯片柔性传感组件发送问询射频信号；传感组件包括布设在手套的每个指节套部内的柔性应变传感器，及连接引线与柔性应变传感器并联的RFID标签模块；布设有传感组件的指节套部至少用于套装在手指上位于两指关节之间的指节外；在同一手套上，任意两个柔性应变传感器的阻值之差大于预设值；接收步骤，接收由天线所反馈的射频信号；识别步骤，基于所接收到的射频信号，利用已训练好的手部动作姿态识别网络模型输出手部动作姿态识别结果。由于采用在RFID的天线上并联电阻随其形变状态变化的应变片，以构建对手指指节的弯曲/伸直状态进行检测无线无芯片传感器，从而可减少相关信号传输线路布线、无线取电线圈及控制芯片等复杂结构，从而有效地简化手套上的检测传感器的结构。具体的方案为手套包括布料内层、布料外层及支撑于布料内层与布料外层之间的弹性支撑指环；弹性支撑指环为由多层相套接且固连成一体结构的环状橡胶层构成，层数为五层以上且为奇数；自内而外，弹性支撑指环包括由高弹性橡胶层与低弹性橡胶层交替间套而成的连接层部，及用于固连布料内层与连接层部的底高弹性橡胶层，底高弹性橡胶层与布料内层的外表面粘接固连，与布料外层粘接固连的弹性橡胶层为低弹性橡胶层；弹性支撑指环用于紧套在两指关节之间，且位于外端侧指关节的侧旁；无线无芯片柔性传感组件布设在由弹性支撑指环所撑起的架空层结构内，且与布料内层的外表面粘接固连。通过布设弹性支撑指环，不仅便于将应变片所布设的内层布料在手指伸直时进行预拉直布置，且能有效避免外层布料的移动影响传感器的工作状态。优选的方案为布料内层为弹性纺织布料层，布料外层为防水纺织布料层，在无线无芯片柔性传感组件的外表面上涂布有防护胶层。优选的方案为布设有传感组件的指节套部仅用于套装在手指上位于两指关节之间的指节外；在识别步骤中，末端指节的动作状态为从动地耦合于中间指节的动作状态。从而有效地减少建模的复杂度。为了实现上述另一目的，本专利技术提供的手部动作姿态识别系统包括动作姿态识别用的上位机，穿戴于被监测对象上的手套，与上位机通信连接的RFID读写模块，及布设在手套的每个手指套部上的无线无芯片传感组件；无线无芯片传感组件包括布设在手指套部的指节套部内的柔性应变传感器，及连接引线与柔性应变传感器并联的RFID标签模块；布设有无线无芯片传感组件的指节套部至少用于套装在手指上位于两个指关节之间的指节外；在同一手套上，任意两个柔性应变传感器之间的阻值之差大于预设值。具体的方案为手套包括布料内层、布料外层及支撑于布料内层与布料外层之间的弹性支撑指环；弹性支撑指环为由多层相套接且固连成一体结构的环状橡胶层构成，层数为五层以上且为奇数；自内而外，弹性支撑指环包括由高弹性橡胶层与低弹性橡胶层交替间套而成的连接层部，及用于固连布料内层与连接层部的底高弹性橡胶层，底高弹性橡胶层与布料内层的外表面粘接固连，与布料外层粘接固连的弹性橡胶层为低弹性橡胶层；弹性支撑指环用于紧套在两指关节之间，且位于外端侧指关节的侧旁；无线无芯片柔性传感组件布设在由弹性支撑指环所撑起的架空层结构内，且与布料内层的外表面粘接固连。更具体的方案为布料内层为弹性纺织布料层，布料外层为防水纺织布料层，在无线无芯片柔性传感组件的外表面上涂布有防护胶层。优选的方案为布设有无线无芯片传感组件的指节套部仅用于套装在手指上位于两指关节之间的指节外。为了实现上述再一目的，本专利技术提供的无线无芯片的应变传感组件包括应变传感器，应变传感组件包括连接引线与应变传感器并联的RFID模块。具体的方案为应变传感器为柔性应变片。附图说明图1为本专利技术实施例中手部动作姿态识别方法的工作流程图；图2为本专利技术实施例中手部动作姿态识别系统的电路原理结构框图；图3为本专利技术实施例中手套及布设在其上的无线无芯片柔性传感组件与RFID模块的结构示意图；图4为图3中A局部放大图；图5为本专利技术实施例中手套上指节套部与布设在内的检测传输层的结构分解图；图6为本专利技术实施例中无线无芯片传感组件的结构示意图；图7为本专利技术实施例中弹性支撑指环的结构图；图8为本专利技术实施例中大拇指手势数据滤波及动态手势分割示意图；图9为本专利技术实施例中食指手势数据滤波及动态手势分割示意图；图10为本专利技术实施例中无名指手势数据滤波及动态手势分割示意图；图11为本专利技术实施例中小指手势数据滤波及动态手势分割示意图；图12为本专利技术实施例中中指手势数据滤波及动态手势分割示意图；图13为本专利技术实施例中识别步骤的工作流程图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术的主要构思是通过检测用的传感组件的结构进行改进，以实现无线无芯片传感检测的同时，简化其结构，基于本构思，姿态识别模型可参照现有产品进行设计。实施例参见图2，本专利技术柔性穿戴式手部动作姿态识别系统8包括动作姿态识别用的上位机80，穿戴于被监测对象上的手套1，与上位机80无线通信连接的RFID读写本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于穿戴式柔性传感组件的手部动作姿态识别方法，其特征在于，所述手部动作姿态识别方法包括以下步骤：/n发射步骤，向布设在手套上的无线无芯片柔性传感组件发送问询射频信号；所述无线无芯片柔性传感组件包括布设在所述手套的每个指节套部内的柔性应变传感器，及连接引线与所述柔性应变传感器并联的RFID标签模块；布设有所述无线无芯片柔性传感组件的指节套部至少用于套装在手指上位于两指关节之间的指节外；在同一所述手套上，任意两个柔性应变传感器的阻值之差大于预设值；/n接收步骤，接收由所述天线所反馈的射频信号；/n识别步骤，基于所接收到的射频信号，利用已训练好的手部动作姿态识别网络模型输出手部动作姿态识别结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于穿戴式柔性传感组件的手部动作姿态识别方法，其特征在于，所述手部动作姿态识别方法包括以下步骤：
发射步骤，向布设在手套上的无线无芯片柔性传感组件发送问询射频信号；所述无线无芯片柔性传感组件包括布设在所述手套的每个指节套部内的柔性应变传感器，及连接引线与所述柔性应变传感器并联的RFID标签模块；布设有所述无线无芯片柔性传感组件的指节套部至少用于套装在手指上位于两指关节之间的指节外；在同一所述手套上，任意两个柔性应变传感器的阻值之差大于预设值；
接收步骤，接收由所述天线所反馈的射频信号；
识别步骤，基于所接收到的射频信号，利用已训练好的手部动作姿态识别网络模型输出手部动作姿态识别结果。


2.根据权利要求1所述的手部动作姿态识别方法，其特征在于：
所述手套包括布料内层、布料外层及支撑于所述布料内层与所述布料外层之间的弹性支撑指环；
所述弹性支撑指环为由多层相套接且固连成一体结构的环状橡胶层构成，层数为五层以上且为奇数；自内而外，所述弹性支撑指环包括由高弹性橡胶层与低弹性橡胶层交替间套而成的连接层部，及用于固连所述布料内层与所述连接层部的底高弹性橡胶层，所述底高弹性橡胶层与所述布料内层的外表面粘接固连，与所述布料外层粘接固连的弹性橡胶层为低弹性橡胶层；
所述弹性支撑指环用于紧套在两指关节之间，且位于外端侧指关节的侧旁；所述无线无芯片柔性传感组件布设在由所述弹性支撑指环所撑起的架空层结构内，且与所述布料内层的外表面粘接固连。


3.根据权利要求2所述的手部动作姿态识别方法，其特征在于：
所述布料内层为弹性纺织布料层，布料外层为防水纺织布料层，在所述无线无芯片柔性传感组件的外表面上涂布有防护胶层。


4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的手部动作姿态识别方法，其特征在于：
布设有所述无线无芯片柔性传感组件的指节套部仅用于套装在手指上位于两指关节之间的指节外；
在所述识别步骤中，末端指节的动作状态为从动地耦合于中间指节的动作状态。


5.一种柔性穿戴式手部...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿军，许桢，王超颖，吴威涛，魏谦笑，武鑫，朱元超，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33