用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置。本装置对采集到的肌电信号进行前置放大电路的一级信号放大、高通滤波、低通滤波、二级信号放大以及工频干扰去除等信号调理方式，采集足底压力信号时，检测电路采用双并联开关检测足底与地面的接触状态，信号数据包括三轴加速度、三轴角速度以及三轴欧拉角共九种数据，采用串行总线实现多个肢体加速度传感器模块级联挂载，该装置融合了三种不同类型传感器的数据，经过特征提取与分析，下肢行为识别准确率达到98％以上，并且采用高速数据传输协议缩短了信息交互时间，实现单次数据采集与数据融合过程时间小于100ms，整体信号特征单次解码时长小于300ms，满足实时性要求。

【技术实现步骤摘要】
用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置
本专利技术涉及生物医学工程和机械电子工程的交叉领域，尤其涉及一种用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置。
技术介绍
人与机器保持良好的协调联动是人机融合的关键技术难题之一。人机之间良好的合作不仅要求受控机器人对控制指令做出快速、准确的反应，还需要机器人能够实时感知控制者的行为意图。后者的实现则需要传感器采集人体动作数据，经过快速处理分析传达给机器人，使机器人能够实时地获取人的行为意图信息，以提高人机协作程度，避免因人机动作不协调所导致的诸多意外发生。目前大多数人机协作系统采用单一类型的传感器数据，基于单模态数据分析与处理常规方法无法有效利用多模态数据间存在的互补关系，在进行肢体行为识别中,单一模态数据所训练出来的模型识别效果较差，鲁棒性低，使得下肢行为识别的准确率以及实时性满足不了应用要求。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置，所述装置主要包含一种轻型、实时、高效的下肢行为模式多模态数据采集、融合、分析处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置，其特征在于，所述装置为包括上下两层设计板的层叠结构，上、下层设计板之间通过安装在四角的四个铜螺柱支撑，上层设计板安装有嵌入式主控模块、5V电源接口、肢体加速度传感器接口、上层数据传输接口，安装在患者肢体上的外置肢体加速度传感器通过USB转RS-485调试线接入肢体加速度传感器接口，肢体加速度传感器接口通过USB通信协议与嵌入式主控模块相连，外置肢体加速度传感器采集到的肢体加速度信号数据通过肢体加速度传感器接口传输给嵌入式主控模块，5V电源接口的一端与嵌入式主控模块相连，5V电源接口的另一端接外置5V供电设备；/n下层设计板包括下层数据传输接...

【技术特征摘要】
1.一种用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置，其特征在于，所述装置为包括上下两层设计板的层叠结构，上、下层设计板之间通过安装在四角的四个铜螺柱支撑，上层设计板安装有嵌入式主控模块、5V电源接口、肢体加速度传感器接口、上层数据传输接口，安装在患者肢体上的外置肢体加速度传感器通过USB转RS-485调试线接入肢体加速度传感器接口，肢体加速度传感器接口通过USB通信协议与嵌入式主控模块相连，外置肢体加速度传感器采集到的肢体加速度信号数据通过肢体加速度传感器接口传输给嵌入式主控模块，5V电源接口的一端与嵌入式主控模块相连，5V电源接口的另一端接外置5V供电设备；
下层设计板包括下层数据传输接口、AUX端口、足底接触状态检测电路和信号接口、肌电采集与转换电路、电源转换电路，安装在患者皮肤上的肌电信号采集装置通过差分电极线接入AUX端口，AUX端口的另一端与肌电采集与转换电路中的放大模块AD8220相连，肌电信号采集装置采集到的肌电信号数据经过肌电采集与转换电路处理之后，经过SPI高速串行总线传输至下层数据传输接口，安装在患者足底的足底压力检测装置通过有线方式接入足底接触状态检测电路和信号接口，足底接触状态检测电路和信号接口通过飞线与下层数据传输接口相连，下层数据传输接口通过数据传输线与上层数据传输接口连接，实现上、下层的数据传输，外置12V供电设备通过电源转换电路中的12V电源接口接入电源转换电路，通过电源转换电路中的正负电压线性稳压器模块，实现12V直流电源与±5V双极性电源的转换，为肌电采集与转换电路提供±5V的供电电压；
所述肢体加速度传感器接口用于接收外置肢体加速度传感器采集到的肢体加速度信号数据；
所述AUX端口用于接收肌电信号采集装置采集到的肌电信号数据；
所述足底接触状态检测电路和信号接口用于接收并处理足底压力检测装置采集到的足底压力信号数据；
所述肌电采集与转换电路用于对肌电信号数据进行信号处理，并将信号处理后的肌电信号数据转换为数字量信号，所述信号处理包括一级信号放大、高通滤波、低通滤波、二级信号放大以及工频干扰去除；
所述电源转换电路用于将外置12V直流电源转换为±5V电压；
所述5V电源接口用于外接5V供电设备，实现嵌入式主控模块的5V供电需求；
所述嵌入式主控模块用于接收并融合多模态信息数据，所述多模态信息数据包括肢体加速度信号数据、肌电信号数据、足底压力信号数据。


2.根据权利要求1所述的用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置，其特征在于，足底接触状态检测电路和信号接口中的检测电路采用双并联开关检测足底与地面的接触状态，所述接触状态包括悬空态和接触态，悬空态是指脚部离开地面处于悬空状态，接触态是指脚部接触地面，定义高电平标记为悬空态，并用数字1表示，定义低电平标记为接触态，并用数字0表示，嵌入式主控模块持续读取GPIO端口状态，当为低电平0时，表示脚部接触地面，当为高电平1时，表示脚部离开地面处于悬空状态。


3.根据权利要求1所述的用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置，其特征在于，所述外置肢体加速度传感器分别安装在患者的人体躯干中心，人体大腿中部、小腿中部以及踝关节处，安装在同一位患者上的所有外置肢体加速度传感器的三维空间坐标系方向需保持一致，旋转方向均遵循右手定则，通过外置肢体加速度传感器采集到的肢体加速度信号数据包括三轴加速度(ax，ay，az)、三轴加速度(θx，θy，θz)、三轴欧拉角(γx，γy，γz)。


4.根据权利要求1所述的用于人机自然交互的生机多模态信息采集融合装置，其特征在于，所述肢体加速...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏，祁洋阳，郗海龙，贾晓聪，魏春风，刘冲，张质含，唐浩，王峰，辛雨奇，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21