一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统及方法，涉及运动识别技术领域，其中系统包括：主控制器，用于实现采样数据的预处理及融合；惯性检测单元，所述惯性检测单元与所述主控制器电性连接，用于检测用户运动中的加速度信息；压力检测单元，所述压力检测单元与所述主控制器电性连接，用于检测用户运动中的压力信息；应变检测单元，所述应变检测单元与所述主控制器电性连接，用于检测用户运动中各个关节的角度信息；本发明专利技术具有多类运动信息获取、多种模式的传感数据融合、无线传输功能等功能。传输功能等功能。传输功能等功能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及运动识别
，更具体的说是涉及一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，随着可穿戴传感技术和运动医学的发展，人体运动信息的实时采集和分析在生活中的应用越来越广泛。人体运动信息传感系统在人机交互、运动康复、运动模式识别、可穿戴外骨骼等领域具有重要地位。
[0003]但是，按照采集信息的不同，人体运动信息传感系统可以分为以下几类：(1)基于光学或视频信号的人体运动信息传感系统。(2)基于惯性传感器的人体运动信息传感系统。(3)基于肌电信号的人体运动信息采集系统。(4)基于柔性应变传感器的人体运动信息采集系统。然而，这几类传感系统都存在一些问题。光学系统需要多个固定位置的镜头捕捉信号，无法满足便携性，且光学系统容易受到环境干扰。惯性传感器可以采集倾角、速度、加速度等信息，但是采集的信息会有滞后，导致系统的实时性受到影响，同时惯性传感器为刚性结构，会影响关节附近的穿戴舒适度。肌电传感器采集生物电信号，因为生物电信号微弱，易受到噪声干扰，对电路的要求非常高。应变传感器主要有电阻式、电容式和压电式传感器，随着柔性技术的发展，应变传感器都往柔性、人机友好的方向发展，但是柔性应变传感器无法同时捕捉动态和静态的运动信息。
[0004]因此，如何提供一种能够解决上述问题的人体运动信息传感检测系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统及方法，具有多类运动信息获取、多种模式的传感数据融合、无线传输功能等功能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，包括：
[0008]主控制器，用于实现采样数据的预处理及融合；
[0009]惯性检测单元，所述惯性检测单元与所述主控制器电性连接，用于检测用户运动中的加速度信息；
[0010]压力检测单元，所述压力检测单元与所述主控制器电性连接，用于检测用户运动中的压力信息；
[0011]应变检测单元，所述应变检测单元与所述主控制器电性连接，用于检测用户运动中各个关节的角度信息。
[0012]优选的，所述惯性检测单元包括：三轴加速度计以及陀螺仪。
[0013]优选的，还包括：无线传输模块，所述无线传输模块与所述主控制器无线通讯连接，用于将所述主控制器得到的融合结果进行无线传输。
[0014]优选的，还包括：上位机，所述上位机与所述无线传输模块无线通讯连接，用于接收所述融合结果。
[0015]优选的，还包括：多通道信号采集电路，所述多通道信号采集电路的输入端与所述惯性检测单元、所述压力检测单元及所述应变检测单元电性连接，输出端与所述主控制器电性连接。
[0016]优选的，还包括：电源模块，所述电源模块与所述主控制器、所述无线传输模块及所述多通道信号采集电路电性连接，用于实现供电。
[0017]进一步，本专利技术还提供一种利用上述任一项所述的一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统的检测方法，包括以下步骤：
[0018]S1：利用所述惯性检测单元、所述压力检测单元及所述应变检测单元实时检测用户运动中的加速度信息、压力信息及角度信息，并通过所述多通道信号采集电路发送至所述主控制器；
[0019]S2：所述主控制器对所述加速度信息、所述压力信息及所述角度信息进行融合处理，并通过所述无线传输模块发送至所述上位机。
[0020]优选的，所述S2中，所述主控制器对所述加速度信息、所述压力信息及所述角度信息进行融合处理的具体过程包括：
[0021]将所述三轴加速度计及所述陀螺仪采集的数据进行互补融合，得到姿态向量；
[0022]将所述角度信息及所述压力信息进行归一化处理，得到对应的角度归一化向量及压力归一化向量；
[0023]将所述角度归一化向量、所述压力归一化向量及所述姿态向量进行拼接融合，得到融合结果。
[0024]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统及方法，具有多类运动信息获取、多种模式的传感数据融合、无线传输功能和数据实时显示等功能的系统。弥补了国内外在便携式的基于多模融合的人体运动信息传感系统领域的空白。该系统成本低，穿戴舒适度高，安装操作简便可靠，在各种环境中都可以实时捕捉和显示人体运动的各类信息，在运动康复、可穿戴外骨骼、人体运动模式识别等领域具有很高的应用价值。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术提供的一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统的结构原理框图；
[0027]图2为本专利技术实施例提供的主控制器的电路原理图；
[0028]图3为本专利技术实施例提供的多通道信号采集电路的电路原理图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]参见附图1所示，本专利技术实施例公开了一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，包括：
[0031]主控制器1，用于实现采样数据的预处理及融合；
[0032]惯性检测单元2，惯性检测单元2与主控制器1电性连接，用于检测用户运动中的加速度信息，惯性传感单元2可以安装在躯干部位，采集三轴加速度、三轴角速度和三轴地磁数据；
[0033]压力检测单元3，压力检测单元3与主控制器1电性连接，用于检测用户运动中的压力信息，压力检测单元3可以安装在脚底或假肢接受腔内，获取运动中的压力信息；
[0034]应变检测单元4，应变检测单元4与主控制器1电性连接，用于检测用户运动中各个关节的角度信息，应变检测单元4可以安装在用户待测各关节处，采集各关节运动中的角度信息，且应变检测单元4可以选用电容式柔性应变传感器。
[0035]具体的，主控制器1的电路原理图参见附图2所示，包括主控单元、稳压单元及复位单元，其中稳压单元、复位单元均与主控单元连接；
[0036]主控单元包括芯片U2及多个电路元器件，其中电容CX1与电容CX2串联，电容CX1与电容CX2的一端接地，另一端与晶振X1并联，且晶振X1与电阻RX1并联，电阻RX1的一端与芯片U2的引脚5连接，电阻RX1的另一端与芯片U2的引脚6连接，芯片U2的引脚12接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，其特征在于，包括：主控制器(1)，用于实现采样数据的预处理及融合；惯性检测单元(2)，所述惯性检测单元(2)与所述主控制器(1)电性连接，用于检测用户运动中的加速度信息；压力检测单元(3)，所述压力检测单元(3)与所述主控制器(1)电性连接，用于检测用户运动中的压力信息；应变检测单元(4)，所述应变检测单元(4)与所述主控制器(1)电性连接，用于检测用户运动中各个关节的角度信息。2.根据权利要求1所述的一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，其特征在于，所述惯性检测单元(2)包括：三轴加速度计以及陀螺仪。3.根据权利要求1所述的一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，其特征在于，还包括：无线传输模块(5)，所述无线传输模块(5)与所述主控制器(1)无线通讯连接，用于将所述主控制器(1)得到的融合结果进行无线传输。4.根据权利要求3所述的一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，其特征在于，还包括：上位机(6)，所述上位机(6)与所述无线传输模块(5)无线通讯连接，用于接收所述融合结果。5.根据权利要求3所述的一种基于多模融合的人体运动信息传感检测系统，其特征在于，还包括：多通道信号采集电路(7)，所述多通道信号采集电路(7)的输入端与所述惯性检测单元(2)、所述压力检测单元(3)及所述应变检测单元(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王启宁，麦金耿，唐齐，赵云彪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：