手勢判別設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種手勢判別設備，包括設備主體和固定手帶。其中，設備主體包括實時數字信號處理器、肌電模擬信號采集電路、運動傳感電路和無線發射電路，肌電模擬信號采集電路包括電極、模擬信號放大器、濾波器和模數轉換器，電極包括兩個差分電極端和一個信號參考公共端，電極采集的肌電信號依次通過模擬信號放大器、濾波器和模數轉換器轉換成數字信號并傳送給實時數字信號處理器；運動傳感電路和無線發射電路連接，無線發射電路與數字信號處理器進行信號的傳輸。本實用新型的設備佩戴在手背上，體積小巧，運行穩定，使用不受環境限制，能夠為使用者提供更加自由的操作方式以及更加穩定的操作效果。
【專利說明】
手勢判別設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種佩戴于手背上的肌電和運動檢測設備，屬于人機交互設備的領域。
【背景技術】
[0002]傳統的人機交互方式包括手指操作鍵盤、鼠標、按鍵、觸摸屏、二維或者三維視覺檢測實現手勢識別。在正常使用情況下，傳統的交互方式占用了太多用戶的雙手時間，在空間和時間上存在一定的限制。
[0003]相比之下，語音識別和視覺檢測的方式能夠解放用戶的雙手，但是用戶使用的環境中的噪聲和不穩定光線對檢測設備的運行起到了影響作用，導致檢測結果會不可靠。同時上述兩者的設備運行還存在實時性差的缺點。隨著通訊電子產品的市場化，人機的界限越來越模糊，人機交互的需求也日益增加。
【發明內容】
[0004]針對現有人機交互方式存在的技術缺陷，本實用新型的目的在于，提供一種佩戴于手背上的肌電和運動檢測設備，能夠不受環境因素的影響實現人機交互。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0006]手勢判別設備，包括設備主體和固定手帶，設備主體包括實時數字信號處理器、肌電模擬信號采集電路、運動傳感電路和無線發射電路，其中，所述肌電模擬信號采集電路包括一組或者多組電極、模擬信號放大器、濾波器和模數轉換器，一組電極中包括兩個差分電極端和一個信號參考公共端;所述電極采集的肌電信號依次通過模擬信號放大器、濾波器和模數轉換器轉換成數字信號并傳送給實時數字信號處理器;所述運動傳感電路和無線發射電路連接，無線發射電路與實時數字信號處理器進行信號的傳輸。
[0007]所述電極通過固定手帶安置在手背的中心位置，一組電極中的三個端口呈等腰三角形放置，其中信號參考公共端設在中間位置，兩個差分電極端構成的直線與手指方向垂直。這樣布置的目的是使電極片距離盡可能遠，呈現對稱布置，使肌電電勢幅值盡可能大。電極可采用圓形電極片。
[0008]進一步地，設備主體和固定手帶均采用彈力棉制成。
[0009]進一步地，設備主體還包括外殼，外殼采用柔性材料制成。
[0010]進一步地，手勢判別設備內置有可充電電池。
[0011 ]進一步地，手勢判別設備上設有充電口。
[0012]本實用新型能夠實現手勢識別功能是基于人體動作產生時會有肌肉電流的原理。人體主動動作的產生是由大腦控制實現的，從大腦到身體各部位分布著神經元和肌肉纖維組織。大腦與肢體之間的動作信息是通過大腦的神經系統向運動神經元發送電信號來傳遞的，神經元接收到的電信號之后，同樣是向周圍的肌肉纖維傳送相應的電信號，促使肌肉纖維產生一定的收縮，而在此時人的神經系統會實時檢測肌肉纖維的收縮狀態，進而對動作信號進行調整。當人體產生不同的動作時，肌肉的收縮狀態也會有所差異，所產生的肌肉電流?目號也是有差異的。
[0013]當用戶的手指有動作時，相應的手背的肌肉會產生變動，從而產生微弱且帶手指動作特征的肌電信號。手掌在空間運動時，本實用新型佩戴在手背的運動傳感器隨著手掌運動，能夠實時將反應手掌運動的姿態的信息傳輸出來，兩種信號經過一系列電路預處理后進入到實時信號處理器內部進行數據融合和判別輸出，得到相應的手勢指令，再通過無線方式發送給受控設備。
[0014]本實用新型具有以下有益效果:
[0015](I)本實用新型的設備是通過檢測手背的肌電信號及利用手背的運動傳感器檢測手掌運動狀況來實現手勢判別，屬于非侵入式的方法，相比較醫學上侵入式(探針插入肌肉內來實現高精度的肌電信號采集)方式，具有沒有創傷、體積小、功耗低、使用方便、便攜性好等優點。
[0016](2)本實用新型巧妙應用現代生物電子技術，提出并實現了一種全新概念、高效、直接、自由度高的人機交互方式，彌補了傳統人機交互方式的非自然等局限性。本實用新型的肌電和運動檢測設備佩戴在手背上，設備小巧，運行穩定，使用不受環境限制，能夠為使用者提供更加自由的操作方式以及更加穩定的操作效果。
[0017](3)本設備在實施過程中，采用舒適彈性材料作為介質實現設備的穿戴，在功能上能夠實現，并在一定程度上取代現有的鼠標功能，同時具備更加優越的用戶體驗。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型手勢判別設備的手背穿戴方式示意圖；
[0019]圖2是本實用新型手勢判別設備的結構示意圖；
[0020]圖3是本實用新型手勢判別設備的電路框圖；
[0021]圖4是本實用新型手勢判別設備替代鼠標的操作實例；
[0022]圖5是本實用新型手勢判別設備套在VR中的應用實例。
【具體實施方式】
[0023]下面通過附圖和應用實例對本實用新型的技術方案進一步做詳細的描述。
[0024]本實用新型設備在手背上的穿戴方式展示圖如圖1所示，該手勢判別設備包括設備主體I和固定手帶2，分別采用彈力棉制成，以提高用戶的穿戴舒適度和保證電極能夠與手背皮膚接觸良好。選擇手背位置，是因為每個手指的動作都會帶動手背相應的肌肉產生較為強烈的收縮反應。
[0025]如圖2所示，設備主體I包括采集肌電信號的電極3，實時數字信號處理器4、肌電模擬信號采集電路5、運動傳感電路6和無線發射電路7。采集肌電信號的電極3安置在手背的中心位置，三個電極端呈現30度等腰三角形放置，信號參考公共端3-3在中間，兩個差分輸入電極3-1和3-2構成的直線與手指方向垂直，從而能夠提高手勢動作的判別精度。電極3采用圓形電極片，在設備結構允許的條件下，電極片面積盡可能大，相距盡可能遠。
[0026]設備采用一路差分肌電信號采集電極從手背皮膚表面采集肌電信號。從技術原理上來說，差分輸入通道越多，手勢識別的精準度越高，但是會帶來系統的成本、功耗、復雜度的增加。電極3從手背采集的肌電信號在IuV到ImV之間，通過模擬信號放大電路進行放大處理。由于采集的原始數據夾雜較多的噪聲信號，如空氣中的50/60HZ的工頻信號，因此放大后的模擬信號經過模擬信號濾波電路進行噪聲去除，另外，還可以在實時數字信號處理器4里面也設置數字濾波器對信號進一步的提取。信號最終是以數字信號的形式進行處理運算，所以濾波后的信號進入模數轉換電路進行數字化轉換，轉換后的信號進入到實時數字信號處理器4進行處理。
[0027]在肌電信號采集的過程中，運動傳感信號也在同步進行采集處理。運動傳感信號是由運動傳感電路6進行采集，然后傳輸給無線發射電路7。無線發射電路7將采集到的運動傳感數據傳送給與實時數字信號處理器4，實時數字信號處理器4通過融合肌電信號數據以及運動傳感數據，根據手勢信息庫的特性信息對比解析，將手勢特征判別出來，并作相應的機器指令映射工作，最終將映射好的機器指令傳輸給無線發射電路7，無線發射電路7再傳輸給受控設備，實現控制的目的。整個系統的運行時由可充電電池提供電源驅動的，可充電電池是由電源管理電路進行充電。
[0028]圖4示意了本實用新型的手勢識別設備應用在用戶PC機8上的實例。實例中，該設備能夠代替鼠標，實現電腦指針的移動、單雙擊操作。由此擴展，該設備還能實現對玩具的控制、游戲的體感操作等。
[0029]圖5示意了本實用新型手勢識別設備應用在VR設備9的實例。實例中，手勢識別設備能夠作為用戶的體感輸入設備，配合VR設備9，實現用戶增強現實的體驗感。手勢識別設備主體I和VR設備9之間是通過無線傳輸方式進行通訊。
【主權項】
1.手勢判別設備，包括設備主體和固定手帶，其特征在于，設備主體包括實時數字信號處理器、肌電模擬信號采集電路、運動傳感電路和無線發射電路，其中，所述肌電模擬信號采集電路包括一組或者多組電極、模擬信號放大器、濾波器和模數轉換器，一組電極中包括兩個差分電極端和一個信號參考公共端;所述電極采集的肌電信號依次通過模擬信號放大器、濾波器和模數轉換器轉換成數字信號并傳送給實時數字信號處理器;所述運動傳感電路和無線發射電路連接，無線發射電路與實時數字信號處理器進行信號的傳輸。2.根據權利要求1所述的手勢判別設備，其特征在于，所述電極通過固定手帶安置在手背的中心位置，一組電極中的三個端口呈等腰三角形放置，其中信號參考公共端設在中間位置，兩個差分電極端構成的直線與手指方向垂直。3.根據權利要求1所述的手勢判別設備，其特征在于，所述電極采用圓形電極片。4.根據權利要求1至3之一所述的手勢判別設備，其特征在于，設備主體和固定手帶均采用彈力棉制成。5.根據權利要求1至3之一所述的手勢判別設備，其特征在于，設備主體還包括外殼，夕卜殼采用柔性材料制成。6.根據權利要求1至3之一所述的手勢判別設備，其特征在于，手勢判別設備內置有可充電電池。7.根據權利要求1至3之一所述的手勢判別設備，其特征在于，手勢判別設備上設有充電口。
【文檔編號】G06F3/01GK205692125SQ201620488213
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月26日 公開號201620488213.8, CN 201620488213, CN 205692125 U, CN 205692125U, CN-U-205692125, CN201620488213, CN201620488213.8, CN205692125 U, CN205692125U
【發明人】王軍, 羅時禮, 郭良志, 萬龍龍, 張蕾, 王永剛
【申請人】江蘇南大五維電子科技有限公司