生物信號手勢識別設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種生物信號手勢識別設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在體感設(shè)備被用作人機交互以來，以手勢為主要輸入的交互方式由于更加直觀并且表達信息多樣靈活，被深入研究并適用于各個不同領(lǐng)域中。
[0003]人類的運動系統(tǒng)由大量的骨骼、骨骼肌以及其他連接組織構(gòu)成，肌肉中又包含了大量的肌肉纖維。肌肉纖維會被附近的運動神經(jīng)元通過電信號的方式刺激，從而進行收縮或拉伸的動作，配合肌腱和骨骼，達到關(guān)節(jié)運動的效果。其中神經(jīng)元刺激肌肉所釋放的電信號被稱之為肌肉電信號(EMG)，此類肌肉電信號可以在一定程度上反應肌肉的動作狀態(tài)。
[0004]當人在做出手指手勢和腕部動作時，控制此類動作的肌肉群分布在動作手的小臂上，肌肉在拉伸和收縮的過程中伴有肌肉電信號存在。
[0005]目前，尚未出現(xiàn)一種能夠拾取對應肌肉群的肌肉電信號，并以此來識別手指手勢和腕部動作的生物信號手勢識別設(shè)備?，F(xiàn)有的手勢識別設(shè)備主要使用圖像采集、紅外傳感、加速度傳感等原理進行，其主要缺點在于使用場景固定、運算復雜、能耗大、體積大。此類設(shè)備不適用于移動中或者應用場景不固定的條件，另外考慮到較大的體積和功耗，此種方法的設(shè)備通常被使用于桌面端，無法小型化，穿戴化。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，有必要提供一種生物信號手勢識別設(shè)備。
[0007]本實用新型提供一種生物信號手勢識別設(shè)備，包括:電源模塊、肌肉電信號傳感器模塊、信號預處理模塊、加速度傳感器與陀螺儀模塊、運算與控制模塊、無線模塊及微控制器，其中:所述電源模塊用于為所述生物信號手勢識別設(shè)備提供工作電源；所述肌肉電信號傳感器模塊用于拾取所述多個肌肉群表面的肌肉電信號；所述信號預處理模塊用于將拾取的肌肉電信號進行預處理，并將預處理后的肌肉電信號以模擬信號的形式傳遞至所述運算與控制模塊；所述加速度傳感器與陀螺儀模塊用于采樣得到使用者手臂運動狀態(tài)信息，并將所述手臂運動狀態(tài)信息傳遞至所述運算與控制模塊；所述運算與控制模塊用于根據(jù)傳遞過來的肌肉電信號及手臂運動狀態(tài)信息，進行特征提取和識別；所述無線模塊用于將上述特征提取和識別的結(jié)果通過無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斨帘豢卦O(shè)備；所述微控制器用于控制與協(xié)調(diào)所述生物信號手勢識別設(shè)備內(nèi)部各個模塊。
[0008]其中，所述電源模塊為一塊或多塊小型可充電移動電池。
[0009]所述肌肉電信號傳感器模塊包括一個或者多個傳感器，且與使用者小臂上多個肌肉群表面緊密接觸。
[0010]所述信號預處理模塊包括:依次電性連接的多路復用器、帶通濾波器、二級放大電路、工頻陷波器、縮放和移位電路以及數(shù)字電位器。
[0011]所述手臂運動狀態(tài)信息包括:手臂的角速度、加速度。
[0012]所述運算與控制模塊具體用于，首先將上述預處理后的肌肉電信號從模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而后根據(jù)所述手臂的角速度、加速度及轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的肌肉電信號，進行特征提取和識別。
[0013]所述運算與控制模塊包括:依次電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、易失性隨機存儲器、嵌入式內(nèi)核、通用輸入輸出接口以及分別與所述嵌入式內(nèi)核連接的兩個串行外設(shè)接口。
[0014]所述被控設(shè)備為可以通過無線方式進行操控的電子設(shè)備，如微型計算機、家用游戲機、智能家電設(shè)備、智能手機、智能移動終端或者工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備。
[0015]本實用新型提供了一套多通道肌肉電信號手勢識別設(shè)備的硬件構(gòu)架，滿足表面肌肉電信號拾取、放大、降噪、運算和通信的功能，為手勢識別軟件提供硬件基礎(chǔ)。并且可以對不同用戶和不同使用環(huán)境進行調(diào)節(jié)，提高手勢識別率。同時，本實用新型使用一套信號與處理電路同時處理多個通道傳感器信號，減小了整個設(shè)備的電路體積，降低了設(shè)備功耗，保證高信噪比，為軟件識別算法提供了有利條件。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型生物信號手勢識別設(shè)備的硬件架構(gòu)圖。
[0017]圖2為本實用新型生物信號手勢識別設(shè)備中信號預處理模塊102的硬件架構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本實用新型生物信號手勢識別設(shè)備中運算與控制模塊104的硬件架構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0020]參閱圖1所示，是本實用新型生物信號手勢識別設(shè)備的硬件架構(gòu)圖。所述生物信號手勢識別設(shè)備10包括:電源模塊100、肌肉電信號傳感器模塊101、信號預處理模塊102、加速度傳感器與陀螺儀模塊103、運算與控制模塊104、無線模塊105及微控制器106。
[0021]所述電源模塊100，用于為所述生物信號手勢識別設(shè)備10提供工作電源。在本實施例中，所述電源模塊100為一塊或多塊小型可充電移動電池。
[0022]所述肌肉電信號傳感器模塊101，與使用者小臂上多個肌肉群表面緊密接觸，用于拾取所述多個肌肉群表面的肌肉電信號，并將所述肌肉電信號傳遞至信號預處理模塊102。在本實施例中，所述肌肉電信號傳感器模塊101包括一個或者多個傳感器。
[0023]所述信號預處理模塊102，用于將拾取的肌肉電信號進行預處理，并將預處理后的肌肉電信號以模擬信號的形式傳遞至運算與控制模塊104。所述預處理包括:放大及降噪。
[0024]所述加速度傳感器與陀螺儀模塊103，用于采樣得到使用者手臂運動狀態(tài)信息，并將所述手臂運動狀態(tài)信息通過數(shù)字通信的方式傳遞至運算與控制模塊104。所述手臂運動狀態(tài)信息包括:手臂的角速度、加速度。
[0025]所述運算與控制模塊104，用于根據(jù)傳遞過來的肌肉電信號及手臂運動狀態(tài)信息，進行特征提取和識別，并將識別結(jié)果傳遞至所述無線模塊105。具體而言:
[0026]所述運算與控制模塊104，首先將上述預處理后的肌肉電信號從模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，而后根據(jù)所述手臂的角速度、加速度及轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的肌肉電信號，進行特征提取和識別。
[0027]可以理解的是，由于不同手勢在不同肌肉表面測得的肌肉電信號表達的特征信息不同，所述運算與控制模塊104根據(jù)不同表面肌肉電信號的特征組合，可以識別出使用者正在使用的手勢。
[0028]所述無線模塊105，用于將上述特征提取和識別的結(jié)果通過無線傳輸?shù)姆绞絺鬏斨帘豢卦O(shè)備。所述被控設(shè)備可以為微型計算機、家用游