基于慣性測(cè)量和肌電控制的體感輸入技術(shù)研究.pdf

1、隨著生活水平的提高，人們對(duì)文化娛樂、生產(chǎn)生活智能化程度的要求越來越高。一方面新型顯示技術(shù)、3D影視、體感游戲?qū)映霾桓F，鼠標(biāo)鍵盤已經(jīng)越來越不適應(yīng)人們對(duì)交互的要求；另一方面隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)越來越普及，家庭中各種家用電器、門窗都開始變得智能，新型智能產(chǎn)品如四旋翼飛行器等越來越多地進(jìn)入人們的生活。因此人們需要進(jìn)行操作的設(shè)備越來越多，但是需要在鼠標(biāo)鍵盤、觸摸屏、遙控器等各種輸入設(shè)備間切換，這樣就迫切地需要一種可以適應(yīng)各種操

2、作方式的人機(jī)交互設(shè)備。人們的絕大部分人機(jī)交互都是用手完成的。人們?cè)谟檬植僮髟O(shè)備時(shí)，主要利用了手的兩方面信息：一是手勢(shì)信息即各個(gè)手指的彎曲程度、用力狀態(tài)等信息；另一個(gè)是手的運(yùn)動(dòng)信息即手的位置、姿態(tài)等信息?，F(xiàn)有的手勢(shì)輸入技術(shù)主要有兩種：一是通過光學(xué)手段，這種方式要求手在光學(xué)儀器能覆蓋的地方動(dòng)作，而且要保證手指不被遮擋；另一種是通過在每個(gè)指節(jié)上安裝力反饋傳感器，這種方法佩戴不便，影響手指活動(dòng)，而且無法測(cè)量手的運(yùn)動(dòng)信息。
　　本文提出一種

3、新型的手勢(shì)輸入方案，通過綜合運(yùn)用慣性測(cè)量技術(shù)和表面肌電信號(hào)識(shí)別技術(shù)同時(shí)獲取手的手勢(shì)信息和運(yùn)動(dòng)信息。慣性測(cè)量技術(shù)是一種不依賴外界參考信息就能測(cè)量出系統(tǒng)姿態(tài)、速度、位置等信息的技術(shù)。而表面肌電信號(hào)識(shí)別技術(shù)是通過測(cè)量人體表面肌肉電信號(hào)來反推出人體動(dòng)作狀態(tài)的技術(shù)。綜合運(yùn)用這兩項(xiàng)技術(shù)可以獲取手勢(shì)輸入需要的全部信息。通過巧妙的整合兩套技術(shù)所測(cè)量到的信息可以模仿出現(xiàn)有的絕大部分輸入設(shè)備的輸入方式，還能發(fā)展出一些新型輸入方式。同時(shí)這兩套技術(shù)都是不需要外

4、界參考的，可以獨(dú)立運(yùn)行，對(duì)應(yīng)用的環(huán)境場(chǎng)合沒有要求。因此這套系統(tǒng)的應(yīng)用潛力完全取決于兩項(xiàng)技術(shù)能夠達(dá)到的測(cè)量精度。
　　本文首先研究慣性測(cè)量的理論和算法，并設(shè)計(jì)和搭建一套基于微機(jī)電慣性傳感器的慣性測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)際測(cè)得姿態(tài)、速度、位置等信息，并且利用磁場(chǎng)計(jì)組合定姿的方式測(cè)量精確穩(wěn)定的姿態(tài)信息。然后根據(jù)表面肌電信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作肌電信號(hào)采集電路，以達(dá)到較好的測(cè)量效果。接著研究肌電信號(hào)模式識(shí)別的特征提取及分類算法，選取四個(gè)時(shí)域特征和神經(jīng)網(wǎng)