[發明專利]用于人機自然交互的生機多模態信息采集融合裝置

有效

• 申請號: 202010322650.3
• 申請日: 2020-04-22
• 公開（公告）號: CN111481197B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 王宏;祁洋陽;郗海龍;賈曉聰;魏春風;劉沖;張質含;唐浩;王峰;辛雨奇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: A61B5/389
• 分類號: A61B5/389;A61B5/11;A61B5/103;A61B5/00;A61B5/397
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

1.一種用于人機自然交互的生機多模態信息采集融合裝置，其特征在于，所述裝置為包括上下兩層設計板的層疊結構，上、下層設計板之間通過安裝在四角的四個銅螺柱支撐，上層設計板安裝有嵌入式主控模塊、5V電源接口、肢體加速度傳感器接口、上層數據傳輸接口，安裝在患者肢體上的外置肢體加速度傳感器通過USB轉RS-485串行總線接入肢體加速度傳感器接口，肢體加速度傳感器接口通過USB通信協議與嵌入式主控模塊相連，外置肢體加速度傳感器采集到的肢體加速度信號數據通過肢體加速度傳感器接口傳輸給嵌入式主控模塊，5V電源接口的一端與嵌入式主控模塊相連，5V電源接口的另一端接外置5V供電設備；

下層設計板包括下層數據傳輸接口、AUX端口、足底接觸狀態檢測電路和信號接口、肌電采集與轉換電路、電源轉換電路，安裝在患者皮膚上的肌電信號采集裝置通過差分電極線接入AUX端口，AUX端口的另一端與肌電采集與轉換電路中的放大模塊AD8220相連，肌電信號采集裝置采集到的肌電信號數據經過肌電采集與轉換電路處理之后，經過SPI高速串行總線傳輸至下層數據傳輸接口，安裝在患者足底的足底壓力檢測裝置通過有線方式接入足底接觸狀態檢測電路和信號接口，足底接觸狀態檢測電路和信號接口通過飛線與下層數據傳輸接口相連，下層數據傳輸接口通過數據傳輸線與上層數據傳輸接口連接，實現上、下層的數據傳輸，外置12V供電設備通過電源轉換電路中的12V電源接口接入電源轉換電路，通過電源轉換電路中的正負電壓線性穩壓器模塊，實現12V直流電源與±5V雙極性電源的轉換，為肌電采集與轉換電路提供±5V的供電電壓；

所述肢體加速度傳感器接口用于接收外置肢體加速度傳感器采集到的肢體加速度信號數據；

所述AUX端口用于接收肌電信號采集裝置采集到的肌電信號數據；

所述足底接觸狀態檢測電路和信號接口用于接收并處理足底壓力檢測裝置采集到的足底壓力信號數據；

所述肌電采集與轉換電路用于對肌電信號數據進行信號處理，并將信號處理后的肌電信號數據轉換為數字量信號，所述信號處理包括一級信號放大、高通濾波、低通濾波、二級信號放大以及工頻干擾去除；

所述電源轉換電路用于將外置12V直流電源轉換為±5V電壓；

所述5V電源接口用于外接5V供電設備，實現嵌入式主控模塊的5V供電需求；

所述嵌入式主控模塊用于接收并融合多模態信息數據，所述多模態信息數據包括肢體加速度信號數據、肌電信號數據、足底壓力信號數據。

2.根據權利要求1所述的用于人機自然交互的生機多模態信息采集融合裝置，其特征在于，足底接觸狀態檢測電路和信號接口中的檢測電路采用雙并聯開關檢測足底與地面的接觸狀態，所述接觸狀態包括懸空態和接觸態，懸空態是指腳部離開地面處于懸空狀態，接觸態是指腳部接觸地面，定義高電平標記為懸空態，并用數字1表示，定義低電平標記為接觸態，并用數字0表示，嵌入式主控模塊持續讀取GPIO端口狀態，當為低電平0時，表示腳部接觸地面，當為高電平1時，表示腳部離開地面處于懸空狀態。

3.根據權利要求1所述的用于人機自然交互的生機多模態信息采集融合裝置，其特征在于，所述外置肢體加速度傳感器分別安裝在患者的人體軀干中心，人體大腿中部、小腿中部以及踝關節處，安裝在同一位患者上的所有外置肢體加速度傳感器的三維空間坐標系方向需保持一致，旋轉方向均遵循右手定則，通過外置肢體加速度傳感器采集到的肢體加速度信號數據包括三軸加速度（a_x，a_y，a_z）、三軸角速度（θ_x，θ_y，θ_z）、三軸歐拉角（γ_x，γ_y，γ_z）。