[發(fā)明專利]一種基于無線耦合諧振的手指姿態(tài)傳感裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111114872.7
• 申請(qǐng)日: 2021-09-23
• 公開（公告）號(hào): CN113869180A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳周祎;皇甫江濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06F17/16;G01D5/12
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于無線耦合諧振的手指姿態(tài)傳感裝置和方法。該裝置包括穿戴在手指上的無線耦合線圈組件，安裝在手背上的信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈，固定在手臂上的高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊；信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈連接至高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊，高頻信號(hào)發(fā)生部分輸出高頻交流信號(hào)，通過信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈與手指上的多個(gè)無線耦合線圈通過無線耦合；高頻反射信號(hào)測量部分測量信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈接收到的反射信號(hào)的頻率和幅度，從反射信號(hào)的特征獲得線圈安裝部位手指的瞬時(shí)姿態(tài)。本發(fā)明對(duì)手指的活動(dòng)影響小，不需要在手指上安裝額外的主動(dòng)傳感器或進(jìn)行復(fù)雜連線，具有系統(tǒng)部署簡單、成本低、靈活性高的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于射頻傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于無線耦合諧振的手指姿態(tài)傳感裝置和方法。

背景技術(shù)

手部運(yùn)動(dòng)追蹤和手勢識(shí)別在評(píng)價(jià)人手功能時(shí)不可或缺，它們被大量應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、手語交流和機(jī)械操作等領(lǐng)域。一類手勢追蹤的方法借助可見光、紅外光、電磁波等，非接觸式地照射人手并拍攝圖片，通過圖像處理算法提取人的手勢。由于沒有在手或手指上增設(shè)額外的傳感器，非接觸式方法對(duì)手指屈伸的限制很小。但是，手的活動(dòng)范圍往往被限制在光源、雷達(dá)等的照射范圍內(nèi)，并且照射方向上障礙物、被跟蹤目標(biāo)之間的重疊會(huì)極大地增加這類測量結(jié)果的不確定性。

另一類方法是接觸式的，在手指、手掌或手臂上設(shè)置各類傳感器，從而分別監(jiān)測每個(gè)手指或手指關(guān)節(jié)。接觸式手勢追蹤技術(shù)不受照射源約束，使用者可以自由移動(dòng)。此外，如果使用高精度傳感器，對(duì)手勢的追蹤精度也可以相應(yīng)提高。但是現(xiàn)有的接觸式手勢追蹤技術(shù)往往需要穿戴手套，并將傳感器電路板嵌入手套中與手指固定，通過電纜與控制器和電源連接，且每個(gè)手指要單獨(dú)接收信號(hào)。這使得接觸式手勢追蹤系統(tǒng)笨重臃腫且線路復(fù)雜，給手指的正常活動(dòng)和靈活性帶來限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于無線耦合諧振的手指姿態(tài)傳感裝置和方法，包括穿戴在手指上的無線耦合線圈組件，安裝在手背上的信號(hào)激勵(lì)與信號(hào)接收線圈，和固定在手臂上的高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊，對(duì)手指的活動(dòng)影響小，不需要在手指上安裝額外的主動(dòng)傳感器或進(jìn)行復(fù)雜的連線，具有系統(tǒng)部署簡單、成本低、靈活性高的特點(diǎn)。

本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一、一種基于無線耦合諧振的手指姿態(tài)傳感裝置

包括多個(gè)穿戴在手指指節(jié)上的無線耦合線圈組件、安裝在手背上的信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈以及固定在手臂上的高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊；

高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊與信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈相連接；高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊包括高頻信號(hào)發(fā)生部分和高頻反射測量部分，高頻信號(hào)發(fā)生部分通過信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈發(fā)射頻段在MHz-GHz的高頻交流信號(hào)，高頻反射測量部分測量信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈在MHz到GHz工作頻段內(nèi)接收到的反射信號(hào)的頻率和幅度；

多個(gè)無線耦合線圈組件與信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈無線耦合，多個(gè)無線耦合線圈之間相互諧振耦合；每個(gè)無線耦合線圈組件主要由無線耦合線圈和固定帶組成，無線耦合線圈通過固定帶固定在所追蹤手指的每個(gè)指節(jié)上。

所述高頻信號(hào)發(fā)生和反射信號(hào)測量模塊包括環(huán)形耦合器、功率放大器、上變頻混頻器、下變頻混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、控制單元、數(shù)據(jù)輸出單元、電池、本地振蕩器和射頻切換開關(guān)；

在高頻信號(hào)發(fā)生部分，控制單元輸出低頻信號(hào)，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的低頻信號(hào)與本地振蕩器產(chǎn)生的高頻信號(hào)通過上變頻混頻器混頻，產(chǎn)生高頻交流信號(hào)；高頻交流信號(hào)經(jīng)第一功率放大器放大后，再經(jīng)環(huán)形耦合器和射頻切換開關(guān)輸出至信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈；高頻信號(hào)發(fā)生部分通過信號(hào)激勵(lì)和信號(hào)接收線圈發(fā)射的高頻交流信號(hào)一部分與無線耦合線圈耦合，一部分在各無線耦合線圈處被反射；