[发明专利]一种无手部动作的手势意图识别系统

说明书

本发明提出一种无手部动作的手势意图识别系统，包括：微阵列式模块化可穿戴肌电臂环，肌电信号反解模块，运动单元动作电位序列特征提取与动作意图解析模块，控制终端模块；手势意图识别步骤包括：肌电信号采集，信号预处理，反解所述肌电信号，提取运动单元动作电位序列特征，建立特征信息与动作意图的关联模型，终端控制。本发明的有益效果是：可以在用户手部不做出具体动作的情况下识别出用户手部的动作意图，采用模块化、便携式的肌电采集方式可以大大降低采集成本，提高信号采集的便捷性。

技术领域

本发明涉及生物电控制领域，尤其涉及一种手势意图识别技术与系统。

背景技术

表面肌电(Surface Electromyography，sEMG)是支配肌纤维收缩的运动神经元电生理信号，经人体组织传导到皮肤表面形成的微弱电信号。表面肌电信号可以反映人体的动作行为意图。通过对表面肌电信号的解码，可以建立肌肉电信号与运动意图的关系，进一步解析人体运动。目前功能先进的肌电控制接口在健康人体实验中实现了10～20种离散动作模式解码，在实验室条件下准确率超过95％，并可满足假肢控制的实时性要求，但这类基于模式识别或者机器学习方法的动作意图分解容易受外界环境的影响(如肌肉的疲劳、电极的偏移或者贴覆界面的状态等)，其结果一般表现为接口性能随时间(日内或者日间)的退化。

发明内容

针对现有手势识别技术在无手部动作手势识别方面的缺陷，本发明的目的是通过对采集到的肌电信号进行反解，获取不同动作意图下运动单元的放电信息，进而实现对人体动作意图的解析与表征。同时，本发明所采用的模块化、便携式的肌电采集方式可以大大降低采集成本，提高信号采集的便捷性。

我们发现，运动单元动作电位序列(MUAPt)在肌肉纤维中传播形成电流场，表面肌电信号实际上是置于该电流场中的电极检测到的电位差。运动单元动作电位序列作为一种传输到肌肉的神经信号，不需要经过容积传导过程，削弱了时间漂移和肢残者生理状态变化的影响；另外运动单元动作电位序列作为人体运动系统的控制信号，理论上完全可以反映人体动作意图。借助于反解技术，表面肌电信号可以分解为多个运动单元动作电位序列，通过对其信息进行特征提取及分类，可以分析不同运动意图下运动单元放电情况，进而解析人体运动意图，且具备更好的鲁棒性。

无动作手势识别，即不通过物理式惯性传感装置，而通过在体记录肢体外周神经生理信息，在不产生实际运动的情况下，解码获得用户手势意图。采集手臂的表面肌电信号，通过对表面肌电信号的解码，可以预判无动作情况下人的手势，可实现隐蔽式、密码式人机交互。

从该技术的特性发现，该系统特别适合手部动作受限(譬如驾车状态)，或者主观上避免引起他人注意(譬如隐蔽式交流等)等应用场景，可服务于特种、军事等领域。

一种无手部动作的手势意图识别系统，包括：微阵列式模块化可穿戴肌电臂环，由用户佩戴于手臂，采集用户手臂局部区域的多通道肌电信号；肌电信号反解模块，分析和处理所采集到的肌电信号，反解出一系列运动单元动作电位序列(Motor Unit ActionPotential train，MUAPt)；运动单元动作电位序列特征提取与动作意图解析模块，利用所述反解模块得到运动单元放电信息，提取与动作意图相关的特征信息，建立与动作意图之间的关联模型；控制终端模块，根据所述运动单元动作电位序列特征提取与动作意图解析模块解析出的动作意图对被控制物体进行相应的控制。

进一步地，所述微阵列式模块化可穿戴肌电臂环包括微阵列式肌电信号采集电极、肌电信号处理模块以及信号传输模块，采集用户手臂肌电信号，先对信号进行预处理，再将处理好的信号传输到肌电信号反解模块。

进一步地，所述微阵列式模块化可穿戴肌电臂环，通过多个阵列式排布电极采集表面肌电信号并进行多通道的信号传输；肌电信号处理模块，对采集到的肌电信号进行信号放大、滤波和降噪等处理，提升信号的品质，并将模拟信号转换为数字信号；信号传输模块，同时支持有线和无线传输方式，将调理后的信号传输到肌电信号反解模块。