[发明专利]基于自然接触传感器的智能控制手柄及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能控制手柄，尤其是涉及一种基于自然接触传感器的智能控制手柄及其应用。

背景技术

在人机系统中，控制柄是最为常见、最基本的信号输入装置，操作者通过控制柄上的按钮或触摸屏等部件输入特定命令和信号，从而控制机器进行相应的动作。以应用较广游戏控制手柄为例，已经从传统的“按健游戏时代”，通过更高级的体感、动作捕捉等新型的游戏控制方式向“互动游戏时代”发展，但这些技术归根结底还都是基于物理量变化的控制信号，与以往按键的控制的方式没有本质性的创新和突破。

人体生理和情绪信号作为控制信号则是区别于物理量信号的一种全新的控制理念，也为游戏等控制信号革新提供了非常好的基础，而目前采集人体生理信号主要由传统的医学生理传感器系统、可穿戴式生理传感器系统、非接触式生理传感器系统，但他们分别有着仪器庞大、穿戴感觉不适、高成本有副作用等缺点，不易应用在控制手柄中。

自然接触式生理传感器是基于“自然接触”理论发展起来的传感器系统，由于在绝大多数人机系统中，操作者和机器存在自然的物理接触，它的核心理念就是将传感器组安装在人机系统中操作者和机器自然接触的区域，通过自然接触过程中实时、无打扰地获得人体生理信号，同时又不给操作者带来额外的打扰或不适，目前这套系统也仅仅在智能鼠标、智能方向盘中简单进行运用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够实时、无打扰地测量操作者生理信号，可智能判断操作者的情绪及生理状态，实用价值高的基于自然接触传感器的智能控制手柄及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于自然接触传感器的智能控制手柄，该智能控制手柄与数据采集卡无线连接，所述的智能控制手柄包括游戏手柄和自然接触传感器组，所述的自然接触传感器组安装在游戏手柄上操作者与手柄的接触位置。

所述的接触位置包括手掌接触区域和手指接触区域。

所述的自然接触传感器组设有两组，每组自然接触传感器组均包括皮肤温度传感器、握力传感器、皮肤血流容积传感器和皮肤电导率传感器，所述的皮肤温度传感器和握力传感器设在手掌接触区域，所述的皮肤血流容积传感器和皮肤电导率传感器设在手指接触区域。

所述的皮肤温度传感器为微型热电阻，所述的握力传感器为柔性压力传感器，所述的皮肤血流容积传感器为光敏电阻，所述的皮肤电导率传感器为银与氯化银参比电极。

所述皮肤血流容积传感器设在游戏手柄上与操作者中指接触的位置，所述的皮肤电导率传感器的两个电极分别设在游戏手柄上与操作者无名指及小指接触的位置。

一种基于自然接触传感器的智能控制手柄的应用，包括以下步骤：

1)自然接触传感器组实时采集操作者的各种原始生理信号，并将信号传输给数据采集卡；

2)数据采集卡对接收到的信号进行特征提取，产生数据采集卡的输入信号；

3)数据采集卡对输入信号进行分析归纳及识别处理；

4)数据采集卡显示分析结果，并依据结果发出游戏控制信号。

所述的步骤2)中的特征提取包括以下步骤：

a)数据采集卡比较设定时间段各自然接触传感器组中皮肤电导率传感器和握力传感器的输出电压值，分别存储这两个信号的最大电压值和其所在的传感器组序号；

b)数据采集卡采集皮肤电导率传感器输出电压值最大所在传感器组中的皮肤血流容积信号，采集握力输出电压值最大所在传感器组中的皮肤温度信号；

c)上述四个信号输出电压值即本时间段数据采集卡的输入信号，进入后续的信号处理和显示环节。

所述的步骤3)中的分析归纳与识别处理具体为：将数据采集卡的输入信号与数据库中存储的数据进行匹配，找出该信号所对应的情感状态或控制信号，将结果进行显示或发送至游戏机。

与现有技术相比，本发明的设计理念是将传感器组安装在传统游戏手柄上的接触位置，通过游戏者在游戏的过程中手和手柄的自然接触，实时、无打扰地采集游戏者情绪生理信号，具有以下优点：

1)本发明以人体的生理信号作为游戏等方面的控制信号，提供了全新的游戏控制信号、健康提醒、帮助病人和老年人进行恢复性训练等全新的应用理念，具有非常高的实用价值。