[发明专利]一种步态获取与交互装置及其交互方法

说明书

技术领域

本发明属于模式识别与智能系统领域，涉及一种步态交互装置及其交互方法，尤其涉及一种基于柔性压力传感器的步态获取与交互装置及其交互方法。

背景技术

现有计算机输入设备中，绝大多数需要人手进行操作，如鼠标、键盘等，鼠标用于对页面进行移动、翻转、选择等操作，键盘用于字母、文字、符号等的输入。在进行长时间混合信息输入过程中，往往需要鼠标和键盘配合使用，需要频繁切换右手位置，影响输入效率，对于上肢行动不便的用户更是如此。而人体下肢，特别是腿部和足部一直没有参与到与计算机的交互中来，加入足部的交互能有效提升工作效率，对于上肢行动不便的人来说，能让这些人通过下肢实现与计算机的交互。现有的触屏操作设备使用的都是电容屏和电阻屏，仅适用于触摸力较小、压力较均匀、较清洁的工作环境，而人体足部的力量较大、精准控制较差、工作环境较为恶劣，且会有突然冲击，对足部计算机交互识别的精准程度产生较大影响。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种基于柔性压力传感器的步态交互系统及其交互方法。利用步态交互技术，在计算机输入设备中加入足部的交互，能有效提升工作效率，对于上肢行动不便的人来说，能让这些人通过下肢实现与计算机的交互。解决了现有输入设备难以力量较大、精准控制较差、工作环境较为恶劣的问题，对足部突然冲击有较好的适应性，有效提升了足部动作输入计算机交互识别的精准程度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于柔性压力传感器的步态交互系统，包括带边框的底板和依次设置在其上的传感器基板和柔性保护层，所述底板上设置有供电模块、信息处理模块、数据传输模块，所述传感器基板包括压力传感器阵列、铺设在压力传感器阵列上的柔性膜、设置在压力传感器阵列下的数据采集模块。

所述供电模块与信息处理模块、数据传输模块和数据采集模块相连，包括内置电源、充电接口和充电状态指示灯。

所述信息处理模块与数据传输模块、数据采集模块相连，包括信号调理单元、微控制单元和数据存储单元，所述微控制单元为MCU或ARM。

所述压力传感器阵列的传感器点阵密度为2点/cm²、4点/cm²或8点/cm²，压力测量范围10-5000kPa。

所述数据传输模块与数据采集模块相连，包括无线数据通讯单元和USB接口。

所述数据采集模块包括信号接收电路、信号放大电路和数据采集卡。

所述柔性保护层上设置有工作状态指示灯。

所述供电模块的内置电源为锂电池、镍氢电池或铅酸电池。

所述底板边框上设置有系统总开关。

所述无线数据通讯单元的通讯模式为Z-Wave、ZigBee、蓝牙、WiFi或红外。

一种基于柔性压力传感器的步态交互方法，包括以下步骤：

步骤(1)：打开系统总开关，系统初始化后进入待机状态；

步骤(2)：足部踩上步态交互系统，2秒无动作，系统进入工作状态准备采集信息；

步骤(3)：足部执行启动动作，压力传感器阵列获取人的足底压力数据，记录存在压力的点P[x,y]的坐标，并传输给数据采集模块；

步骤(4)：数据采集模块将相关数据进行滤波处理后传输至信息处理模块，信息处理模块对数据进行处理、识别和编译，形成标准指令并进行存储，具体包括以下步骤：

步骤(4-1)：足底压力数据滤波处理后，进行K-means聚类分析，从所有压力点数据中任意选择2个对象作为初始聚类中心；

步骤(4-2)：根据每个聚类对象的均值，计算每个对象与这些中心对象的距离，并根据最小距离重新对相应对象进行划分；

步骤(4-3)：重新计算每个聚类的均值，计算标准测度函数，函数收敛时，则算法终止，否则重新选择聚类的均值进行计算；