CN108670259A一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统.doc

CN108670259A一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号201810185758.5 (22)申请日2018.03.07 (71)申请人佛山市顺德区中山大学研究院地址528399广东省佛山市顺德区大良街道办事处云路社区居民委员会南国东路9号申请人广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院中山大学 (72)发明人万嘉钱哲刘伟张东安东埃迪斯博登 (74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司44205代理人左恒峰 (51)Int.Cl.A61B5/11(xx.01) (54)发明名称一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统 (57)摘要本发明公开了一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统，包括用于设置在人体关节处的数据检测模块、用于连接至显示设备的数据处理模块和用于显示数据的数据显示模块，所述数据检测模块、数据处理模块和数据显示模块依次连接。 本发明能够通过灵活穿戴在人体不同关节处的数据检测模块来准确感知人体关节处的弯曲信息，其中人体关节包括膝关节、腕关节、肘关节和踝关节等等可伸缩活动的关节，能够通过人体关节处的弯曲信息来采集人体的日常行为活动信息，具备高灵活性、高便携性等优点。 权利要求书1页说明书4页附图4页108670259A2018.10.19108670259A1.一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于包括用于设置在人体关节处的数据检测模块 (100)和用于连接至显示设备的数据处理模块 (200)，所述数据检测模块 (100)的输出端连接至数据处理模块 (200)。 2.根据权利要求1所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述数据检测模块 (100)包括用于穿戴在人体关节处并检测关节处弯曲信息的电阻式传感器，所述电阻式传感器包括感应电路 (120)和用于跟随人体关节活动而发生柔性形变的电阻应变片 (110)，所述电阻应变片 (110)通过感应电路 (120)连接至数据处理模块 (200)。 3.根据权利要求2所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述电阻应变片 (110)包括衬底和用于添加至衬底中的导电填料，所述衬底为共聚酯硅酮材料，所述导电填料包括镍纳米链和镀镍碳纤维。 4.根据权利要求2所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述感应电路 (120)为分压电路或者惠斯登电桥，所述电阻应变片 (110)和数据处理模块 (200)之间通过分压电路或者惠斯登电桥进行连接。 5.根据权利要求1所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述数据处理模块 (200)包括电源模块 (220)、微控制器 (210)、存储模块 (230)和用于连接至显示设备的通信模块 (240)，所述微控制器 (210)分别和数据检测模块 (100)、电源模块 (220)、存储模块 (230)和通信模块 (240)相连接。 6.根据权利要求5所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述微控制器 (210)为Arduino、RFduino或者Simblee。 7.根据权利要求5所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述存储模块 (230)为快闪存储器或者随机存取存储器，所述快闪存储器包括SD卡 (231)或者记忆棒。 8.根据权利要求5所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述通信模块 (240)包括无线通信模块，所述无线通信模块连接至微控制器 (210)，所述无线通信模块为蓝牙模块 (241)、Wi-Fi模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块、ZigBee模块或者GPRS模块。 9.根据权利要求5所述的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于所述通信模块 (240)包括有线通信模块，所述有线通信模块连接至微控制器 (210)。 10.一种应用权利要求19任一所述基于可穿戴传感器的人体行为识别装置的系统，其特征在于还包括数据显示模块 (300)，所述数据显示模块 (300)和数据处理模块 (200)相连接。 权利要求书1/1页2108670259A2一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统技术领域0001本发明涉及穿戴式电子设备应用领域，特别是一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统。 背景技术0002近年来，可穿戴设备由于其在人体健康监测方面发挥着至关重要的作用，受到了人们的广泛关注。 而人体行为识别是健康监测中一个重要的研究方向，主要是对人体的日常行为模式和动作类别进行分析和识别。 由于人体日常行为与个人的身心健康息息相关使得人体行为识别具有广阔的应用前景。 0003然而现有的研究方向绝大多数是基于机器视觉或是将刚性传感器应用在座椅等大型设备上，这类识别装置往往成本较大、结构复杂且便携性差，除此之外基于机器视觉的方式也容易受光照，设备等因素影响。 发明内容0004为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统，能够准确感知人体关节处的弯曲信息，采集人体的日常行为活动信息，具备高延展性、高灵活性、高灵敏性和高便携性等优点。 0005本发明解决其问题所采用的技术方案是0006一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，其特征在于包括用于设置在人体关节处的数据检测模块和用于连接至显示设备的数据处理模块，所述数据检测模块的输出端连接至数据处理模块。 0007进一步地，所述数据检测模块包括用于穿戴在人体关节处并检测关节处弯曲信息的电阻式传感器，所述电阻式传感器包括感应电路和用于跟随人体关节活动而发生柔性形变的电阻应变片，所述电阻应变片通过感应电路连接至数据处理模块。 0008进一步地，所述电阻应变片包括衬底和用于添加至衬底中的导电填料，所述衬底为共聚酯硅酮材料，所述导电填料包括镍纳米链和镀镍碳纤维。 0009进一步地，所述感应电路为分压电路或者惠斯登电桥，所述电阻应变片和数据处理模块之间通过分压电路或者惠斯登电桥进行连接。 0010进一步地，所述数据处理模块包括电源模块、微控制器、存储模块和用于连接至显示设备的通信模块，所述微控制器分别和数据检测模块、电源模块、存储模块和通信模块相连接。 0011进一步地，所述微控制器为Arduino、RFduino或者Simblee。 0012进一步地，所述存储模块为快闪存储器或者随机存取存储器，所述快闪存储器包括SD卡或者记忆棒。 0013进一步地，所述通信模块包括无线通信模块，所述无线通信模块连接至微控制器，所述无线通信模块为蓝牙模块、Wi-Fi模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块、ZigBee说明书1/4页3108670259A3模块或者GPRS模块。 0014进一步地，所述通信模块包括有线通信模块，所述有线通信模块连接至微控制器。 0015进一步地，所述电源模块为碱性电池或者纽扣电池。 0016一种应用上述基于可穿戴传感器的人体行为识别装置的系统，其特征在于还包括数据显示模块，所述数据显示模块和数据处理模块相连接。 0017进一步地，所述数据显示模块包括智能终端，所述智能终端为计算机、智能手机、平板电脑或者智能手表。 0018本发明的有益效果是本发明采用的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统，包括用于设置在人体关节处的数据检测模块、用于连接至显示设备的数据处理模块和用于显示数据的数据显示模块，所述数据检测模块、数据处理模块和数据显示模块依次连接。 本发明能够通过灵活穿戴在人体不同关节处的数据检测模块来准确感知人体关节处的弯曲信息，其中人体关节包括膝关节、腕关节、肘关节和踝关节等等可伸缩活动的关节，能够通过人体关节处的弯曲信息来采集人体的日常行为活动信息，具备高灵活性、高便携性等优点。 附图说明0019下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。 0020图1是本发明一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统的整体电路原理框图；0021图2是本发明一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统的具体电路原理框图；0022图3是本发明一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统用于检测人体膝关节弯曲信息的示意图；0023图4是本发明一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统的感应电路采用分压电路方式时数据检测模块和数据处理模块之间的连接关系示意图；0024图5是本发明一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统的数据处理模块的连接关系示意图。 具体实施方式0025参照图1图5，本发明的一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置及其系统。 0026参照图1，一种基于可穿戴传感器的人体行为识别装置，包括用于设置在人体关节处的数据检测模块100和用于连接至显示设备的数据处理模块200，所述数据检测模块100的输出端连接至数据处理模块200。 另外，应用上述基于可穿戴传感器的人体行为识别装置的系统，还包括数据显示模块300，所述数据显示模块300和数据处理模块200相连接。 0027所述数据检测模块100能够通过可穿戴传感器的方式感知人体关节的弯曲信息，如弯曲程度和对应的弯曲时间等信息，并发送至数据处理模块200，所述数据处理模块200能够将接收到的人体关节的弯曲信息模拟量进行数模转换，得到数字信号，并发送至数据显示模块300进行显示。 0028本发明能够通过灵活穿戴在人体不同关节处的数据检测模块100来准确感知人体说明书2/4页4108670259A4关节处的弯曲信息，其中人体关节包括膝关节、腕关节、肘关节和踝关节等等可伸缩活动的关节，如图3中是将数据检测模块100穿戴在人体膝关节处来感知膝关节的弯曲信息，从而获取人体的日常行为活动信息；同时，所述数据处理模块200可放置在衣服裤子的口袋中或者腰带上，方便携带；另外，所述数据显示模块300包括智能终端，所述智能终端为计算机、智能手机、平板电脑或者智能手表。 所述数据显示模块300和数据处理模块200之间的通信方式既可以选择有线通信方式，也可以选择无线通信方式，优选地，所述数据显示模块300和数据处理模块200之间的通信方式选择如图3中的无线通信方式，没有通讯线影响人体的正常肢体活动，简单方便。 0029参照图2，进一步地，所述数据检测模块100包括用于穿戴在人体关节处并检测关节处弯曲信息的电阻式传感器，所述电阻式传感器包括感应电路120和用于跟随人体关节活动而发生柔性形变的电阻应变片110，所述电阻应变片110通过感应电路120连接至数据处理模块200。 所述数据检测模块100通过电阻式传感器来感知人体关节的弯曲信息。 0030进一步地，所述电阻应变片110包括衬底和用于添加至衬底中的导电填料，所述衬底为共聚酯硅酮材料，所述导电填料包括镍纳米链(Nickel Nanostrands)和镀镍碳纤维(Nickel CoatedCarbon Fiber)。 所述电阻应变片110的电阻率随所受的形变增大而减小，呈现出反压阻效应。 由硅酮-镍纳米复合材料构成的电阻应变片110感测的形变范围较大，同时能够保持良好的导电性和灵敏性，并且成本较低。 使用肌肉效贴布将所述电阻应变片110的两端固定在人体的关节处，由于其具有高灵敏性和高延展性等优点能够准确感知关节的弯曲信息。 0031进一步地，所述感应电路120为分压电路或者惠斯登电桥，所述电阻应变片110和数据处理模块200之间通过分压电路或者惠斯登电桥进行连接。 如图4所示，所述感应电路120选用分压电路。 具体地，本实施例中的电阻应变片110和分压电阻121串联，并且分压电阻121的阻值和电阻应变片110在稳定状态下的阻值相等。 0032进一步地，所述数据处理模块200包括电源模块 220、微控制器 210、存储模块230和用于连接至显示设备的通信模块240，所述微控制器210分别和数据检测模块 100、电源模块 220、存储模块230和通信模块240相连接。 所述电源模块220为微控制器210提供电能，保证装置能够正常工作，所述微控制器210能够接收数据检测模块100发出的关节弯曲模拟信号，并通过数模转换，得出关节弯曲数字信号，通过通信模块240发送至数据显示模块300进行显示，同时还发送至存储模块230进行数据存储。 0033进一步地，所述微控制器210为Arduino、RFduino或者Simblee。 Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。 主要包含两个主要的部分硬件部分(各种型号的Arduino板)和软件部分(Arduino IDE)。 硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；软件部分则是Arduino IDE，计算机中的程序开发环境。 所述RFduino是一个仅指尖大小，配备32位处理器的电子原型平台，具有多个总线扩展器，能够兼容Arduino开源平台。 相比于RFduino的蓝牙传输，Simblee有很大的改进，在信号处理上，Simblee仅延迟了3毫秒，这个级别已经可以实现运动追踪了。 而在网络设备同步上，达到10微秒精确度。 做到这一点的穿戴设备不仅昂贵，而且只能与固定的设备连接。 另外Simblee有良好的抗干扰能力，可以在各种环境中使用。 0034进一步地，所述存储模块230为快闪存储器或者随机存取存储器，所述快闪存储器说明书3/4页5108670259A5包括SD卡231或者记忆棒。 所述快闪存储器(flash EPROM)是电子可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的一种形式。 快闪存储器允许在操作中多次擦或写，并具有非易失性，即单指保存数据而言，它并不需要耗电。 快闪存储器和传统的EEPROM不同在于它是以较大区块进行数据抹擦，而传统的EEPROM只能进行擦除和重写单个存储位置。 这就使得快闪在写入大量数据时具有显著地优势。 所述随机存取存储器(RAM)又称作“随机存储器”，可以随时读写，而且速度很快，存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。 这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 0035进一步地，所述通信模块240包括无线通信模块，所述无线通信模块连接至微控制器210，所述无线通信模块为蓝牙模块 241、Wi-Fi模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块、ZigBee模块或者GPRS模块。 0036进一步地，所述通信模块240包括有线通信模块，所述有线通信模块连接至微控制器210。 0037对于上述无线通信模块和有线通信模块，优选地，采用无线通信模块，没有通讯线影响人体的正常肢体活动，简单方便。 0038进一步地，所述电源模块220为碱性电池或者纽扣电池。 所述碱性电池亦称为碱性干电池、碱性锌锰电池、碱锰电池，是锌锰电池系列中性能最优的品种，适用于需放电量大及长时间使用。 电池内阻较低，因此产生之电流较一般碳性电池更大，此类电池因不含汞，因此可随生活垃圾处理，无须刻意回收。 所述纽扣电池也称扣式电池，是指外形尺寸像一颗小纽扣的电池，一般来说直径较大，厚度较薄，所述纽扣电池是从外形上来对电池来分。 0039参照图4和图5，所述感应电路120采用分压电路方式，因此存在分压电阻121，所述微控制器210采用Arduino Nano211，所述电源模块220采用聚合物锂电池221，所述存储模块230采用SD卡，所述通信模块240采用蓝牙模块241。 所述Arduin