传感器技术 课件 项目7任务2运动传感器在人体体态中的应用

7.2

运动传感器在人体体态中的应用Contents目

录

任务描述与要求1

任务内容2工程实践项目背景：2022年，全球运动传感器市场预计达到700亿美元，包括不同类型的技术和传感器，如红外线、微波、双重技术、超声波、区域反射型和振动等，以及加速度计、陀螺仪、磁力计和组合传感器。在2014-2021年期间，中国的运动传感器市场逐年增长，2022年市场规模为2510.3亿元，同比增长14.7%。项目背景1.任务描述与要求任务描述：DextaRobotics是一家专注于利用先进机器人技术为VR/MR创造下一代交互界面的公司，力反馈手套可检测手部压力、力量、位置变化和触觉信息，并将信息传输给计算机或虚拟现实设备，施加适当力反馈，使用户感受虚拟物体和操作的力量，应用于机舱模拟、机械臂机械手远程操控系统、高危环境作业流程训练和外科手术模拟等场景。1.

任务描述与要求任务要求：

要求1.了解力反馈手套技术发展历程；要求2.掌握力反馈手套技术基本原理；要求3.掌握九轴惯性传感器技术基本原理；要求4.掌握弯曲传感器的技术工作原理；要求5.掌握震动反馈传感器的技术工作原理；2任务内容1.力反馈手套技术（1）Dexmo双手无线力反馈手套Dexmo是一款便携式双手无线力反馈手套，具备手部动作捕捉和力反馈功能，适用于工业培训、教育科研、医疗康复、游戏社交、仿真建模、航空航天等领域。它为研究者、企业和消费者提供易于使用的力反馈体验，让每个人能够沉浸在真实感十足的虚拟现实世界中。1.力反馈手套技术（2）头戴式显示器OculusRiftOculusRift作为一款头戴式显示器，通过提供广角、低延迟的沉浸体验，可能改变未来人们玩游戏的方式。虚拟现实技术是当今世界的前沿科学之一，尽管军事等领域已有类似设备存在，但面临着造价昂贵、体积庞大和重量过重的问题。而Oculus计划以更可接受的价格将虚拟现实带给大众。1.力反馈手套技术（3）力反馈手套技术的应用力反馈技术是一种新型的人机交互技术，允许用户触碰、操纵虚拟环境中的物体，并感受相应的力反馈信息。01它通过结合其他虚拟现实技术，提供了更自然、真实的交互体验。实现力反馈系统需要解决关键问题，包括力反馈计算模型设计、碰撞检测、视觉和力觉的同步渲染等，涉及一系列算法和接口的开发。022.基本原理力反馈技术是一种人机交互方式，使用户在虚拟环境中能够触碰和操作物体，并感受到相应的力反馈，提供更真实、沉浸的交互体验。01实现力反馈系统需要解决关键问题，如力反馈计算模型、碰撞检测、视觉与力觉的同步渲染等，需要开发相应的算法和接口。02力反馈技术的引入使交互更自然，增强用户对虚拟环境中物体的触感感知。03（1）设计力反馈计算模型2.基本原理2.基本原理（2）实现碰撞检测碰撞检测是虚拟环境中的实时检测物体之间的碰撞情况，为图形绘制和力反馈提供基础。采用包围盒技术进行模糊碰撞检测，再精确检测物体是否相交，确定无碰撞则结束。2.基本原理增强力觉真实感视觉与力觉的同步渲染保持了较低帧率的视觉信息（30fps～60fps）和较高帧率的力觉信息（1000fps）之间的一致性。主流的力反馈接口OpenHaptics和CHAI3D支持视觉与力觉融合的应用开发。OpenHaptics提供了针对Phantom系列力反馈设备的开发工具包，包括不同层次的接口库，满足不同用户需求。CHAI3D是斯坦福大学人工智能实验室开发的开源工具包，支持多种力反馈设备，具有可扩展性，并允许用户根据需要设计新的渲染算法或添加驱动支持新设备。2.基本原理依据基本原理组成绘制出基本原理图(4)练一练：3.传感器类型九轴惯性传感器是电子设备中的运动感测元件，包括加速传感器、陀螺仪和电子罗盘。它们相互配合，用于交互控制和游戏中的运动追踪，实现设备的方向、速度、角度和姿态的监测。（1）九轴惯性传感器：3.传感器类型MPU9250是一款集成了3轴陀螺仪、3轴加速度计和3轴磁力计的传感器。它具有高精度和良好的动态响应特性，并通过IIC接口与单片机进行数据交互。MPU9250还带有数字运动处理X,Y或Z方向的Gyro

（2）MPU9250传感器3.传感器类型（3）弯曲传感器

CP102柔性微压力传感器是用于人机交互、医疗和机器人触觉的电子器件，采用柔软材料，提高灵敏度、响应时间和稳定性，能感知微小压力信号和触觉信号，扩展压力范围和分辨率，实现仿人类皮肤感知功能。CP102柔性微压力传感器3.传感器类型项目参数测试电压DC0.1~4V输出电流10uA~30mA原始阻值3~5kΩ温度范围0°℃~55℃湿度范围<80%RH稳定性疲劳测试50万次响应时间<100ms测量压力范围5mN-10000mN技术指标（3）弯曲传感器3.传感器类型传感器尺寸外观尺寸：100mmx8.0mm其中敏感区的面积为Φ6.4mm，若您有其他需求，可另外订制。传感器结构图（3）弯曲传感器3.传感器类型练一练试着画出CP102外接电路（3）弯曲传感器3.传感器类型练一练:试着画出电阻率随压力变化曲线图（3）弯曲传感器随着科技的发展，国产传感器也在逐步增强其功能，具备更高级的智能，包括分析、判断、自适应、自学习的能力。01传感器的发展趋势包括向高精度、高可靠性、宽温度范围、微型化、微功耗及无源化、智能化数字化和网络化方向发展。02国产传感器在为传统