CN108627284A - 一种人体站立姿态感知地板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人体站立姿态感知地板，薄膜压力传感器平铺在支撑底板的上面，并用胶水固定连接，缓冲保护层设置在薄膜压力传感器上；多个薄膜压力传感器按矩阵排列布置组成压力传感器矩阵。数据选择单元的输出通过排线与信号调理单元相连，信号调理单元将信号调理后通过排线或者PCB印刷电路与微处理器相连；微处理器通过数据总线与通信模块相连；通信模块通过有线或无线的方式与上位机相连。每个压力传感器都能感知其表面所受压力情况，并具有较高的灵敏度。同时实现人体站立与机器人交互的人体动作特征识别，包括基本站立姿势识别，身体前倾、后倾、重心在左右脚的特征识别，左右脚前跨一步动作识别。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力感知地板，应用于智能制造、人机交互和人机协作设备领域。
背景技术
智能感知技术在各种现实场景中都有着广泛的应用，在智能生活领域，智能地板可以实现人体的基本动作感知。但在人与工业机器人协作领域，虽然机器人近十几年来机器人技术快速发展，并越来越智能化，机器人对环境的感知水平还远不能同人类的感知能力相媲美，仍然需要人对其不断的学习和训练来达到机器人像人一样主动感知环境能力，压力感知地板就是用于机器人主动感知人体活动的一种智能感知***。
发明内容
本发明的目的是提出一种智能压力感知地板，应用于人与机器人协作场合，提高机器人的环境感知能力，是现有环境感知技术的一种补充。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种人体站立姿态感知地板，该感知地板包括64*i个薄膜压力传感器，i取正整数；薄膜压力传感器用于感知人体压力，每8*8个薄膜压力传感器即64个成为一组，每组传感器组成正方形，16组8*8的薄膜压力传感器组成32*32的压力阵列，通过信号排线将薄膜压力传感器的压力信号传送给数据采集单元的放大单元。
微处理器，用于采集放大单元传送来的压力传感器的信号，并实时通过通信模块将采集的信号发送到上位机处理器。电源模块为微处理器和通信模块进行供电，电源、微处理器、通信模块内嵌于压力地板底部。
上位机软件，用于接收微处理发送的人体压力信号数据流，将压力信号转换成压力图像，并进行数据分析处理，实现人机交互过程中的人体活动的压力感知，交互过程中关键特征识别，其中包括基本站立姿势识别、人体前倾、人体后倾、重心在左右脚的特征识别和人体移动动作识别。
本发明提出一种智能感知地板，可以实现人体压力感知和姿态感知，能够实现人机站立姿态特征提取与识别。本发明的感知地板感知数据可以远距离传输并能够直观显示，能够应用于人机交互、人机协作、智能环境感知等多种领域。
附图说明
图1是本发明提出的压力感知地板的结构框图。
图1中，1是1是薄膜压力传感器，2是缓冲保护层，3是支撑底板。薄膜压力传感器根据需要可以设计成圆形或方形；缓冲保护层需要具有一定的弹性和受压自恢复能力；支撑底板要求一定的刚性和平面度。
图2是本发明的压力感知地板的***示意图。
图2中，4是压力传感器矩阵，5是数据选择单元，6是信号调理单元，7是微处理器，8是通信模块，9是电源模块，10是上位机。
具体实施方式
本发明提出的压力感知地板，其结构框图如图1所示，薄膜压力传感器1平铺在支撑底板3的上面，并用胶水固定连接，缓冲保护层2设置在薄膜压力传感器1上；其***框图如图2所示，多个薄膜压力传感器1按矩阵排列布置组成压力传感器矩阵4，压力传感器矩阵4有m行、n列，分别引出m根行排线和n根列排线，行排线与数据选择单元5相连，列排线与基准电压相连。数据选择单元5的输出通过排线与信号调理单元6相连，信号调理单元6将信号调理后通过排线或者PCB印刷电路与微处理器7相连；微处理器7通过数据总线与通信模块8相连；通信模块8通过有线或无线的方式与上位机10相连。
包括：
64个薄膜压力传感器1按8*8的形式分布组成压力传感器矩阵4，i个压力传感器矩阵4用于测量人体站立时的受力，通过数据选择单元5将所有压力传感器的压力值传送至信号调理单元6。
信号调理单元6用于对选通的每路信号进行线性放大，以达到微处理器7模数转换的电压范围，并将信号传送至微处理器7的模数转换通道。
微处理器7，用于采集压力传感阵列4的所有压力传感器矩阵4的压力信号，并通过通信模块8将采集到的信号发送到上位机10，电源模块9为微处理器7、信号调理单元6和通信模块8供电，电源模块9、微处理器7，信号调理单元6和通信模块8一起安放于压力地板下面。
上位机10，用于接收压力感知地板内压力传感器矩阵4的压力信号，并生成压力图像，实时显示压力的变化情况，同时对压力数据矩阵和图像进行分析，实现人体站立与机器人交互的人体动作特征识别，包括基本站立姿势识别，人体前倾，人体后倾，重心在左右脚的特征识别，人体移动的动作识别。
下面结合附图，介绍本发明提出的压力感知地板的工作过程：压力感知地板分为三层结构，上层是缓冲保护层2，中间是多个薄膜压力传感器1，下面是支撑底板3。压力传感器每64个一组(8*8)，16组压力传感器构成32*32的压力感知阵列。每个压力传感器都能感知其表面所受压力情况，并具有较高的灵敏度。每个压力传感器矩阵4通过数据选择单元5将压力信号传给信号调理单元6。
信号调理单元6，用于对选通的每路信号进行线性放大处理，以达到微处理器7模数转换的电压范围，并将信号传送至微处理器7的模数转换通道。
微处理器7，用于采集压力传感阵列的所有压力传感矩阵4的压力信号，并通过通信模块8将采集到的信号连续发送到上位机10，形成压力数据流；电源模块9为微处理器7、信号调理单元6和通信模块8供电，电源模块9、微处理器7，信号调理单元6和通信模块8一起放置于压力地板下面。
上位机10，对压力数据流转换成图像格式进行分析，实时显示压力的变化情况，同时实现人体站立与机器人交互的人体动作特征识别，包括基本站立姿势识别，身体前倾、后倾、重心在左右脚的特征识别，左右脚前跨一步动作识别。
脚步压力形状识别：压力传感阵列能够感知接触面的力场，对压力感知矩阵进行灰度显示和二值化处理，实现脚底受力的图像并识别。
人体站立姿态分析：人体正常站立时，压力面内的压力中心坐标基本不变，人体上肢的运动会影响人体脚底对压力地板的压力分布，通过识别压力矩阵中心坐标的变化过程可以提取人体站立时各种姿态的脚部压力特征信息。
人体站立姿态识别：利用压力图像，得到各种站姿下的特征数据，可以识别人体在地板上的各种姿态。
Claims (10)
1.一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：薄膜压力传感器(1)平铺在支撑底板(3)的上面，并用胶水固定连接，缓冲保护层(2)设置在薄膜压力传感器(1)上；多个薄膜压力传感器(1)按矩阵排列布置组成压力传感器矩阵(4)，压力传感器矩阵(4)有m行、n列，分别引出m根行排线和n根列排线，行排线与数据选择单元(5)相连，列排线与基准电压相连；数据选择单元(5)的输出通过排线与信号调理单元(6)相连，信号调理单元(6)将信号调理后通过排线或者PCB印刷电路与微处理器(7)相连；微处理器(7)通过数据总线与通信模块(8)相连；通信模块(8)通过有线或无线的方式与上位机(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：64个薄膜压力传感器(1)按8*8的形式分布组成压力传感器矩阵(4)，i个压力传感器矩阵(4)用于测量人体站立时的受力，通过数据选择单元(5)将所有压力传感器的压力值传送至信号调理单元(6)。
3.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：信号调理单元(6)用于对选通的每路信号进行线性放大，以达到微处理器(7)模数转换的电压范围，并将信号传送至微处理器(7)的模数转换通道。
4.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：微处理器(7)，用于采集压力传感器矩阵(4)的所有压力传感器矩阵(4)的压力信号，并通过通信模块(8)将采集到的信号发送到上位机(10)，电源模块(9)为微处理器(7)、信号调理单元(6)和通信模块(8)供电，电源模块(9)、微处理器(7)，信号调理单元(6)和通信模块(8)一起安放于压力地板下面。
5.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：上位机(10)，用于接收压力感知压力传感器矩阵(4)的压力信号，并生成压力图像，实时显示压力的变化情况，同时对压力数据矩阵和图像进行分析，实现人体站立与机器人交互的人体动作特征识别，包括基本站立姿势识别，人体前倾，人体后倾，重心在左右脚的特征识别，人体移动的动作识别。
6.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：压力感知地板分为三层结构，上层是缓冲保护层(2)，中间是多个薄膜压力传感器(1)，下面是支撑底板(3)；压力传感器每64个一组(8*8)，16组压力传感器构成32*32的压力感知阵列；每个薄膜压力传感器(1)都能感知其表面所受压力情况；每个压力传感器矩阵(4)通过数据选择单元(5)将压力信号传给信号调理单元(6)。
7.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：信号调理单元(6)，用于对选通的每路信号进行线性放大处理，以达到微处理器(7)模数转换的电压范围，并将信号传送至微处理器(7)的模数转换通道。
8.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：微处理器(7)，用于采集压力传感阵列的所有压力传感器矩阵(4)的压力信号，并通过通信模块(8)将采集到的信号连续发送到上位机(10)，形成压力数据流；电源模块(9)为微处理器(7)、信号调理单元(6)和通信模块(8)供电，电源模块(9)、微处理器(7)，信号调理单元(6)和通信模块(8)一起放置于压力地板下面。
9.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：上位机(10)，对压力数据流转换成图像格式进行分析，实时显示压力的变化情况，同时实现人体站立与机器人交互的人体动作特征识别，包括基本站立姿势识别，身体前倾、后倾、重心在左右脚的特征识别，左右脚前跨一步动作识别。
10.根据权利要求1所述的一种人体站立姿态感知地板，其特征在于：脚步压力形状识别：压力传感阵列能够感知接触面的力场，对压力感知矩阵进行灰度显示和二值化处理，实现脚底受力的图像并识别；
人体站立姿态分析：人体正常站立时，压力面内的压力中心坐标基本不变，人体上肢的运动会影响人体脚底对压力地板的压力分布，通过识别压力矩阵中心坐标的变化过程可以提取人体站立时各种姿态的脚部压力特征信息；
人体站立姿态识别：利用压力图像，得到各种站姿下的特征数据，可以识别人体在地板上的各种姿态。
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