Разработка аппаратного обеспечения и алгоритмов функционирования носимого сенсорного устройства для распознавания двигательной активности руки и жестов

Аннотация

Введение: разработка человеко-машинных интерфейсов является активно развивающимся направлением, и в настоящее время включает в себя задачи по поиску и использованию технических решений, позволяющих реализовать более удобные и естественные для человека формы взаимодействия. Использование нескольких модальностей в интерфейсе позволяет повысить точность распознавания команд, формируемых человеком. Цель исследования: Разработка аппаратного обеспечения и алгоритмов работы носимого устройства для повышения скорости снятия данных о жестах и двигательной активности руки человека. Результаты: анализ современных решений показал, что применение системы технического зрения для распознавания жестов ограничено из-за условий освещенности, применение носимой электроники зачастую требует высокопроизводительного вычислителя, кроме того, на время обработки влияет цифровая фильтрация зашумленных сигналов. Разработана структура носимого устройства, в которой используется гироскоп-акселерометр и емкостные датчики, позволяющие определять различные жесты. Предлагаемое решение представляет собой устройство ввода и может найти применение в качестве указывающего устройства или устройства непосредственно формирующего управляющие команды. Конфигурация устройства обеспечивает реализацию интерфейса с двумя модальностями, одной из которых являются движения руки человека, а второй – жесты, формируемые кистью. Получены характеристики сенсоров прототипа, а также рассмотрены интеграции разработанного решения для управления мобильным роботом и эмуляции компьютерной мыши. Практическая значимость: потенциально предлагаемое сенсорное устройство может найти применение в медицинских приложениях, например, для оценки активности пациента и измерения частоты сердечных сокращений. Применение разработанных решений возможно для управления устройствами умного дома или иными киберфизическими системами и может оказать значительное влияние на их развитие. Обсуждение: отличительной особенностью устройства является заложенный в основу емкостный принцип работы датчиков для распознавания жестов. Ввиду статического дрейфа выходных сигналов емкостных датчиков и изменения площади прилегания устройства к руке требуются дополнительные исследования для поиска метода, с помощью которого возможно с удовлетворительной точностью определять более двух жестов.