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传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies）
2018年第37卷第10期
DOI:10.13873/J.1000-9787( 2018 )10009804
基于六轴传感器的无线动作识别系统设计*
曾亿山，刘睿
（合肥工业大学机械工程学院，安徽合肥230009）
摘要：利用六轴传感器在手势识别和姿态识别上的优势和无线系统的便利性，设计了基于六轴传感器的无线爬行动作识别系统，实现爬行动作的识别和姿态检测。利用动态时间规整(DTW)算法匹配模板识别四肢动作判断爬行意图，再根据传感器数据检测当前姿态，判断爬行方向。实验表明：系统在3s内根据
动作发出正确指令的概率达到74.2%，4s内完成识别给出指令的概率达到91.7%，满足实际需求。关键词：六轴传感器；动态时间规整；手势识别；姿态检测
中图分类号：TP271
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2018)10-0098-04
Design of wireless action recognition system
basedonsix-axissensor
ZENGYi-shan,LIURui
( School of Mechanical Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)
Abstract: Take advantages of six-axis sensor in gesture recognition and attitude recognition and the convenience of wireless system,a wireless crawling action recognition system hased on six-axis sensor is designed to achieve crawling action recognition and attitude estimation. Determine the crawling intention by using dynamic time warping DTW )algorithm to match template and to recognize limbs gesture so as to determine crawing, and according to six-axis sensor data to estimate the attitude so as to determine the crawling direction. Experiments show that the probability of identifying the correct instruction within 3s is 74. 2 % , and the probability of identifying the instruction is 91. 7 % within 4 s, which can meet the actual demand.
Keywords: six-axis sensor; dynamic time warping( DTW ); gesture recognition; attitude detection
0引言
专利一种婴儿爬行训练机及其控制系统和控制方法》设计初衷是辅助初生婴儿爬行训练。原型设备利用摄像头采集婴儿的动作并结合安置在垫子上的压力传感器数据判断的爬行意图和方向。这种识别方式受环境光线和传感器精度的制约，工作环境存在局限，本文对设备适应性差等缺点提出改进。加速度传感器和陀螺仪具有不受环境影响、可获取空间动作信息等特点，非常适合作为体动作识别的工具。无线传感器网络具有高效率、低成本、部著灵活等特点[2.3]。MantyjarviJ等人将2个含有三轴加速度传感器的盒子放在测试者左右两侧腰上，识别佩戴者的不同动作[+]CostanteG等人通过智能手表内置的加速度传感器采集手臂手势作为输入方式实现手机的免提交互[5]。
本文设计基于六轴传感器的无线动作识别系统，用于
识别要儿的动作。婴儿动作不具有规律性，用单个传感器收稿日期：2017-08-25
*基金项目：中央高校基础研究基金资助项目（2011HGZ1004）
无法完成要求，需要在婴儿脊背（传感器0）、手腕（传感器 1,2）、脚踝传感器3，4)共5处佩戴传感器终端采集佩戴部位的动作信号。终端通过WiFi将数据发往服务器，根据实时动作判断爬行的意图和爬行方向。
系统硬件设计
硬件分为可穿戴终端和服务器。终端采用Espressif ESP8266无线模块作为控制器。惯性测量单元（inertial measurement unit，IMU）选用InvenSenseMPU-6050六轴传感器，通过IC总线与无线模块通信。终端可以实现数据的采集、预处理和传输。终端工作电压为3.3V，锂电池经 TPS63020线性稳压器降压后供电。
服务器采用MediaTekMT7621A无线开发板，其集成 32bit双核微处理器，32MBFLASH和512MBRAM，支持 2.4,5GHz双频段WiFi。服务器根据每个终端不同的MAC 地址区分佩戴位置。