基于自然接触式传感器的智能控制手柄研究

随着当今人机系统的迅猛发展,以往人操作机器的方式已经逐渐转变成人和机器合作共同完成任务的方式。为了适应这种变化趋势,机器就需要更好地了解人的状态,而这第一步就是通过传感器让机器获得人工作时的生理信号。本文基于自然接触生理传感器模式,提出智能控制手柄(Smart Joypad)的概念——通过包覆的方式将一系列传感器组安装在普通手柄中人和手柄自然接触的位置,这些传感器组能够实时地测量皮肤血流容积、皮肤导电性、皮肤温度和握力等与人体情绪和生理状态密切相关的信号,同时不会改变或打扰人原来的工作状态。本文对智能控制手柄进行了概念和作用进行阐释,并通过实例说明了它巨大的应用前景和实用价值；对智能控制手柄进行整体的设计,通过自然接触区域实验分析得到了传感器组的最佳安装区域,并对传感器组的选择和安装进行了分析和说明；从生理信号的特性、信号测量方法和传感器的选择、电路搭建等方面对四类生理信号采集和调理电路进行设计和分析；从硬件和软件两方面对数据采集系统进行了设计,此外还着重对皮肤温度、皮肤导电性、皮肤血流容积信号进行了分析,阐释了皮肤血流容积信号提取心率信号法,皮肤温度信号的误差补偿法和皮肤导电率信号滤波法；通过相同实验条件下的成对数据T-TEST实验,说明了智能控制手柄系统与标准医用仪器Procomp2的在统计学上测量结果无差异化,充分说明了其在实时、无干扰模式下采集信号的良好效果；最后进行了智能控制手柄系统的情感识别的初步研究,并通过情感诱发实验分析了恐怖因素的特征信号。