人機交互系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人機交互系統(tǒng)及方法，所述人機交互系統(tǒng)包括定位裝置、可穿戴式RFID讀寫器、姿態(tài)識別裝置、處理單元和輸出設備，其中：定位裝置獨立放置或布置在依附物體上，其布置有一個或多個與空間三維坐標一一對應的RFID標簽；可穿戴式RFID讀寫器可穿戴式固定在目標對象上，對于RFID標簽進行讀寫；姿態(tài)識別裝置可穿戴式固定在目標對象上，獲取目標對象姿態(tài)數據；處理單元與可穿戴式RFID讀寫器和姿態(tài)識別裝置連接；輸出設備與處理單元連接。本發(fā)明還公開一種利用人機交互系統(tǒng)進行人機交互的方法。本發(fā)明利用射頻識別技術實現定位，利用慣性傳感器實現姿態(tài)識別，根據獲得的位置數據和姿態(tài)數據實現人機交互，受環(huán)境影響小、裝設方便靈活、精度高且成本低。
【專利說明】
人機交互系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及人機交互技術領域，尤其涉及一種人機交互系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發(fā)展，網絡和通信技術、圖形圖像處理技術和計算機技術的進步，虛擬現實(Virtual Reality)這一可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，受到越來越多的青睞，成為人類一種新的交流方式。虛擬現實最重要的特點就是具有良好的交互性和沉浸感，而交互和提供沉浸感的主要技術則依賴于高精度的空間定位和準確的姿態(tài)識別，即有效的人機交互，這樣才能為用戶提供更好的虛實無縫結合的體驗。

【發(fā)明內容】

[0003]為了實現上述目的，本發(fā)明提出一種人機交互系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)利用射頻識別技術實現定位，利用慣性傳感器實現姿態(tài)識別，根據獲得的位置數據和姿態(tài)數據實現人機交互。本發(fā)明受環(huán)境影響小、裝設方便靈活、不受定位空間面積和目標對象個數的限制、精度高且成本低。
[0004]根據本發(fā)明的一方面，提供一種人機交互系統(tǒng)，所述人機交互系統(tǒng)包括定位裝置、可穿戴式RFID讀寫器、姿態(tài)識別裝置、處理單元和輸出設備，其中:
[0005]所述定位裝置獨立放置或布置在依附物體上，所述定位裝置中布置有一個或多個射頻識別電子(RFID)標簽，所述RFID標簽與空間三維坐標——對應；
[0006]所述可穿戴式RFID讀寫器可穿戴式固定在目標對象上，執(zhí)行對于RFID標簽的讀寫操作，獲得目標對象位置數據；
[0007]所述姿態(tài)識別裝置可穿戴式固定在目標對象上，獲取目標對象姿態(tài)數據；
[0008]所述處理單元與所述可穿戴式RFID讀寫器和姿態(tài)識別裝置連接，用于對于所述目標對象位置數據和目標對象姿態(tài)數據進行處理；
[0009]所述輸出設備與所述處理單元連接，用于輸出經所述處理單元處理的目標對象位置數據和目標對象姿態(tài)數據。
[0010]可選地，所述定位裝置由一個定位單元組成，或者由多個定位單元連接組成，當所述定位裝置由多個定位單元連接組成時，所述定位單元設置有連接件。
[0011]可選地，所述RFID標簽為中高頻/超高頻RFID標簽。
[0012]可選地，所述可穿戴式RFID讀寫器包括:讀寫器本體和固定單元，其中:
[0013]所述讀寫器本體執(zhí)行對于RFID標簽的讀寫操作；
[0014]所述固定單元與所述讀寫器本體連接，以對讀寫器本體進行可穿戴式固定。
[0015]可選地，所述固定單元與讀寫器本體通過連接件物理連接或者制作為嵌入式連接。
[0016]可選地，所述讀寫器本體包括:天線單元、射頻信號處理單元、處理器、通信單元和供電單元，其中:
[0017]所述天線單元與所述射頻信號處理單元連接；
[0018]所述射頻信號處理單元與天線單元和處理器連接；
[0019]所述通信單元與所述處理器連接；
[0020]所述供電單元的電源輸出端與所述射頻信號處理單元、處理器和通信單元的電源輸入端連接。
[0021]可選地，所述射頻信號處理單元還包括濾波器;所述處理器包括數據處理芯片和封裝單元。
[0022]可選地，所述姿態(tài)識別裝置包括多個慣性傳感器，所述多個慣性傳感器固定在一可穿戴單元上。
[0023]根據本發(fā)明的另一方面，還提出一種使用所述人機交互系統(tǒng)進行人機交互的方法，所述方法包括以下步驟:
[0024]將鋪設在定位空間中的定位裝置中的RFID標簽與定位空間的空間信息建立一一對應關系；
[0025]可穿戴式RFID讀寫器讀取目標對象所在位置的RFID標簽數據，根據標識信息與三維空間坐標之間的對應關系獲得所述RFID標簽對應的三維空間坐標信息，進而獲得目標對象的位置數據；
[0026]獲取目標對象所穿戴的姿態(tài)識別裝置采集到的慣性傳感數據，并對獲得的慣性傳感數據進行處理，得到目標對象姿態(tài)數據；
[0027]對于獲得的目標對象位置數據和目標對象姿態(tài)數據進行處理并輸出。
[0028]可選地，所述可穿戴式RFID讀寫器讀取目標對象所在位置的RFID標簽數據的步驟還包括對于所述穿戴式RFID讀寫器同一時刻讀取到的多個RFID標簽數據進行濾波的步驟。
[0029]本發(fā)明提出的人機交互系統(tǒng)及方法，利用射頻識別技術實現定位，利用慣性傳感器實現姿態(tài)識別，根據獲得的位置數據和姿態(tài)數據實現人機交互。本發(fā)明人機交互系統(tǒng)中的定位裝置能夠很方便地安裝在目標物體所在的空間中，可穿戴式RFID讀寫器和姿態(tài)識別裝置能夠很方便地穿戴在目標對象身上；由于定位裝置使用價格低廉的RFID標簽，姿態(tài)識別裝置使用價格低廉的慣性傳感器，因此整體投入成本較低；另外，本發(fā)明受環(huán)境影響小、不受定位空間面積和目標對象個數的限制、精度高。
【附圖說明】
[0030]圖1是根據本發(fā)明一實施例的人機交互系統(tǒng)的結構框圖；
[0031 ]圖2是根據本發(fā)明一實施例的定位裝置的結構框圖；
[0032]圖3是根據本發(fā)明一實施例的定位單元的結構示意圖；
[0033]圖4是根據本發(fā)明一實施例的定位單元連接示意圖；
[0034]圖5是根據本發(fā)明一實施例的可穿戴式RFID讀寫器的結構框圖；
[0035]圖6是根據本發(fā)明一實施例的人機交互方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037]根據本發(fā)明的一方面，提供一種人機交互系統(tǒng)，如圖1所示，所述人機交互系統(tǒng)包括定位裝置、可穿戴式RFID讀寫器、姿態(tài)識別裝置、處理單元和輸出設備，其中:
[0038]所述定位裝置獨立放置或布置在依附物體上，所述定位裝置中安設有一個或多個射頻識別(RFID)標簽，所述RFID標簽與空間三維坐標——對應；
[0039]所述可穿戴式RFID讀寫器可穿戴式固定在目標對象上，執(zhí)行對于RFID標簽的讀寫操作，獲取目標對象的位置數據；
[0040]所述姿態(tài)識別裝置可穿戴式固定在目標對象上，獲取目標對象姿態(tài)數據；
[0041 ]所述處理單元與所述可穿戴式RFID讀寫器和姿態(tài)識別裝置連接；
[0042]所述輸出設備與所述處理單元連接。
[0043]其中，所述定位裝置由一個定位單元組成，或者由多個定位單元連接組成，其中:所述定位單元中安設有一個或多個射頻識別(RFID)標簽，所述RFID標簽與空間三維坐標一一對應。所述定位裝置可獨立放置在某處，也可鋪設/布置/固定到依附物體上，具體的安裝方式視具體應用需要而定，比如可鋪設在地板上、固定在墻壁或天花板上，也可放置在桌子上、固定在貨物等物品上等等。所述定位裝置可形成一個空間或覆蓋一個空間，當目標對象，即被定位對象，在該空間內移動時，通過RFID讀寫器讀取相關的RFID標簽信息即可確定目標對象的空間位置，從而實現精準定位。
[0044]所述定位單元是具有一定長、寬、厚度或者其它可以將RFID標簽放置在其內部或表面的實體單元。所述定位單元可以呈現規(guī)則的形狀，如正方形、長方形或圓形等，也可以呈現不規(guī)則的形狀，為了便于所述定位裝置在定位空間中的鋪設和材料的充分合理利用，可靈活選擇定位單元的形狀。但不管定位單元呈何種形狀，在使用多個定位單元來組成定位裝置時，所述定位單元需要設置有連接件，比如在定位單元的邊緣或者靠近邊緣處設置卡槽、卡扣、連接扣等連接件，以固定定位單元之間的相對位置或者定位單元與依附物體之間的相對位置。需要特別說明的是，上述定位單元的形狀只是示例性的說明，并不用于限制本發(fā)明，任何合理地、可制作的定位單元形狀均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0045]所述定位單元由非金屬材料制成或主要由非金屬材料制成，比如聚碳酸酯、聚氯乙稀等。當然，定位單元的制作材料可根據定位單元的安裝位置來進行選擇，比如，當所述定位單元用作地板時，可選擇抗壓非金屬材料，當所述定位單元用作天花板或者安裝在墻壁上時，可選擇輕質非金屬材料等等。
[0046]其中，每個RFID標簽都具有一個唯一的標識信息，該標識信息能夠確保每個RFID標簽在所需定位的空間中具有唯一性，并且，該標識信息與空間三維坐標之間存在一一對應的關系。比如，所述標識信息可以包括所述RFID標簽的EPC ID信息、所述RFID標簽所在定位單元的序號、所RFID標簽在所述定位單元中的序號中的一種或多種信息。當然，所述標識信息也可以是其他信息，只要能夠對于同一定位空間內的多個RFID標簽進行唯一區(qū)分即可。所述標識信息可通過編輯工具來建立，該編輯工具可對RFID標簽所在定位單元序號和RFID標簽在所述定位單元中的序號進行編輯和設置。
[0047]所述RFID標簽可安設在所述定位單元的內部或表面上，在實際應用中，可根據實際需要和定位裝置的安裝位置選擇RFID標簽的安裝位置，比如，若所述定位裝置鋪設在地板上，為了保護RFID標簽，延長其使用壽命，可選擇將所述RFID標簽安設在所述定位單元的內部;若所述定位裝置安裝在墻壁或天花板上，由于RFID標簽無需承重，為了增加RFID標簽的識別距離，提高其識別度，可選擇將所述RFID標簽安設在所述定位單元的表面上，在這種情況下，為了對所述RFID標簽進行保護，還可以在所述RFID標簽的外表面或者安設RFID標簽的定位單元的表面套設一保護層，所述保護層可使用抗壓材料制成。需要特別說明的是，上述RFID標簽的安裝位置只是示例性的說明，并不用于限制本發(fā)明，任何合理地、可制作的安裝位置均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0048]所述RFID標簽可以是任何適合尺寸或規(guī)格的RFID標簽，所述定位單元的一個或多個RFID標簽的識別范圍可完全覆蓋也可部分覆蓋所述定位裝置。在本發(fā)明一實施例中，所述RFID標簽為中高頻/超高頻RFID標簽或中高頻/超高頻無源RFID標簽，此處可以理解的是，中高頻RFID標簽的工作頻率為3MHz?30MHz，超高頻RFID標簽的工作頻率為860MHz?960MHz。在本發(fā)明一優(yōu)選實施例中，采用13.54MHz高頻無源RFID標簽或866MHz/902MHz超高頻無源RFID標簽，這些無源RFID標簽受環(huán)境因素的影響小，成本低，抗干擾性強，使用壽命長。當然，在實際應用中，可根據實際需要采用其他工作頻率的中高頻或超高頻RFID標簽。需要特別說明的是，上述RFID標簽的尺寸和規(guī)格只是示例性的說明，并不用于限制本發(fā)明，任何合理地、可實現的RFID標簽尺寸和規(guī)格均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0049]所述RFID標簽在定位單元中可以是均勻分布，也可以是非均勻分布，可以理解的是，所述均勻分布指的是定位單元中的每個RFID標簽之間的距離相同，所述非均勻分布指的是定位單元中的每個RFID標簽之間的距離不相同或者不完全相同。所述RFID標簽分布方式的選擇與定位精度和定位成本要求有關，為了使得RFID標簽的覆蓋范圍無盲區(qū)，實現全方位無縫高精度定位，通常會選擇均勻分布方式;但實際應用中，考慮到某些區(qū)域可能并不需要RFID標簽的覆蓋，在精度要求能夠得到滿足的情況下，為了降低成本，可以選擇非均勻分布方式，甚至還可以根據用戶的實際應用需求定制分布方式。當然，所述RFID標簽之間的排列距離也可以根據所需要的定位效果和精度來確定，通常來說，所述RFID標簽之間的距離不超過lm，優(yōu)選地，RFID標簽之間的距離大于其尺寸的3倍。需要特別說明的是，上述RFID標簽的分布方式只是示例性的說明，并不用于限制本發(fā)明，任何合理地、可實現的RFID標簽的分布方式均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0050]以下以由多個定位單元連接組成的定位裝置為例對于本發(fā)明的定位裝置進行進一步的說明。
[0051]圖2是根據本發(fā)明一實施例的定位裝置的結構示意圖，如圖2所示，所述定位裝置I由多個定位單元11連接組成，在本實施例中，所述定位單元11采用矩形這一規(guī)則形狀。
[0052]圖3為本實施例中定位單元11的結構示意圖，如圖3所示，在定位單元11的內部，RFID標簽12采用非均勻分布方式進行布置，本實施例中，每個RFID標簽12之間的距離大于1.5倍的RFID標簽尺寸。
[0053]利用編輯工具對定位單元11中的RFID標簽12進行唯一標識信息編輯，并將該唯一標識信息與該RFID標簽12所在定位單元11的空間位置信息以及該RFID標簽12在該定位單元11中的位置信息——對應起來，這樣就可以確定該RF ID標簽12在定位裝置I中對應的唯一空間位置信息。
[0054]本實施例中，所述定位單元11是由聚氯乙稀材料加溫加壓制作而成的。
[0055]參照圖4所示，本實施例中，所述定位單元11之間采用無縫拼接方式組成定位裝置，圖4中，a、b分別表示相鄰的兩個定位單元。
[0056]圖5是根據本發(fā)明一實施例的可穿戴式RFID讀寫器的結構框圖，如圖5所示，所述可穿戴式RFID讀寫器2包括讀寫器本體21和固定單元22，其中:
[0057]所述讀寫器本體21執(zhí)行對于RFID標簽的讀寫操作；
[0058]所述固定單元22與所述讀寫器本體21連接，以對讀寫器本體21進行可穿戴式固定；
[0059]所述固定單元22與所述讀寫器本體21連接，以對讀寫器本體21進行可穿戴式固定，所述固定單元22使得當將所述讀寫器本體21或者所述可穿戴式RFID讀寫器2穿戴在身上的某個部位時，能夠有效地對于RFID標簽進行讀寫操作，并且保證讀寫器本體的讀寫性能不受穿戴部位運動的影響。
[0060]所述讀寫器本體21是所述可穿戴式RFID讀寫器的核心組成部分，其包括:天線單元211、射頻信號處理單元212、處理器213、通信單元214和供電單元215，其中:
[0061]所述天線單元211與所述射頻信號處理單元212連接，主要負責接受所述射頻信號處理單元212的控制發(fā)送與RFID標簽相匹配的頻率信號，對接收到的RFID標簽數據進行調制和解調，并將處理后的RFID標簽數據發(fā)送給射頻信號處理單元212，基于天線單元211，所述可穿戴式RFID讀寫器能夠發(fā)送與需要識別讀取的RFID標簽頻段相匹配的信號，進而讀取RFID標簽中的數據內容。所述天線單元211所使用的天線可以是柔性天線也可以是非柔性天線，只要天線不會因為穿戴而被損壞。在本發(fā)明一實施例中，為了更加適宜穿戴、保護天線，優(yōu)選地，使用柔性天線進行信號的發(fā)送和接收。所述天線單元211所發(fā)射的信號頻段可以為中高頻段也可以為超高頻段，此處可以理解的是，中高頻段的頻率范圍為3MHz?30MHz，超高頻段的頻率范圍為860MHz?960MHz，優(yōu)選地，選擇860MHz?960MHz的超高頻段。
[0062]所述射頻信號處理單元212與天線單元211和處理器213連接，所述射頻信號處理單元212用于對于天線單元213所發(fā)射的頻段信號以及通過天線單元211接收到的RFID標簽數據進行處理，比如通過天線單元213激活RFID標簽、獲取RFID標簽中存儲的信息、向RFID標簽中寫入信息以及對讀寫器一次讀取到的多個RFID標簽進行多信號處理，比如群讀防撞(當有多個RFID標簽均處于可測范圍時，如何對于多個RFID標簽分別進行讀取和處理，以避免干擾)等。在本發(fā)明一實施例中，所述射頻信號處理單元212還包括濾波器，用于在讀寫器一次讀取到多個RFID標簽數據時，對于多個RFID標簽數據進行濾波處理，以獲得高精度和高準確度的RFID標簽數據。
[0063]優(yōu)選地，所述射頻信號處理單元212采用可處理超高頻段信號的芯片處理器。
[0064]本領域技術人員可以了解，RFID標簽是被動的，需要讀卡器對其供電，所述射頻信號處理單元212可以將能量通過天線發(fā)送給RFID標簽，這時RFID標簽會被激活，開始與讀卡器通過天線通信。該通信的基本目標就是獲取RFID標簽上存儲的信息，或者向RFID標簽寫入信息。但具體的獲取過程取決于不同的標準，比如像EPCglobal 2的UHF標準，或者其他標準。
[0065]所述處理器213主要負責對通過射頻信號處理單元212和天線單元211接收到的RFID標簽數據進行處理，對RFID標簽數據按照通信單元214所支持的數據格式要求進行封裝，并向通信單元214發(fā)送傳送數據的命令，從而通過通信單元214將從天線單元211獲得的RFID標簽數據發(fā)送到其它通信設備上。
[0066]所述處理器213具有數據輸入端、數據輸出端、通信輸入端和通信輸出端，其中，數據輸入端與射頻信號處理單元212連接，以通過射頻信號處理單元212和天線單元213接收RFID標簽數據;數據輸出端與通信單元214連接，以將從射頻信號處理單元212和天線單元213獲得的RFID標簽數據進行RFID信號處理，按照通信單元214所支持的數據格式進行封裝，然后向通信單元214下達發(fā)送數據的命令，從而通過通信單元214將從射頻信號處理單元212和天線單元213獲得的RFID標簽數據發(fā)送出去;通信輸入端與通信單元214連接，以接收外部設備發(fā)送的讀取數據或寫入數據的通信信息;通信輸出端與射頻信號處理單元212連接，以通過射頻信號處理單元212使天線單元211根據收到的通信信息發(fā)射一定頻率的信號，從而激活需要讀取的RFID標簽。
[0067]其中，所述處理器213至少包括數據處理芯片和封裝單元，所述數據處理芯片用于對通過射頻信號處理單元212和天線單元211接收到的RFID標簽數據進行處理;所述封裝單元用于將數據處理芯片處理后的RFID標簽數據根據通信單元214所支持的數據格式進行封裝。所述通信單元214與所述處理器213連接，主要負責所述可穿戴式RFID讀寫器與外部設備如PC端或移動設備等進行實時通信，從而將所述處理器213處理過的RFID標簽數據，發(fā)送給外部設備進行進一步的分析處理或應用。
[0068]所述通信單元214至少包括通信芯片，所述通信芯片可以是有線通信芯片也可以是無線通信芯片，所述無線通信芯片可以為遠程無線通信芯片也可以為近場無線通信芯片，所述遠程無線通信芯片可以為以移動通信技術為支持的通信芯片，比如GPRS通信芯片、2G通信芯片、3G通信芯片、4G通信芯片等，或者多個無線通信芯片的組合;所述近場通信芯片可以為藍牙通信芯片、紅外通信芯片、WIFI通信芯片、傳感器通信芯片、信標通信芯片等，或者多個近場通信芯片的組合。需要特別說明的是，上述通信芯片只是示例性的說明，并不用于限制本發(fā)明，任何可實現遠程、近場通信的組件均落入本發(fā)明的保護范圍。在本發(fā)明一實施例中，采用WIFI通信芯片與外部設備進行實時通信和數據傳輸，從而使得后期數據處理設備，比如計算機，可以對于可穿戴式RFID讀寫器獲得的RFID標簽數據內容進行進一步處理和分析。
[0069]所述供電單元215的電源輸出端與所述射頻信號處理單元212、處理器213和通信單元214的電源輸入端連接，以為所述射頻信號處理單元212、處理器213和通信單元214提供電源。
[0070]所述供電單元215可為鋰電池、聚合物電池、蓄電池、太陽能電池或上述電池的組合，在本發(fā)明一實施例中，所述供電單元215為聚合物電池，以減輕所述可穿戴式RFID讀寫器的重量。
[0071]所述固定單元22使用或者主要使用非金屬材料制作，比如塑料、橡膠、紡織材料或以上材料的組合等，事實上，只要固定天線單元211的固定單元22部分或者附近不存在金屬材料就可以。進一步地，所述固定單元22可以由柔性非金屬材料制作也可以由非柔性非金屬材料制作，具體的材料選擇取決于所述可穿戴式RFID讀寫器的穿戴部位，比如所述固定單元22可制作為橡膠腳套，可制作為布質手環(huán)臂環(huán)、柔性項圈、針織手套，甚至還可以制作為可夾在人體某個部位或者衣物上的便攜設備，用戶還可以根據實際應用的需要定制符合人體工學的【具體實施方式】。
[0072]所述固定單元22與讀寫器本體21可通過多種方式連接，比如通過連接件進行物理連接或者直接制作為嵌入式連接，比如所述讀寫器本體21可以通過連接件固定在所述固定單元22的表面或一側，也可以將固定單元22制作成環(huán)狀，將讀寫器本體21嵌入或者分散嵌入到所述固定單元22中，這里分散嵌入的意思是將讀寫器本體21中的各個單元獨立嵌入到固定單元22中，比如將柔性天線單元嵌入至被損壞風險較大的位置，將非柔性的處理器、供電單元和通信單元嵌入至被損壞風險較小的位置，已對其進行保護，當然，即使柔性天線單元不容易被損壞，但其形變會對收發(fā)性能產生不利的影響，因此也可將天線單元與其他單元一并放置在被損壞風險較小的位置上。需要特別說明的是，固定單元22與讀寫器本體21的連接方式只是示例性的說明，并不用于限制本發(fā)明，任何可實現地、合理的連接方式和連接組件均落入本發(fā)明的保護范圍。
[0073]所述姿態(tài)識別裝置為可穿戴式的，其包括多個慣性傳感器，所述多個慣性傳感器放置在目標對象，比如人體的各個關節(jié)處，以獲得相應關節(jié)處的慣性傳感數據，進而得到某一時刻人體的姿態(tài)數據
[0074]其中，所述慣性傳感器為多軸傳感器，比如包括陀螺儀XYZ軸、加速度計XYZ軸和磁力計XYZ軸的九軸傳感器，這樣能夠獲得多維度的慣性傳感數據，從而能夠更準確的確定人體姿態(tài)。
[0075]為了便于安放多個慣性傳感器，在本發(fā)明一實施例中，將所述多個慣性傳感器固定在一可穿戴單元上，所述可穿戴單元能夠覆蓋或者部分覆蓋需要采集慣性傳感數據的關節(jié)，多個慣性傳感器分別固定在相應關節(jié)處的可穿戴單元上，這樣目標對象直接穿上固定有多個慣性傳感器的可穿戴單元即可實現對于多關節(jié)慣性傳輸數據的采集。
[0076]所述可穿戴單元使用或者主要使用非鐵磁材料制作，因為鐵鎳等鐵磁材料會對磁場產生影響，進而影響磁力計的測量，但鋁除外。更優(yōu)地，所述可穿戴單元使用柔性非鐵磁材料制作，比如塑料、橡膠、紡織材料或以上材料的組合等。當然，用戶還可以根據實際應用的需要定制符合人體工學的【具體實施方式】。
[0077]所述處理單元與所述可穿戴式RFID讀寫器和姿態(tài)識別裝置中的多個慣性傳感器連接，主要負責對于所述可穿戴式RFID讀寫器獲得的目標對象位置數據和所述姿態(tài)識別裝置獲得的目標對象姿態(tài)數據進行修正和誤差消除處理，并根據這兩類數據計算得到目標對象在某個時刻的空間位置和在該空間位置處目標對象的姿態(tài)，并將得到的信息發(fā)送給輸出設備。
[0078]所述輸出設備與所述處理單元連接，用于輸出接收到的目標對象的位置數據和姿態(tài)數據。所述輸出設備不僅可以為顯示器、頭戴顯示器、投影儀、電視等電子數據輸出設備，還可以是電影膠片、紙張、媒體媒介等非電子數據輸出設備。在本發(fā)明一實施例中，為了更好的實現人機實時交互，所述輸出設備選擇為顯示器，以將所述目標對象的位置數據和姿態(tài)數據輸入到模擬三維空間中進行實時的顯示。
[0079]根據本發(fā)明的另一方面，還提出一種利用所述人機交互系統(tǒng)進行人機交互的方法，如圖6所示，所述方法包括以下步驟:
[0080]步驟S1:將鋪設在定位空間中的定位裝置中的RFID標簽與定位空間的空間信息建立對應關系；
[0081 ]每個RFID標簽都具有一個唯一的標識信息，該標識信息能夠確保每個RFID標簽在所需定位的空間中具有唯一性，并且，該標識信息與三維空間坐標之間存在一一對應的關系O
[0082]在本發(fā)明一實施例中，可通過安裝在PC端的編輯工具對定位單元中的RFID標簽進行唯一標識信息的編輯，并將該唯一標識信息與該RFID標簽所在定位單元的空間位置信息以及該RFID標簽在該定位單元中的位置信息——對應起來，這樣就可以確定該RFID標簽在定位裝置中對應的唯一空間位置信息。
[0083]步驟S2:可穿戴式RFID讀寫器讀取目標對象所在位置的RFID標簽數據，根據標識信息與三維空間坐標之間的對應關系，獲得所述RFID標簽對應的三維空間坐標信息，進而獲得目標對象的位置數據；
[0084]該步驟中，可穿戴式RFID讀寫器將得到的RFID標簽數據發(fā)送給PC端等外部設備，根據PC端等外部設備設置的標識信息與三維空間坐標之間的對應關系獲得所述RFID標簽對應的三維空間坐標信息。
[0085]所述步驟S2還包括對于所述穿戴式RFID讀寫器同一時刻讀取到的多個RFID標簽數據進行濾波的步驟，以獲得高精度和高準確度的RFID標簽數據，進而得到目標對象的準確空間位置數據。
[0086]其中，所述可穿戴式RFID讀寫器所發(fā)射的信號頻段可以為中高頻段也可以為超高頻段。
[0087]步驟S3:獲取目標對象所穿戴的姿態(tài)識別裝置采集到的慣性傳感數據，并對獲得的慣性傳感數據進行處理，得到目標對象姿態(tài)數據；
[0088]該步驟中，所述對獲得的慣性傳感數據進行的處理至少包括噪聲去除處理，以消除環(huán)境因素對數據的影響。
[0089]步驟S4:對于所述步驟S2獲得的目標對象位置數據和所述步驟S3獲得的目標對象姿態(tài)數據進行處理并輸出。
[0090]該步驟中，對于所述步驟S2獲得的目標對象位置數據和所述步驟S3獲得的目標對象姿態(tài)數據進行修正和誤差消除處理，并根據這兩類數據計算得到高精度的人體空間位置數據和姿態(tài)數據。
[0091]該步驟中，可將目標對象的姿態(tài)數據和位置移動數據輸出給顯示器、頭戴顯示器、投影儀、電視等電子數據輸出設備，還可以輸出給電影膠片、紙張、媒體媒介等非電子數據輸出設備。在本發(fā)明一實施例中，為了更好的實現人機實時交互，將所述目標對象的姿態(tài)數據和位置移動數據輸出給顯示器，以在模擬三維空間中進行虛擬顯示。
[0092]在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S2之后還包括對一預設時間段內可穿戴式RFID讀寫器讀取到的RFID標簽數據進行統(tǒng)計，預測下一時刻目標對象的空間位置信息的步驟，這樣在收到新的目標對象的位置數據并進行顯示時只需進行微調即可，大大增強了人機交互系統(tǒng)的實時性。
[0093]其中，所述預設時間段可以是根據實際應用的需要確定的當前時刻之前的某一個時間段。
[0094]其中，可采用多種方法對于所述RFID標簽信息進行統(tǒng)計，也可采用多種預測模型對于下一時刻目標對象的空間位置信息進行預測，本領域技術人員可根據實際應用需要進行選擇，在此不作贅述和特別限制。
[0095]綜上，本發(fā)明利用射頻識別技術實現定位，利用慣性傳感器實現姿態(tài)識別，根據獲得的位置數據和姿態(tài)數據實現人機交互。當目標對象在定位裝置所形成或覆蓋的空間中進行移動時，根據穿戴在身上的RFID讀寫器讀取到的RFID標簽的內容判斷出目標對象的空間位置，同時根據穿戴在身上的姿態(tài)識別裝置判斷出目標對象此時的姿態(tài)，將準確的空間位置數據和姿態(tài)數據整合到模擬三維空間中進行顯示，即可實現準確的人機實時交互，當然本領域技術人員可以明了，本發(fā)明也可用于非實時人機交互的情況。
[0096]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述人機交互系統(tǒng)包括定位裝置、可穿戴式RFID讀寫器、姿態(tài)識別裝置、處理單元和輸出設備，其中: 所述定位裝置獨立放置或布置在依附物體上，所述定位裝置中布置有一個或多個射頻識別電子(RFID)標簽，所述RFID標簽與空間三維坐標——對應； 所述可穿戴式RFID讀寫器可穿戴式固定在目標對象上，執(zhí)行對于RFID標簽的讀寫操作，獲得目標對象位置數據； 所述姿態(tài)識別裝置可穿戴式固定在目標對象上，獲取目標對象姿態(tài)數據； 所述處理單元與所述可穿戴式RFID讀寫器和姿態(tài)識別裝置連接，用于對于所述目標對象位置數據和目標對象姿態(tài)數據進行處理； 所述輸出設備與所述處理單元連接，用于輸出經所述處理單元處理的目標對象位置數據和目標對象姿態(tài)數據。2.根據權利要求1所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述定位裝置由一個定位單元組成，或者由多個定位單元連接組成，當所述定位裝置由多個定位單元連接組成時，所述定位單元設置有連接件。3.根據權利要求1所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述RFID標簽為中高頻/超高頻RFID標簽。4.根據權利要求1所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述可穿戴式RFID讀寫器包括:讀寫器本體和固定單元，其中: 所述讀寫器本體執(zhí)行對于RFID標簽的讀寫操作； 所述固定單元與所述讀寫器本體連接，以對讀寫器本體進行可穿戴式固定。5.根據權利要求1所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述固定單元與讀寫器本體通過連接件物理連接或者制作為嵌入式連接。6.根據權利要求1所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述讀寫器本體包括:天線單元、射頻信號處理單元、處理器、通信單元和供電單元，其中: 所述天線單元與所述射頻信號處理單元連接； 所述射頻信號處理單元與天線單元和處理器連接； 所述通信單元與所述處理器連接； 所述供電單元的電源輸出端與所述射頻信號處理單元、處理器和通信單元的電源輸入端連接。7.根據權利要求5所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻信號處理單元還包括濾波器;所述處理器包括數據處理芯片和封裝單元。8.根據權利要求5所述的人機交互系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)識別裝置包括多個慣性傳感器，所述多個慣性傳感器固定在一可穿戴單元上。9.一種使用權利要求1所述人機交互系統(tǒng)進行人機交互的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 將鋪設在定位空間中的定位裝置中的RFID標簽與定位空間的空間信息建立一一對應關系; 可穿戴式RFID讀寫器讀取目標對象所在位置的RFID標簽數據，根據標識信息與三維空間坐標之間的對應關系獲得所述RFID標簽對應的三維空間坐標信息，進而獲得目標對象的位置數據； 獲取目標對象所穿戴的姿態(tài)識別裝置采集到的慣性傳感數據，并對獲得的慣性傳感數據進行處理，得到目標對象姿態(tài)數據； 對于獲得的目標對象位置數據和目標對象姿態(tài)數據進行處理并輸出。10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述可穿戴式RFID讀寫器讀取目標對象所在位置的RFID標簽數據的步驟還包括對于所述穿戴式RFID讀寫器同一時刻讀取到的多個RFID標簽數據進行濾波的步驟。
【文檔編號】G06K7/10GK105955510SQ201610281427
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】趙陽, 王銳, 錢學雷
【申請人】趙陽, 王銳, 錢學雷