一种基于柔性压力传感器的游戏交互装置的制作方法

本发明属于电子信息识别领域，涉及一种游戏交互装置及方法，尤其涉及一种基于柔性压力传感器的游戏交互装置及方法。

背景技术：

现有足部参与的游戏交互装置中，有类似跳舞毯的装置，在各踩踏区域设置传感器，足部踩踏到对应的传感器，游戏做出相应的回应，此种交互装置人的动作较少，交互的真实感很低，无法模拟出人体常规运动的动作；还有动作捕捉设备，采用视觉捕捉人体动作，或者在人身上固定传感器进行人体动作捕捉，实现游戏交互，此种交互装置只能实现对人体动作的大概模仿，无法精确定位人体位置与人体足部运动信息，而有足部参与的游戏中，足部的运动再现对增强游戏真实感有很重要的作用。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种基于柔性压力传感器的游戏交互装置及其交互方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于柔性压力传感器的游戏交互装置，包括带边框的底板和依次设置在其上的传感器基板和柔性保护层，所述底板上设置有供电模块、信息处理模块、数据传输模块，所述传感器基板包括阵列分布的压力传感器、铺设在压力传感器阵列上的柔性膜、设置在压力传感器阵列下的数据采集模块。

所述供电模块与信息处理模块、数据传输模块和数据采集模块相连，包括内置电源、快充接口和充电状态指示灯。

所述信息处理模块与数据传输模块、数据采集模块相连，包括信号调理单元、微控制单元和数据存储单元，所述微控制单元为mcu或arm。

所述传感器基板阵列分布的压力传感点阵密度为2点/cm²、4点/cm²或8点/cm²，压力测量范围10-5000kpa。

所述数据传输模块与数据采集模块相连，包括无线数据通讯单元和usb接口。

所述数据采集模块包括信号接收电路、信号放大电路、三轴加速度计和数据采集卡。

所述保护层上设置有工作状态指示灯。

所述供电模块的内置电源为锂电池、镍氢电池或铅酸电池。

所述底板边框上设置有系统总开关。

一种基于柔性压力传感器的游戏动作识别方法，包括以下步骤：

步骤(1)：打开系统总开关，系统初始化后进入待机状态；

步骤(2)：足部进行动作，阵列分布的压力传感器采集人的足底压力区域数据，记录存在压力的点的坐标，并传输给数据采集模块；

步骤(3)：数据采集模块将相关数据进行进行滤波处理后传输至信息处理模块；信息处理模块对数据进行处理、识别和编译，识别左、右脚。.

步骤(4)：根据左、右脚位置、朝向、频率信息，解算步态特征：

步骤(4-1)：足部运动频率对应改变游戏人物运动速度；

步骤(4-2)：足部位置改变对应游戏人物位置改变；

步骤(4-3)：足部朝向对应改变游戏人物方向改变；

步骤(4-4)：足部特殊动作对应游戏人物特殊动作；

步骤(5)：信息处理模块将标准计算机识别指令传输至数据传输模块，通过无线数据单元或usb接口将标准指令传输至计算机，实现人与计算机游戏动作识别输入；

步骤(6)：关闭系统总开关，游戏交互装置关闭。

所述无线数据通讯单元的通讯模式为z-wave、zigbee、蓝牙、wifi或红外。

与现有技术相比，本发明使用柔性压力传感器，提取人体足部精确的运动信息，加入到游戏交互中，提升了游戏体验的真实感。

附图说明

图1是本发明的游戏动作识别流程示意图；

图2是本发明的游戏交互装置结构示意图；

图3是本发明的游戏交互装置左、右侧运动动作识别示意图；

图4是本发明的游戏交互装置左、右转向动作识别示意图；

图5是本发明的游戏交互装置停止动作识别示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作详细说明。

如图2所示，本发明的基于柔性压力传感器的游戏交互装置包括保护层1、传感器基板4和底板6。保护层1为覆盖在传感器基板4上的柔性塑料薄膜，设置有工作状态指示灯2；传感器基板4的压力传感器为基于mems工艺采用压敏导电硅胶和压阻电子浆料定制加工而成，呈阵列分布，点阵密度可调，如2点/cm²、4点/cm²、8点/cm²，测量范围10-5000kpa，压力传感器阵列3上的铺设有柔性膜、压力传感器阵列3下方设置有数据采集模块5；底板6上设置有供电模块11、信息处理模块7、数据传输模块10，边框上设置有系统总开关9。供电模块11与信息处理模块7、数据传输模块10和数据采集模块5相连，包括锂电池、镍氢电池或铅酸电池内置电源、快充接口12和充电状态指示灯；信息处理模块7与数据传输模块10、数据采集模块5相连，包括信号调理单元、微控制单元和数据存储单元，所述微控制单元为mcu或arm；数据传输模块10与数据采集模块5相连，包括无线数据通讯单元和usb接口8；数据采集模块5包括信号接收电路、信号放大电路、三轴加速度计和数据采集卡，信号接收电路为电桥电路，可以提高传感器精度和信号稳定性，信号放大电路采用运算放大器。

如图1所示，本发明的基于柔性压力传感器的游戏动作识别方法，其工作步骤为：打开系统总开关，系统初始化后进入待机状态；足部进行动作，阵列分布的压力传感器采集人的足底压力区域数据，记录存在压力的点的坐标，并传输给数据采集模块；数据采集模块将相关数据进行进行滤波处理后传输至信息处理模块，信息处理模块对数据进行k-means聚类分析，分出两个类别，分别为左、右脚压力区域，根据左、右脚压力点集的变化，计算出左、右脚的位置、朝向和运动频率的变化判别动作；将判别动作对应封装成游戏人物运动速度、相对位置、相对方向和特殊动作共4种标准计算机识别指令并进行存储；信息处理模块将标准计算机识别指令传输至数据传输模块，通过无线数据单元或usb接口将标准指令传输至计算机，实现人与计算机游戏动作识别输入。

如图3所示，脚印2的位置代表游戏任务处于道路中间，步态频率对应游戏任务的运动速度，游戏中操作者可以靠左、靠右踏步，操作者在踏步或跳动时，整体步态移到原始位置左侧或者右侧，对应游戏人物靠左、靠右运动；如图4所示，操作者由脚印2状态跳跃至脚印4的位置，然后回到脚印2状态，对应游戏人物左转，操作者由脚印2状态跳跃至脚印5的位置，然后回到脚印2状态，对应游戏人物右转；如图5所示，操作者由脚印2状态跳至脚印6状态，对应游戏任务停下脚步。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理想得到的变换和改型，也应视为被涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种基于柔性压力传感器的游戏交互装置，包括带边框的底板和依次设置在其上的传感器基板和柔性保护层，所述底板上设置有供电模块、信息处理模块、数据传输模块，所述传感器基板包括阵列分布的压力传感器、铺设在压力传感器阵列上的柔性膜、设置在压力传感器阵列下的数据采集模块。本发明利用游戏动作识别技术，在计算机输入设备中加入足部的交互，能有效提升工作效率，对于上肢行动不便的人来说，能让这些人通过下肢实现与计算机的交互，有效提升了足部动作输入计算机交互识别的精准程度。

技术研发人员：杨先军;姚志明;许胜强;武飞;宋全军;唐正;王辉;李红军;王涛;周旭
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2017.07.06
技术公布日：2017.11.07