用於人機接口的基於肌電圖的可佩戴控制器的製作方法

2023-05-22 07:10:31 3

專利名稱：用於人機接口的基於肌電圖的可佩戴控制器的製作方法
技術領域：
一種「基於肌電圖的可佩戴控制器」提供一種由用戶佩戴或以其它方式附連於用戶的物理設備，該物理設備使用表面肌電圖(sEMG)傳感器直接傳感並解碼由人類肌肉活動產生的電信號。所產生的電信號提供肌肉-計算機接口以用於對與一計算設備耦合的一個或更多個計算設備或其他設備進行控制或交互。相關技術一般而言，如本領域技術人員所公知的，肌電圖(EMG)按照地電極和傳感器電極之間的電位測量肌肉收縮過程中肌肉的電活動。EMG能夠直接測量肌肉內的信號(侵入式 EMG)或測量肌肉上方的皮膚上的信號(表面EMG)。侵入式EMG在傳感肌肉活動時非常準確，但是通常被認為對於人機互動應用來說是不切實際的，因為它需要將針電極穿過皮膚直接插入肌肉纖維中。相反，表面EMG儘管不那麼精確，但是只需要將傳導性傳感器放在皮膚表面上。表面EMG在根本上比侵入式EMG 噪聲更大，因為運動單元動作電位(MUAP)在能夠被表面上的傳感器捕獲之前必須穿過身體組織，如脂肪和皮膚。由於檢測這些信號所需的EMG傳感器的高靈敏度，它們通常還檢測到其它電學現象，比如來自其它肌肉的活動、皮膚在肌肉上的移動以及環境噪聲等。EMG信號是隨時間變化的電位或電壓。原始信號是振蕩波，其振幅在肌肉活動過程中變大。此信號的大部分功率包含於5Hz到250Hz頻率範圍內。為診斷肌肉活動而對原始 EMG信號計算出的典型統計量是所測量的電位的窗口化均方根(RMS)振幅。EMG信號的此 RMS測量值已典型地被用於診斷目的，比如在手術之後的康復過程中評估肌肉功能，或用於測量肌肉活動以評價步態(gait)。RMS振幅是對在給定時間點上肌肉多麼活躍的粗略度量。因此，因為大部分基於EMG的應用起源於並應用於醫療和/或臨床環境，通常對EMG測量設備的準備和設置以及對EMG信號的測量和處理進行某些設想。例如，因為獲得最佳可能信號的醫療應用價值很高，通常察覺不到以損失信號準確度為代價減少準備和設置的代價的需要。具體說來，在臨床環境中設置EMG設備時，通常首先用砂紙清潔皮膚以除去死皮細胞。然後通常由專家仔細地放置EMG傳感器，該專家能夠定位肌腹的精確位置並找到最佳放置。此外，在一些情況下，然後通過該傳感器施加電流以測試傳感器放置準確度。例如，如果電極被放置在預期要控制某一手指的肌肉上並通過 EMG傳感器中的該電極向該肌肉施加電流，那麼那個預期的手指會抽動，如果沒有抽動，則將傳感器重新定位到正確的位置上。此外，因為EMG傳感器通常是在臨床環境中仔細放置的，所以它們通常被當作靜態的(即，直接映射到感興趣的特定肌肉)。因此，在這些情形中，臨床醫生通常對用戶/病人施加許多的約束。例如，可能不允許用戶/病人以某些方式移動他們的身體(例如，轉動手臂，因為這會使表面傳感器遠離感興趣的肌肉)。人機接口(HCI)主要是通過監測對諸如滑鼠、鍵盤、筆、撥盤、觸敏表面等之類的設備的直接操縱而實現的。然而，隨著計算和數字信息變得融入於日常環境，出現了用手直接操縱輸入設備不方便或困難的情況。例如，試圖查詢車輛導航系統的司機可能會發現如果能夠在不將他或她的手離開方向盤的情況下做到這一點就好了。此外，開會的人可能希望不唐突甚至隱秘地與計算裝置交互。不幸的是，上面針對傳統EMG傳感器和信號測量的設置和使用所描述的一般設想往往使得傳統EMG系統的使用和設置對於允許用戶對計算系統、應用和附屬設備進行控制和交互的典型HCI目的來說是不切實際的。概述提供本概述以便以簡化形式介紹一些概念，這些概念將在以下的詳細描述中進一步描述。本概述並不旨在標識所要求保護的主題的關鍵特徵或必要特徵，也不旨在用於幫助確定所要求保護的主題的範圍。本文所述的「基於肌電圖的可佩戴控制器」提供了以各種形狀因子實現的一個或多個硬體設備，該硬體設備由用戶佩戴或臨時附連於用戶的身體。與相關的初始化和配置軟體以及用戶接口技術相結合，該基於肌電圖的可佩戴控制器提供一種人機接口(HCI)設備，該人機接口設備允許用戶在初始自動化自校準和位置定位過程之後通過由用戶肌肉的移動產生的電信號對計算系統和附屬設備進行控制和交互。換句話說，該基於肌電圖的可佩戴控制器提供了一種用戶可佩戴的肌肉-計算機接口(muCI)。一般而言，該基於肌電圖的可佩戴控制器包括一個或更多個集成肌電圖(EMG) 傳感器節點。該基於肌電圖的可佩戴控制器內的EMG傳感器節點測量肌肉電活動以在肌肉-計算機交互應用中使用。然而，與傳統的肌電圖(EMG)測量系統不同，本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器只需要在用戶身體上的大致的位置放置。事實上，通過包括比預期中測量肌肉電活動所必需的更多的EMG傳感器，使該基於肌電圖的可佩戴控制器的此大致放置成為可能。然後使用自動化的位置定位過程自動標識並選擇傳感器節點中在合適位置的一些或全部傳感器節點的子集以採集對應於特定用戶姿勢或移動的肌肉電信號。更具體地說，因為該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例包括多餘的EMG傳感器，該初始位置定位過程允許整個系統自我選擇該基於肌電圖的可佩戴控制器內的一個或更多個合適的傳感器節點的集合，以捕獲合適的肌肉電信號以對計算系統和附屬設備進行控制和交互。如上所述，該基於肌電圖的可佩戴控制器可以以各種形式實現，包括可佩戴的設備或服裝物品。例如，該基於肌電圖的可佩戴控制器可以實現為臂帶、手錶、眼鏡(具有集成入鏡框的傳感器)、襯衫、手套或用戶佩戴的其它服裝物品，或用戶佩戴的任何其它物理設備或設備集合。此外，還應該理解，用戶能夠佩戴多個基於肌電圖的可佩戴控制器，其中每個這樣的基於肌電圖的可佩戴控制器用於與相同或不同的計算設備或應用交互。鑑於以上概述，很清楚，本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器提供了一種用於在用於自我選擇合適的EMG傳感器節點的集合以捕獲與特定用戶姿勢或運動相關聯的電活動的初始位置定位過程之後，測量用戶肌肉電活動以對一個或更多個計算設備進行交互和控制的獨特設備。除了剛才所描述的好處之外，從結合附圖所考慮的以下詳細描述中將清楚該基於肌電圖的可佩戴控制器的其它優點。


參考以下描述、所附權利要求書以及附圖，將更好地理解所要求保護的主題的具體特徵、方面和優點，附圖中圖1提供示出如本文所述的用於實現基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的程序模塊的示例性架構流程圖。圖2提供如本文所述的以臂帶形式實現的基於肌電圖的可佩戴控制器的無線實施例的示例。圖3示出如本文所述的用於實現基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的，耦合於用戶身體的各部位的各個基於EMG的傳感器節點。圖4示出如本文所述的用於實現基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的各個基於EMG的傳感器節點的總體功能單元的示例性框圖。圖5示出如本文所述的用於實現基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的，作為基於EMG的傳感器節點的組件的示例性電刺激電路。圖6示出如本文所述的用於實現基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的，由圖 5的電刺激電路產生的示例性電刺激波形。圖7示出如本文所述的針對傳感器節點的基於射頻(RF)的位置定位的使用，將傳感器節點放置在用戶身體上的不同相對位置的影響。圖8示出如本文所述的用於提供傳感器節點的位置定位的聲音源的使用。圖9示出如本文所述的用於實現基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的具有各種類型的中樞和/或計算設備的無線的基於EMG的傳感器節點的使用。圖10是示出如本文所述的具有用於與基於肌電圖的可佩戴控制器交互的簡化計算和I/O能力的簡化通用計算設備的總體系統圖。實施例的詳細描述在對所要求保護的主題的各實施例的以下描述中，對附圖進行了參考，附圖構成了實施例的一部分，並且在附圖中通過說明的方式示出了裡面可以實施所要求保護的主題的各具體實施例。應當理解，在不偏離當前要求保護的主題的範圍的情況下，可以使用其他實施例並且可以作出結構上的改變。1. 0 介紹一般而言，如本文所述的「基於肌電圖的可佩戴控制器」提供用於測量用戶肌肉電活動以對一個或更多個計算設備進行交互和控制的各種技術。更具體地說，該基於肌電圖的可佩戴控制器提供了一種可佩戴設備，該可佩戴設備具有用於檢測用戶的肌肉生成的電信號的肌電圖(EMG)傳感器節點的集合，以對通用計算設備、在這些計算設備上運行的應用、個人音樂播放器、耦合於計算設備的物理設備(比如，全景-傾斜-縮放相機、家庭自動化系統、音樂樂器等)、遊戲控制臺、電視機或其它多媒體設備、諸如在計算環境中實現的虛擬鋼琴或虛擬吉他之類的虛擬設備等進行交互和/或控制。類似地，該基於肌電圖的可佩戴控制器可用於通過如下方式提供對諸如假手、假臂、假腿等之類的機電假肢設備的控制 執行特定運動或姿勢，而這些運動或姿勢又使得用戶的特定肌肉產生電信號，然後電信號被用於激活該機電假肢設備中的一個或更多個預確定的動作。該基於肌電圖的可佩戴控制器是以各種形狀因子實現的，包括個體傳感器節點 (有線的或無線的)的集合、包括多個傳感器節點的可佩戴設備或包括多個傳感器節點的服裝物品。例如，在各實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器被實現為臂帶、手錶、眼鏡、 用戶佩戴的服裝物品(比如襯衫、手套、鞋、褲子、頭帶等)或由用戶佩戴的、對用戶來說與用戶皮膚表面充分接觸以測量用戶的一個或更多個肌肉的電活動的任何其它物理設備或設備集合。此外，還應該理解，用戶能夠佩戴多個基於肌電圖的可佩戴控制器，其中每個這樣的基於肌電圖的可佩戴控制器用於與相同或不同的計算設備、應用或其它附屬設備交互。例如，在一個實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器的EMG傳感器節點被放入繞用戶前臂佩戴的簡單帶子中以傳感與特定的手指和手部姿勢相關聯的肌肉活動(此實施例的示例參見圖2的討論)。在2008年6月沈日提交的、分配的序列號為12/146，471、 題為「RECOGNIZING GESTURES FROM FOREARM EMG SIGNALS (從前臂 EMG信號識別姿勢)，，的共同待決的美國專利申請中描述了此實施例的一個示例，其主題通過引用而併入本文。此共同待決的專利申請大體描述了用於學習對應於特定用戶姿勢或運動的肌肉電信號，以用於允許該基於肌電圖的可佩戴控制器能夠提供期望的人機接口(HCI)的初始過程，該人機接口在本文中也稱為肌肉-計算機接口(muCI)。與傳統的肌電圖(EMG)測量系統不同，本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器只需要在用戶身體上的大致的位置放置。事實上，該基於肌電圖的可佩戴控制器的這種大致放置通過如下方式而成為可能包括比預期中測量肌肉電活動所需的數量更多的EMG傳感器，其中在初始位置定位過程中執行自動化的傳感器選擇。因此，該初始位置定位過程允許整個系統能夠自我選擇該基於肌電圖的可佩戴控制器內的一個或更多個合適的傳感器的集合以捕獲合適的肌肉電信號，以對計算系統和附屬設備進行控制與交互。注意，在各實施例中，周期性地或以按需的方式重複該自動化的位置定位過程，以防該基於肌電圖的可佩戴控制器在使用過程中相對於一個或更多個特定肌肉移動。此外，在各實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器內的未選擇的EMG傳感器被自動關閉以節省電力。此實施例在該基於肌電圖的可佩戴控制器的無線實現中尤其有用， 其中，板載電池(可替換的或可充電的)、燃料電池、光伏電池等用於為所選擇的EMG傳感器節點和相關電路供電。還應注意，在該基於肌電圖的可佩戴控制器的無線實現中，該基於肌電圖的可佩戴控制器和一個或更多個計算系統之間的通信是通過常規無線通信協議完成的，比如射頻(RF)通信、基於紅外(IR)的通信、藍牙、Zigbee等。在此情況下，該基於肌電圖的可佩戴控制器包括一個或更多個無線發射機並任選地包括一個或更多個接收機，以與一個或更多個計算設備直接接口，或與充當用於將該基於肌電圖的可佩戴控制器與一個或更多個計算設備接口的中介的一個或更多個「中樞」(hub)接口。應該理解，該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例是諸如通過包括集成USB線纜等以有線實施例實現的，該集成USB線纜等既為EMG傳感器節點提供必要的電力，又在該基於肌電圖的可佩戴控制器和一個或更多個計算設備之間提供通信路徑。與無線情況中一樣，在有線實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器或者與計算設備直接通信，或者通過中介中樞與那些計算設備通信。另外，在給出了上面描述的該基於肌電圖的可佩戴控制器的各種有線和無線實施例的情況下，應當理解，使用有線和無線兩種配置的各種元件的混合實施例是被允許的。例如，在一個實施例中，電力線纜提供操作電力，而無線通信是通過集成入或耦合於該基於肌電圖的可佩戴控制器的一個或更多個發射機/接收機來被啟用的。例如，在這些類型的混合實施例中，電力線纜(例如，連接於變壓器或其它電源的電力線纜，或連接於計算設備或變壓器的USB電力線纜等)向該基於肌電圖的可佩戴控制器提供操作電力，而該無線發射機/接收機提供該基於肌電圖的可佩戴控制器與一個或更多個計算設備或該基於肌電圖的可佩戴控制器的無線範圍內的中介中樞之間的通信。該基於肌電圖的可佩戴控制器提供的某些優點是該基於肌電圖的可佩戴控制器使得能在用戶的部位上有很少或沒有準備或設置的情況下對計算設備、應用和附屬設備進行基於肌肉電信號的HCI或muCI型控制。事實上，在最簡單的實施例中，用戶簡單地將該基於肌電圖的可佩戴控制器大致放置在近似位置上(例如，前臂、手腕、腿部、胸部、肩部、 背部等)，這需要很少或不需要對具體的傳感器節點放置的專業知識或關注。此外，該基於肌電圖的可佩戴控制器的自動化的位置定位允許用戶能夠如他們沒有佩戴該設備的情況那樣自由移動。另外，對多個EMG傳感器節點與一個或更多個基於肌電圖的可佩戴控制器結合使用還允許與該基於肌電圖的可佩戴控制器相關聯的各種應用能夠檢測肌肉應變並向用戶提供人體工程學反饋。因此，在各實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器可用於訓練用戶執行若干組複雜的具體的肌肉活動，比如演奏樂器或運動所需的肌肉活動，或用於通過響應於該用戶的特定運動或姿勢而向用戶提供即時的觸覺、聽覺或視覺反饋來操作特定設備。鑑於上面概述的能力，並進一步鑑於後面的詳細描述，應當理解，該基於肌電圖的可佩戴控制器為用戶提供了可用於控制具有用於接收來自有線或無線控制器的輸入的合適基礎結構或接口的任何計算設備、計算設備上運行的應用、耦合於計算設備的電子或機械設備或任何其它電子設備(電視、收音機、電器、電燈開關等)的「通用」輸入機制。還應注意，對諸如基於肌電圖的可佩戴控制器之類的可位於用戶衣服下(如果需要)的小型可佩戴設備的使用提供不唐突的機制(即，用戶在使用基於肌電圖的可佩戴控制器來提供對一個或更多個設備的主動控制的同時可使用她的手來執行其它任務)。此外，還應領會，該基於肌電圖的可佩戴控制器所提供的控制和接口能力在以下意義上是潛在地不可見的佩戴一個或更多個這樣的控制器的用戶能與各種設備遠程交互而其它任何人卻不能看到或聽到該用戶的任何明顯的、表明該用戶正與這樣的設備交互的動作。1. 1系統概覽如上所述，該「基於肌電圖的可佩戴控制器」提供了一種用於在用於自我選擇合適的EMG傳感器節點的集合以捕獲與特定用戶姿勢或運動相關聯的電活動的自動化位置定位過程之後，測量用戶肌肉電活動以對一個或更多個計算設備進行交互和控制的獨特設備。以上概述的過程由圖1的總體系統圖示出。具體而言，圖1的系統圖示出了用於實現如本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的功能模塊之間的相互關係。此外，儘管圖1的系統圖示出基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的高層次視圖，然而圖1不旨在提供貫穿本文全文描述的基於肌電圖的可佩戴控制器的每一可能實施例的窮盡或完整圖示。此外，應當注意，圖1中由斷線或虛線所表示的任何框和各框之間的互連表示本文中所描述的基於肌電圖的可佩戴控制器的替代實施例，並且如下面描述的這些替代實施例中的任一個或全部可以與貫穿本文所描述的其他實施例結合使用。
大體上，如圖1所示，基於肌電圖的可佩戴控制器通過首先將該基於肌電圖的可佩戴控制器的傳感器節點施加100或以其它方式附連到用戶的皮膚上的一個或更多個位置來操作。如同在第2. 2節中更詳細地描述的，傳感器節點或者是作為個體傳感器節點被提供的，或者是作為集成在可佩戴物品或設備(如臂帶、手錶、服裝物品等)的傳感器節點集合或傳感器節點組而被提供的。在各實施例中，一旦用戶已初始附連了基於肌電圖的可佩戴控制器，自校準模塊 105與訓練模塊110協同操作以將特定肌肉所產生的電信號(或電信號的特定序列)與用戶的具體姿勢或運動相關聯。在一些實施例中，用戶姿勢模塊115通過如下方式與訓練模塊110協同工作引導用戶執行具體姿勢或運動以協助訓練模塊110和自校準模塊學習與該用戶的具體姿勢或運動對應的、由肌肉產生的電信號或由肌肉產生的電信號的序列。此外，在各實施例中，用戶反饋模塊120操作以引導用戶重新定位或旋轉該基於肌電圖的可佩戴控制器以更好地定位一個或更多個傳感器節點以捕獲特定的肌肉電信號。注意，在本文中僅大致描述此初始自校準和訓練過程，因為這些過程的具體細節是前面提到的序列號為12/146,471的共同待決美國專利申請的主題，其主題通過被引用而結合於此。然而，應該理解，在各實施例中，周期性地或者以按需的方式(自動地或者響應於具體用戶指示以重複該校準)重複該初始校準和訓練以說明使用過程中由於傳感器節點中的一個或更多個的移動而導致的所測量的肌肉電活動的改變。參見第2. 3節中對該初始自校準過程的附加討論。一旦該初始自校準過程已完成，位置定位模塊125操作以確定每個傳感器節點在身體上的近似位置，以及傳感器節點中的一個或更多個傳感器節點相對於該傳感器節點中的其它的一個或更多個傳感器節點的相對位置。此外，在該位置定位過程中，在各實施例中，前面提到的用戶反饋模塊120可再次操作以引導用戶重新定位或旋轉該基於肌電圖的可佩戴控制器以更好地定位傳感器節點中的一個或更多個傳感器節點以捕獲特定的肌肉電信號。注意，在第2. 4節中更加詳細地描述了該基於肌電圖的可佩戴控制器的自動化位置定位。在該位置定位過程之後，該基於肌電圖的可佩戴控制器準備好使用以捕獲用戶肌肉所生成的電信號然後使用那些電信號以形成肌肉-計算機接口的基礎。然而，在各實施例中，實現該基於肌電圖的可佩戴控制器的附加特徵以改進該基於肌電圖的可佩戴控制器的整體效率和效用。例如，在一個實施例中，復用模塊130用於確定哪些傳感器節點應被用於捕獲特定肌肉的、由肌肉產生的電信號。注意，復用模塊130還可與用戶反饋模塊120協同工作以協助用戶正確地定位該基於肌電圖的可佩戴控制器。參見第2. 5節對傳感器節點復用的附加討論。在相關實施例中，電力控制模塊135用於斷電或禁用沒有正被使用的一個或更多個傳感器節點(根據復用模塊130做出的確定)。這種實施例對於使用必需周期性地充電或更換的板載電源的基於肌電圖的可佩戴控制器的無線實施例尤其有用。在任一情況下，然後信號捕獲模塊140接收由該基於肌電圖的可佩戴控制器的每一活動的傳感器節點所捕獲的由肌肉生成的電信號。然後這些電信號由與計算設備或充當該基於肌電圖的可佩戴控制器和一個或更多個計算設備之間的中介的「中樞」接口的控制模塊145解釋(根據前面所述的自校準和訓練過程)。然後控制模塊145提供用於對一個
9或更多個計算設備150和/或155或耦合於或以其它方式由這些計算設備控制的設備進行交互和控制的HCI (或muCI)。注意，一旦解釋了由肌肉生成的電信號，控制模塊145像諸如鍵盤、滑鼠等之類的任何其它HCI設備一樣操作，以與各種計算設備接口。最後，因為該基於肌電圖的可佩戴控制器根據由肌肉生成的電信號操作，所以在各實施例中，使用控制反饋模塊160向用戶提供反饋以使用戶知道某一命令已被用戶輸入或執行。例如，在鍵盤的情況下，用戶會知道她何時按了某一鍵。類似地，在滑鼠的情況下， 用戶會知道他何時點擊了一個滑鼠鍵或使用滑鼠在顯示設備上移動了光標。然而，在基於肌電圖的可佩戴控制器的情況下，命令已被用戶成功輸入或執行對用戶來說可能不會立即明確。因此在各實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器的控制反饋模塊160操作以向用戶提供觸覺、視覺或聽覺反饋以通知用戶已響應於因該用戶的姿勢或運動而導致的由肌肉生成的電信號而成功輸入或執行了命令。觸覺反饋的示例包括該基於肌電圖的可佩戴控制器中的振動設備(圖1中未示出)，該振動設備向用戶提供已成功輸入或執行了命令的觸覺指示。類似地，該基於肌電圖的可佩戴控制器的傳感器節點中的一個或更多個可被用於向用戶的皮膚施加電刺激，從而使得一個或更多個肌肉作出反應。在視覺反饋的情況下，示例包括將一個或更多個燈集成入該基於肌電圖的可佩戴控制器。在此情況下，燈(例如圍繞該基於肌電圖的可佩戴控制器的臂帶實現的外部的LED 燈環)將點亮，或者一次全部都點亮，或者以某種預定的序列或模式點亮，以通知用戶已成功輸入或執行了某一命令。類似地，耦合於該基於肌電圖的可佩戴控制器的顯示設備(例如小型OLED顯示器等)或者耦合於由該基於肌電圖的可佩戴控制器控制的計算設備的顯示設備也可向用戶提供視覺反饋。例如，在該基於肌電圖的可佩戴控制器正被用於移動光標並選擇屏幕上的一個或更多個元素的情況下，只因為用戶在使用該基於肌電圖的可佩戴控制器以用於HCI目的的時候會正在看著該光標並指示對特定元素的選擇，所以該用戶會有即時視覺反饋。最後，聽覺反饋的示例包括在已成功輸入或執行命令時播放音調、聲音剪輯、音樂、語音或其它音頻輸出。還應注意，觸覺、視覺和/或聽覺反饋還可用於提供負面反饋以指示沒有響應於該用戶的某一姿勢或運動而成功執行了命令。2. 0基於肌電圖的可佩戴控制器的操作上面描述的功能模塊和組件用於實現該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例。 如同上面概述的，該基於肌電圖的可佩戴控制器提供了一種用於在用於自我選擇一組合適的EMG傳感器節點以捕獲與特定用戶姿勢或運動相關的電活動的初始位置定位過程之後， 測量用戶肌肉電活動以對一個或更多個計算設備進行交互與控制的獨特設備。以下各節提供對該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的操作的詳細討論，以及對用於實現在第1節中針對圖1描述的功能模塊和組件的示例性方法的詳細討論。具體而言，以下各節提供該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的示例和操作細節，包括使用EMG傳感器傳感肌肉電活動；具有EMG傳感器節點的可佩戴設備；初始自校準；EMG電極和/或傳感器節點的位置定位；用於確定要啟用或禁用哪些個體傳感器或傳感器節點的板載復用；有關EMG傳感器和/或傳感器節點的放置和設置的自動化反饋；觸覺反饋機制；確定何時參與或脫離使用該基於肌電圖的可佩戴控制器的主動控制；以及附加的實施例和考量。2. 1用EMG傳感肌肉電活動一般而言，人類骨架肌肉由被筋附連到骨頭的肌肉纖維構成。這些肌肉收縮以產生骨架移動。為了收縮肌肉，大腦通過神經系統向運動神經元發送電信號。然後這些運動神經元向相鄰的肌肉纖維傳送被稱為動作電位(action potential)的電脈衝，導致肌肉纖維收縮。運動神經元和附連的肌肉纖維的組合被稱為運動單元。每個肌肉由許多運動單元構成。在肌肉收縮過程中，肌肉的各運動單元的某個子集被激活。收縮過程中運動單元內所有電活動的總和被通稱為運動單元動作電位(MUAP)。通常用肌電圖(EMG)測量肌肉收縮過程中身體產生的MUAP或電信號。EMG傳感器能測量來自皮膚表面的肌肉電信號。儘管很容易施用，然而因為肌肉電信號在能夠在皮膚表面處被捕獲之前必需穿過諸如脂肪和皮膚之類的身體組織，所以表面EMG傳感器可能產生某種程度有噪聲的信號。由於檢測這些信號所需的EMG傳感器的靈敏度，它們通常還檢測其它的電現象，比如來自其它肌肉的活動、皮膚在肌肉上的移動以及環境現象。如本文中詳細描述的，該基於肌電圖的可佩戴控制器提供了用於捕獲由肌肉移動產生的電信號並使用那些信號來提供基於肌肉電信號的HCI的各種技術。2. 2具有EMG傳感器節點的可佩戴設備如同上面討論的，該基於肌電圖的可佩戴控制器可以多種形狀因子實現。例如，在一個實施例中，如圖2中所示，該基於肌電圖的可佩戴控制器被實現為佩戴在用戶前臂210 上的可佩戴臂帶200。一般而言，臂帶200具有圍繞該臂帶的外周的多個EMG傳感器節點 (215,220,225,230,235和M0)。一般而言，當被實現為臂帶200等時，該基於肌電圖的可佩戴控制器將具有彈性一致性，從而使得在佩戴臂帶200時該臂帶內所包含的EMG傳感器 (215、220、225、230、235和240)與前臂210的皮膚牢固接觸。在圖2所示的基於肌電圖的可佩戴控制器的示例中，使用有線或無線接口(未示出)與處理由傳感器Ο15、220、225、230、235和M0)生成的信號的計算設備通信。可以使用任何傳統的通信手段，RF、IR、有線連接等。注意，由於前面提到的為了將該基於肌電圖的可佩戴控制器準備好使用而執行的自校準和位置定位過程，沒有將EMG傳感器節點(215、 220、225、230、235和240)均勻間隔開的要求。事實上，這些自校準和位置定位過程允許該基於肌電圖的可佩戴控制器(比如臂帶200)在一定程度上隨意地放在手臂210上。例如，如同圖2中所示的具有虛線的雙向箭頭045和250)所指示的，通過使臂帶200在前臂上上下移動或旋轉該臂帶以將傳感器節點中的一個或更多個定位在特定位置上，該臂帶200可以各種定向和位置放在前臂上。一旦已放置了該臂帶，當前臂中的肌肉收縮時，EMG傳感器節點(215、220、225、 230、235和M0)將檢測到相應的電活動並傳送信號。臂帶200可傳送原始信號，或者臂帶 200也可具有處理器以執行一些初步的信號處理，例如整流、降噪、濾波等。在又一實施例中，可向臂帶200提供足夠的處理器和存儲能力以執行下面所述的計算任務，在這種情況下，臂帶100識別特定的用戶姿勢或運動並傳送指示對應於那些運動的姿勢的特定動作將被執行的信號。
也可以使用其它的可佩戴設備配置。例如，該基於肌電圖的可佩戴控制器可被實現為臂帶(如圖2所示)、手錶、用戶佩戴的服裝物品，如貼身襯衫，或由用戶佩戴的足以確保一組或多組傳感器節點與用戶皮膚上的近似位置接觸的任何其它物理設備或設備集合。還應注意，本文描述的技術還可與一組或更多組個體EMG傳感器節點一起使用， 從而使得可佩戴設備不是必需的。在此情況下，個體EMG傳感器節點可被放在用戶身體上的各種位置上，而不必考慮肌腹的精確位置。圖3中示出了這樣的實施例的一般示例，其中顯示了分別放置在用戶身體的各個部位(包括用戶的手臂310、腿部330、胸部350和頭部 370)上的各種位置上的個體傳感器節點的組300、320、340或360。注意，一般而言，個體傳感器在它們能與一個或更多個計算設備或「中樞」(如下面更詳細地討論的)無線(RFJR等)通信的意義上是無線的，或者它們是有線的從而它們耦合於計算設備或中樞以提供期望的HCI。類似地，在多個傳感器被集成入諸如臂帶、手錶或服裝物品之類的可佩戴設備的情況下，例如，那些傳感器可耦合於包含於或耦合於該可佩戴設備的一個或更多個無線發射機，從而使得在該基於肌電圖的可佩戴控制器根據由用戶的肌肉生成的電信號向用戶提供無線HCI能力的意義上，整體上該基於肌電圖的可佩戴控制器是無線的。然而，在各實施例中，與個體傳感器節點(比如圖3中所示出的那些)一樣，包括在設備(比如上面針對圖2描述的臂帶)中的個體傳感器節點中的每一個可包括其自身的無線通信能力。另外，在多個傳感器被集成入可佩戴設備的情況下，在各實施例中，該可佩戴設備包括比個體EMG傳感器更少的放大器。出於若干原因，這樣的實施例是有用的。例如，如同第2. 5節中更詳細地討論的，在各實施例中使用板載復用來確定哪些傳感器節點要被使用，以及哪些要被忽略。在此情況下，活動的傳感器節點(即，被確定為對於捕獲特定肌肉生成的電信號有用的節點)被分配到可用的放大器中的一個(例如，使用數字或模擬復用或切換)。此實施例的進一步的優點包括包括集成的EMG傳感器節點的基於肌電圖的可佩戴控制器的實施例在尺寸和成本兩方面上的減小，因為傳統放大器通常比EMG傳感器的電極更大且更昂貴。因而，通過將EMG傳感器電極的子集復用到可用的放大器以提供對特定肌肉的可接受的覆蓋，可以將很大數量的EMG電極與相對較少的放大器結合使用。2. 2. 1示例EMG傳感器和傳感器節點如上所述，EMG傳感器節點可以是有線的或無線的，且可以實現為有放大器的，或者在復用的情況下可實現為無放大器的。圖4提供了用於實現該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例的傳感器節點的示例性框圖。例如，如圖4所示，在各實施例中，每個傳感器節點含有旨在與用戶皮膚接觸的兩對生物接觸電極(在本文中也被稱為「探針」)，例如電極對405和410，和電極對415和 420。注意，儘管每個傳感器節點可以只包括單一電極對，然而已經觀察到在每個傳感器節點中使用兩個(或更多個)電極對有助於確定合適的放置和從EMG電極(或探針)的數據採集，如同在第2. 4. 1節中更詳細地討論的。每對電極005/410和415/420)連接於放大器425或430 (或者直接連接，或者通過在第2. 5節中描述的復用連接)。每對電極005/410和415/420)所採集的電信號因此被放大並通過可任選的低通濾波器435、440被可任選地低通濾波。一般而言，低通濾波器 435和440的目的是消除或衰減由電極對005/410和415/420)捕獲的高頻噪聲。
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然後所捕獲的電信號(無論是否被濾波)被傳遞到板載A/D轉換器445，該板載 A/D轉換器445從放大後的肌肉電信號生成數位訊號。數位訊號處理(DSP)模塊450評估該數位訊號並向計算設備或中樞(未示出)發送相應的信號或命令。注意，從DSP模塊接收的信號或命令的傳送是有線或無線的。在無線傳送的情況下，無線通信模塊455與該傳感器節點集成或耦合，與小型天線460結合以提供必需的無線通信。在有線傳送的情況下， 直接有線通信模塊465與該傳感器節點集成或耦合，與數據線纜470結合以在該傳感器節點和該計算設備或中樞之間提供必需的通信路徑。在各實施例中，傳感器節點中的一個或更多個還包括集成話筒475。如同在第 2. 4. 3節中詳細討論的，在各實施例中，使用基於聲音的位置定位來協助確定各傳感器節點在附連於用戶皮膚表面後的近似和相對位置。一般而言，使用上面描述的無線或有線通信將話筒捕獲的聲音信號傳遞至A/D轉換器445並最終傳送至該計算設備或中樞。此外，在各實施例中，傳感器節點中的一個或更多個還包括生物刺激探針480，該生物刺激探針480提供另一對電極用於在控制處理器485的指導下向用戶的皮膚施加電信號。一般而言，控制處理器485響應於從DSP模塊450接收的指示而生成電刺激信號，而 DSP模塊450分別通過無線通信模塊455或直接有線通信模塊465接收生成電刺激信號的命令。如同在第2. 4. 1節中更詳細討論的，EMG傳感器的電極通常用於傳感電位，然而還能將電位施加到皮膚。當一個傳感器節點向皮膚施加電位時，其它傳感器節點「監聽」以看當電位到達它們時該電位有多強(離得遠的電極將完全看不到此電位)。使用其它傳感器節點處的所施加電位的相對強度，系統確定哪些電極彼此靠近並能夠構建出傳感器位置的近似「地圖」以用於基於生物電位的位置定位。注意，儘管為了解釋之目的圖4中示出了包含生物刺激電極480的單獨的一對電極，然而應當清楚，通過將生物接觸電極對005/410 和415/420)適當地連接到前面提到的控制模塊485，那些電極對中的任一對或兩對可用於向皮膚施加電位。最後，每個傳感器節點需要電源490來操作。在各實施例中，比如通過使用電池、 燃料電池、光伏電池等，將電源490集成入傳感器節點中。在相關實施例中，通過來自外部電源的直接電力連接而提供電源490。還應注意，在多個傳感器節點被集成入諸如臂帶、手錶或服裝物品之類的設備的情況下，該「外部」電源可被集成入那個設備中。例如，在臂帶型的基於肌電圖的可佩戴控制器的情況中，一個或更多個板載電池可被包括入該臂帶本身中以向包含在那個臂帶中的傳感器節點施加電力。此外，如上所述，以及如在第2. 5節中針對板載復用更詳細討論的，在各實施例中，通過電力管理模塊495將不需要的傳感器節點(或個體電極對)選擇性啟用或禁用以節省電力。在板載電源490有限的情況下，這種實施例特別有價值。2. 3初始自校準一般而言，假定每次用戶佩戴該基於肌電圖的可佩戴控制器的時候，該基於肌電圖的可佩戴控制器的用戶不會將該設備(或個體傳感器節點)相對於具體肌肉精確地放置在相同位置或定向。因此，該基於肌電圖的可佩戴控制器的優點之一是在每次它被放到位置上或以其它方式被激活時快速自校準的能力。校準可以以各種方式完成。例如，在一個實施例中，通過在每次佩戴該設備時，用感興趣的姿勢訓練或再訓練分類系統來實現校準。在前面提到的2008年6月沈日提交的、分配的序列號為 12/146，471、題為 「RECOGNIZING GESTURES FROM FOREARM EMG SIGNALS (從前臂EMG信號識別姿勢)」的共同待決的美國專利申請中描述了這種特定技術。一般而言，此共同待決的專利申請描述了一種過程，其中指導用戶在初始放置該基於肌電圖的可佩戴控制器之後進行特定的手部和手指運動。然後，由該基於肌電圖的可佩戴控制器的各種EMG傳感器節點捕獲的所產生的由肌 肉生成的電信號被評估並用於訓練分類系統，然後該分類系統使用該基於肌電圖的可佩戴控制器的EMG傳感器節點中的一些或全部來識別該用戶的特定的手部和手指移動，然後使用那些移動提供期望的HCI。如同上面討論的，在各實施例中，在所測得的由肌肉生成的電活動不足以適當地訓練或校準該分類系統以準確區分特定用戶移動的情況下，可在校準過程中指導用戶移動或旋轉該基於肌電圖的可佩戴控制器的位置。注意，在訓練或再訓練該分類系統時，如在前面提到的共同待決的專利申請中所述，用戶一般被指導來執行形成能夠被該分類系統區分的一組移動的所有姿勢或移動。然而，考慮到這些姿勢中涉及有限數量的肌肉，在各實施例中，通過只使用識別出的姿勢或運動的子集以從先前建立的模型中找到匹配點來訓練或校準該分類系統。例如，如前面提到的共同待決的專利申請中所述，如果用戶以前使用過該基於肌電圖的可佩戴控制器並已訓練了用於預測她的姿勢的模型，那麼她可以簡單地執行握拳姿勢，或扭動其手指(在臂帶的情況下)，以向系統提供足夠的信息來執行從EMG傳感器(和數據)的當前位置到先前模型的映射。此外，在各實施例中，當系統觀察用戶動作時此校準持續或周期性地執行。注意，周期性地或持續執行校準用於至少兩個目的。第一，重複該校準過程可幫助進一步精製姿勢模型，第二，重複該校準過程將幫助針對該基於肌電圖的可佩戴控制器在用戶身體上的細微的位置移動進行調整。另外，因為該基於肌電圖的可佩戴控制器是由用戶佩戴的，所以即便在用戶沒有主動參與使用該基於肌電圖的可佩戴控制器以用於HCI目的時也能採集校準數據。此附加校準數據採集允許系統在統計上對可能的姿勢或移動建模，且在有足夠時間的情況下，系統能推斷出用戶正在執行的姿勢或移動。此外，在各實施例中，向用戶提供各種用於執行用戶定義的姿勢或姿勢序列的機制，然後從預定義的動作列表中或者從用戶定義的動作或宏中，向那些姿勢分配具體動作。 在此情況下，上面描述的訓練是相同的，不同僅在於被映射到預定義的或用戶定義的姿勢的具體命令或宏。2. 4EMG電極或傳感器節點的位置定位在傳統EMG環境中，專家找到具體肌肉並相對於那個肌肉仔細放置電極，然後人工地告知任何下遊計算機或日誌系統每個傳感器放在了哪個肌肉上。然而，與需要專家放置的人工系統不同，該基於肌電圖的可佩戴控制器不需要專家仔細標記每個傳感器的位置，事實上，該基於肌電圖的可佩戴控制器不需要在不同會話間傳感器的位置相同，甚至不需要在特定會話期間傳感器不移動，其中在該特定會話中，通過由用戶肌肉的移動產生的電信號，使用該基於肌電圖的可佩戴控制器提供與計算系統和附屬設備的用戶控制和交互。在該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例中，或者集成入可佩戴物品(比如臂帶或其它物品)或者作為個體傳感器形式的EMG傳感器(在本文中也稱為「傳感器節點」) 和相關電子設備(包括放大器、電極、電源等，如同在第2. 2. 1節中關於圖4更加詳細地描述的)能被放置在周身的各種近似位置處。例如，如圖3所示，用戶可在每個手臂310上佩戴一個或更多個傳感器的集合300，並與之結合而在每個腿部330上佩戴一個或更多個傳感器的一個或更多個集合320。傳感器340的其它可能位置可包括胸部350，或頭部370上的傳感器360，或身體的任何其它期望區域或區域的組合。為了準確地將每個傳感器節點的電極讀取的電位解碼為可用於與耦合於各種計算設備或受各種計算設備控制的應用或設備交互或對其進行控制的姿勢或命令，知道每個具體傳感器在身體上的近似位置以及哪些傳感器相對近地鄰近其它傳感器是有幫助的。此外，在各實施例中，知道各傳感器的近似和相對位置允許該基於肌電圖的可佩戴控制器執行多種附加功能。例如，如同在第2. 5節中更詳細地描述的，位置信息使得各種電力管理實施例成為可能，在這些實施例中，在某些傳感器提供不相關的信息或相對於一個或更多個其它傳感器來說是冗餘的情況下，這些傳感器被自動關閉或斷電(即，啟用或禁用)以節省電力 (或板載電力)。例如，如果某一應用僅僅關心手臂移動以提供期望的HCI，那麼身體其它部位上的傳感器可被禁用或忽略。此外，如果應用僅僅關心粗略的手臂移動，而兩個手臂傳感器彼此靠得足夠近，那麼那兩個傳感器之一可被禁用，因為將兩個都啟用可能捕獲在用於與該應用交互時不必要地冗餘的肌肉電信號。因為由肌肉產生的電信號的準確解碼通常依賴於知道傳感器在身體上的近似位置，所以位置定位也很重要。例如，如果解碼系統具有依賴於知道二頭肌肌肉中的激活水平的模型，那麼確切地知道哪些傳感器事實上正在讀取來自二頭肌肌肉的信號是重要的。類似地，如果兩個傳感器具有看上去類似的信號，那麼整個系統需要知道這是因為兩個不同的肌肉正被一起激活，還是僅僅因為這兩個電極恰巧彼此挨著。如上所述，該基於肌電圖的可佩戴控制器的自動化設置依賴於自動得出各傳感器物理位於用戶身體上的何處。在各實施例中，如在第2. 4. 1節到第2. 4. 3節中更詳細地描述的，有幾種不同的技術，它們可單獨或結合使用以自動確定個體傳感器或節點的放置和相對位置。在每種情況下，這些定位過程涉及使用具有足夠板載計算能力的「中樞」或傳感器節點協調多個節點以執行下面描述的位置定位操作。注意，「中樞」可以是與該基於肌電圖的可佩戴控制器通信的計算設備，也可被集成入該基於肌電圖的可佩戴控制器本身中。中樞被集成入該基於肌電圖的可佩戴控制器中的情況的一個示例是手錶，其中該手錶具有足夠的計算能力且錶帶包括多個集成的傳感器。注意，這樣的手錶可使用多個EMG傳感器測量手腕或前臂的肌肉的電活動。此外，在各實施例中，這種手錶將隨後與一個或更多個其它計算設備通信以提供期望的HCI。如同本文所述的，該基於肌電圖的可佩戴控制器和計算設備或中樞之間的通信是無線的(例如RF、頂等)，或者是通過耦合於該基於肌電圖的可佩戴控制器的數據線纜等有線連接的。然而，在理解了也可以通過簡單地用到計算設備或中樞的有線連接(如上面關於圖4描述的)替代該基於肌電圖的可佩戴控制器的無線通信能力而實現全部有線實施例的基礎上，為了解釋之目的，在下面各節中將描述更加複雜的無線實施例。2. 4. 1基於生物電位的位置定位
在各實施例中，在初始位置定位過程中，個體傳感器節點(包括集成入如臂帶、手錶等設備中的傳感器節點)「依次」向皮膚表面施加電位。換句話說，每個傳感器節點依次扮演「源刺激器」以向皮膚施加電位，該電位隨後由其它傳感器節點讀取。應該理解，EMG傳感器的電極通常用於傳感電位，但是也可以將它們施加到皮膚。當一個傳感器向皮膚施加電位時，其它傳感器「收聽」以看當電位到達它們時該電位有多強(離得遠的電極將完全看不到此電位)。使用其它傳感器節點處的所施加電位的相對強度，位置定位系統(在該基於肌電圖的可佩戴控制器不具有足夠的板載計算電力來執行此任務的情況下駐留於中樞或遠程計算機中)確定哪些電極彼此靠近並構建出傳感器位置的大致「地圖」。在電刺激和傳感過程中，中樞或其它計算設備再次通過到每個傳感器節點的有線或無線鏈路控制所有的校準和數據提取。每個生物刺激探針具有兩個接觸皮膚的電極。這些電極的間隔相對較小(在測試實施例中在約16mm量級上)；然而，間隔可根據施加到皮膚的電位的水平而不同。在一測試實施例中，使用如圖5中所示的切換LC電路產生電刺激。應該理解，有多種可產生電刺激波形或信號的方式，而且圖5中所示的電路旨在只顯示一種這樣的產生刺激信號的技術。一般而言，圖5的電刺激電路是基本LC電路，該電路包括電晶體500，該電晶體 500在達到穩態之前傳導通過電感器510的電流，然後快速關閉。然後電感器510中的能量使得電容器520充電，然後衰減的振蕩狀態持續幾個周期。這種切換以以下方式重複當衰減波在其初始值的約10%量級上時重新激勵該電路。然後此過程重複固定的時間Tm然後終止。在等待固定時間Ttw後，該切換再次帶來一組振蕩。電感器510、電容器520和電阻器530的組合，與電源(未示出)結合起來控制跨電極540和550產生的電位的量。在所示示例中，圖5的LC電路將向用戶的皮膚施加量級為約25V的電位(其電流足夠低從而對用戶來說是注意不到的或不會不舒服的)。圖6顯示了由圖5的電刺激電路產生的典型波形600。注意，Tw和T-時間段形成具有強自相關的偽隨機序列。Tm被設定為允許所有傳感器節點的模數轉換器和濾波器測量它們區域中的電位。即便在觸點沒有被最優放置的時候，該LC電路的高頻率也能幫助刺激皮膚。這種刺激還允許對在每個傳感器節點上被用作源刺激器的探針的正確施加的檢測。尤其是，因為每個傳感器節點具有兩對探針或電極，所以如果那個傳感器節點上的探針對中的任何一對與另一對明顯不同，或如果這兩組不遵循其它源刺激器的探針的平均值和偏差，那麼中樞能區分出放置地不好的探針並警告用戶或者不信任從那個探針採集的數據。注意，該基於肌電圖的可佩戴控制器被預期為在總體上噪雜的環境中操作，該環境包括其它電現象，比如來自其它肌肉的活動、皮膚在肌肉上的移動、環境噪聲等。因此，對前面提到的具有自相關的偽隨機序列的使用使得在高噪聲水平環境中檢測所產生的電刺激信號以及確定高於噪聲水平的信號強度相當容易。2. 4. 2基於RF的位置定位在各實施例中，使用基於RF傳送的定位技術實現位置定位。例如，與在第2. 4. 1 節中描述的基於生物電位的過程類似，個體傳感器節點「依次」廣播已知的無線信號(參見關於圖4對無線通信模塊和天線的討論)。當一個傳感器在廣播時，其它傳感器「聽取」以看無線信號在到達它們時有多強。使用其它傳感器節點處的無線電信號的相對強度，該位置定位系統確定哪些電極彼此靠近並構建出傳感器位置的大致「地圖」。更具體地說，在使用RF的位置定位過程中，命令每個傳感器節點做RF發射機 (即，「發射機節點」)給定時間而同時所有其它節點監測無線電「接收信號」強度和鏈路質量數據。然後，該發射機節點停止而每個節點和該中樞之間的時隙化通信允許該中樞從特定的RF發射源採集數據。接下來，不同的傳感器節點變為發射機節點而上面描述的過程重複，直到所有節點已充當過發射機節點。然後該中樞通過比較在各源發射之間測量的RF信號質量而構建最近鄰居的矩陣。儘管節點的頻率很高以允許緊湊型天線(例如，在該基於肌電圖的可佩戴控制器的測試實施例中為2. 45GHz)，然而這些節點中許多節點的相對位置仍然在測量源的近場內。在該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例中，對每個無線傳感器節點使用環形天線。注意，對於環形天線，近場主要是磁場耦合。此外，使用環形天線，源發射圍繞其法線的旋轉不影響近場磁場。來自源的發射以一系列的開或關時間提供最大長度偽隨機碼以允許強自相關但具有與噪聲和幹擾的弱互相關。使用緊密間隔開的傳感器節點的另一優點在於，最近的鄰居節點往往與發射機在相同平面內。對於近場，這意味著更好的磁場耦合。當環形天線的法線相對於源發射機旋轉時，耦合減少，因此較遠處的或曲度很大的區域的身體部位上的節點表現出較弱的耦合。 與該源發射機在相同平面內的近鄰居對於圍繞其自身法線的旋轉不敏感。這允許指示近鄰居中心間隔而非中心以及旋轉位置。RF信號也被身體組織吸收從而當節點被身體隔開時信號強度迅速下降。圖7提供了幾個示意圖，顯示了當無線傳感器節點使用環形天線時，根據傳感器節點在用戶身體上的相對位置，具有耦合和旋轉效應的源發射機和近鄰居。2. 4. 3基於聲音的位置定位除了基於生物電位或RF發射與接收之一或兩者的位置定位外，位置定位還可以部分或全部基於聲音源的使用來進行位置定位(參見圖4的討論中具有集成話筒的傳感器節點的示例)。注意，話筒還可充當小型揚聲器，從而允許這種傳感器節點充當「聲源節點」。例如，與第2. 4. 1和2. 4. 2節中分別描述的基於生物電位和基於RF的位置定位過程類似，2. 4.2,個體傳感器節點「依次」作為「聲源節點」以已知頻率廣播已知的聲音模式。然後，當一個傳感器在廣播聲音信號時，其它傳感器節點「聽取」以看聲音信號在到達它們時有多強。使用由其它傳感器節點的話筒接收的聲音信號的相對強度和音頻信號從一個節點傳送到另一個節點所花的準確時間(例如，「飛行時間」，對於聲音來說可進行準確測量)，位置定位系統確定哪些節點彼此靠近並構建傳感器位置的大致「地圖」。一般而言，對於基於聲音的位置定位，在聲音刺激和傳感過程中，中樞再次通過前面提到的無線或有線鏈路控制所有的校準和數據提取。對於這種校準，需要外部聲音源是。 此外部聲音源可以各種方式實現，比如例如通過使用每個傳感器節點的話筒作為揚聲器， 通過將一個或更多個獨立的揚聲器或換能器耦合或集成到可佩戴設備(比如前面提到的具有集成的傳感器節點的臂帶、手錶或服裝物品)，或通過使用一個或更多個用戶放置的外部聲音源。已經觀察到，比如量級在約5mm到IOmm直徑的大致平坦的換能器等聲音源提供很好的基於聲音的位置定位結果。更具體地說，由揚聲器或換能器產生的表面聲波將穿過皮膚傳播並在進入肌肉組織時指數衰減。因此，穿過皮膚傳播的聲音是優選的，因為它有助於區分傳感器節點在皮膚表面上的空間位置。在各實施例中，使用音調的混合(比如例如雙音)來幫助避免來自包括環境噪聲在內的其它潛在聲音源的幹擾，否則這些聲音源可能干擾基於聲音發射和接收的位置定位努力。因為該基於肌電圖的可佩戴控制器旨在被個體用戶使用而無需個體傳感器節點的專家放置，所以聲音源位置由用戶容易地放置，且不需要以非常大的精確度定位。事實上，只要聲音源相對於傳感器節點在大致靠近的位置，而傳感器節點轉而又鄰近於某一身體部位(例如，用戶前臂上的臂帶)，就可以實現可接受的基於聲音的位置定位結果。—般而言，當聲音源在一個或更多個不同位置中的每一個位置處時，所有的傳感器節點都聽取。猝發地、以具有強自相關的偽隨機序列製造音調。如同上面針對基於生物電位的位置定位所討論的，對具有自相關的偽隨機序列的使用使得在高噪聲水平環境中檢測所產生的聲音信號以及確定高於噪聲水平的信號強度容易得多。然後每個傳感器節點中的話筒測量該話筒接收到的音調的水平。然後計算設備或中樞使用不同傳感器節點中的每一個節點所捕獲的不同的聲音水平來確定每個傳感器節點對每個其它傳感器節點的相對位置，並確定每個傳感器節點相對於該聲音源放置的絕對位置的位置。圖8示出使用在用戶前臂810的表面上的單獨的聲音源800的示例。如圖8所示，聲波820(表示為彎曲的虛線)從聲音源800向外輻射，並碰撞各傳感器節點830，然後傳感器節點830向中樞報告所測得的聲音的水平(參見關於圖4的傳感器中的話筒的討論)。注意，如同上面討論的，儘管圖8示出了對由用戶放置的單獨的聲音源800的使用，然而聲音源可以通過在每個傳感器節點830中使用個體話筒作為揚聲器設備而實現，或者通過將一個或更多個揚聲器或聲音換能器集成到該基於肌電圖的可佩戴控制器(比如例如臂帶、手錶、手套、服裝物品等)中而實現。2. 5板載復用如上所述，在使用該基於肌電圖的可佩戴控制器時，集成入可佩戴設備的很大數量的個體電極(EMG傳感器)或傳感器節點被放置在手臂上或周身其它位置上的各種位置。 在任一情況下，放置在用戶身體的任何特定區域中的電極的總數可顯著多於特定應用所需的，且可顯著多於該基於肌電圖的可佩戴控制器能夠加電和/或傳送與其相關的信息的， 特別是在關係到板載電力使用的無線實施例中。因而，在各實施例中，使用板載復用過程以確定哪些傳感器節點應當被啟用或是活動的，以及哪些傳感器節點應當被禁用或是不活動的。尤其是，因為將是個體用戶而非熟悉EMG傳感器放置的專家將該基於肌電圖的可佩戴控制器放入位置，所以整個系統受益於用EMG傳感器「地毯式覆蓋」用戶皮膚的特定區域，然後在軟體中決定(例如，板載復用)哪些電極實際上是重要的。例如，在前面提到的 「臂帶」配置中，當總共10個或更少的傳感器就足以測量對應於特定手部和手指姿勢的、用戶前臂中的肌肉的電活動時，該臂帶可能含有64個傳感器節點(其中每個節點具有一個或更多個電極對或個體傳感器)。在此情況下，復用系統(參見對圖1中所示的「復用模塊」 的討論)將經歷初始校準階段以選擇那些傳感器中的10個傳感器來啟用。然後從那些傳感器採集的信號將被放大、處理並傳送，如同上面描述的，所有其它傳感器或傳感器節點則被完全忽略或禁用。很明顯，在具有足夠帶寬和電力的情況下，放大和傳送來自所有傳感器和傳感器節點的所有信號，然後讓中樞或下遊計算系統來選擇那些信號是重要的可能是有用的。然而，對於電力和帶寬一般來說非常寶貴的現實世界設備來說，「復用」允許在無線傳送之前， 從潛在的很大數量的傳感器節點中選擇個體傳感器的一個相關集合。這種方案可用於避免將電力和帶寬浪費在冗餘的信號、沒有與皮膚產生良好接觸的電極等上面。注意，有關哪些傳感器要被啟用的決定一般需要對個體傳感器節點所捕獲的電信號的非常複雜的分析。在一些實施例中，與將集成入該基於肌電圖的可佩戴控制器或集成入個體傳感器節點中的相比，這樣的分析一般需要更多計算能力(因而需要更多電力)。儘管在各實施例中這種計算能力和電力源可被集成入該基於肌電圖的可佩戴控制器中，然而這往往會使該基於肌電圖的可佩戴控制器的尺寸和成本增加。因而，在各實施例中，相反該復用分析是由下遊中樞或計算設備執行的。例如，在一個實施例中，整個系統將經歷簡短的高功率校準階段，其中所有信號均被傳送到接收機(例如，下遊的PC型計算機或其它計算設備)。然後接收機分析這些信號並確定哪些無線節點足以提供必要的信息以用足夠的準確度解釋用戶的肌肉產生的電信號以提供期望的HCI。在各實施例中，然後此信息被傳遞迴該基於肌電圖的可佩戴控制器， 該控制器禁用為HCI之目的所不需要的所有的個體傳感器或全部傳感器節點。還應注意，在該基於肌電圖的可佩戴控制器移動的情況下，某一傳感器或一些傳感器節點在某個點無法提供良好的信號，或者測量由其它肌肉產生的電信號成為必需，則下遊接收機可在任何時刻指導該基於肌電圖的可佩戴控制器啟用或禁用其它個體傳感器或全部傳感器節點。類似地，在這樣的情況下，下遊接收機也可指示重複初始高功率校準階段以重新選擇合適的個體傳感器或傳感器節點來放大和傳送。然而，還應理解，有關哪些傳感器是「重要的」的總體確定可以使用不需要很大的計算能力的相對簡單的邏輯做出。在這樣的情況下，該基於肌電圖的可佩戴控制器，或甚至個體的傳感器節點，可具有足夠的板載計算能力和板載電力以在本地決定是否要將它們的信號用於HCI。在此情況下，簡單地永遠不將不必要的信號傳送到下遊處理器。一般而言，該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例使用三種不同技術中的一種或更多種以決定某一信號是否足夠重要到要傳送。如同在第2. 5. 1,2. 5. 2和2. 5. 3節中討論的，這些技術包括對傳感器或傳感器節點位置信息以及可用的解碼能力的評估。一般而言，這些技術中的每一種可單獨地或以任何所需的組合來被使用，以決定哪些傳感器是「重要的」，以有助於關閉非必要的傳感器或傳感器節點以允許在消耗最少的電力和無線帶寬的情況下快速部署許多傳感器的更寬泛的構思。2. 5. 1基於位置信息的復用在第2. 4節中，為了大致確定每個傳感器或傳感器節點放置在身體上的何處而描述了幾種獲得位置信息(每個電極對或傳感器節點的位置)的機制。此信息還可用於板載復用目的。例如，如果某一應用僅對手臂移動感興趣，那麼不在手臂上的所有傳感器或傳感器節點可被自動關閉或以其它方式禁用。替代地，如果通過在第2. 4節描述的位置定位技術確定兩個傳感器(或全部傳感器節點)彼此非常近，那麼因為會認為這兩個傳感器將提供冗餘信息，所以整個系統可自動關閉其中之一。注意，在被監測的個體肌肉可能靠在一起時，物理鄰近不總是信號價值的唯一決定因素，比如其中該基於肌電圖的可佩戴控制器被實現為戴在手上的手套時。
2. 5. 2基於原始信號分析的復用可對原始傳感器信號執行一些分析以確定哪些信號有可能是「重要」的，而獨立於任何的分類/姿勢識別系統。這些分析一般在計算上簡單，並因此適於在構造於每個無線傳感器節點或集成設備(比如前面提到的臂帶)中的微處理器上執行。然而，如同上面討論的，對原始信號的這種處理也可以是在初始高功率校準階段在下遊接收機或處理器上的。能夠提供信號相關度的指示的原始信號分析的示例包括對RMS振幅或由肌肉產生的電信號和測得的功率帶(power bands)的測量。例如，在RMS振幅的情況下，所測得的電壓非常低的信號不太可能是有信息的，而所測得的電壓高得不合理的信號有可能表示不良連接或某種外部噪聲源。已知振幅範圍內的信號最有可能是有信息的。在此情況下，比如，例如通過在關於圖4描述的模數轉換器或數位訊號處理模塊中加入簡單的邏輯門，可在個體傳感器節點中包括用於確定所測得的信號是否在簡單範圍內的非常簡單的邏輯測試。類似地，使用非常簡單的計算能力，還可以執行對所測得的信號的個體頻帶的分析。例如，在一個或更多個體頻帶落在已知頻帶中的「合理」或預期範圍之外的某一信號的情況下，該信號不太可能是有信息的。 2. 5. 3根據可用解碼能力的復用所測得的信號的更複雜的評估能夠解決諸如「哪些電極實際上有助於整個系統解碼具體姿勢或移動？」等問題。然後復用系統相應地選擇性地啟用/禁用電極。一般而言， 在個體傳感器節點或該基於肌電圖的可佩戴控制器的計算能力的情況下，這種類型的分析將在下遊中樞或計算設備上執行。然而，在該個體傳感器節點或該基於肌電圖的可佩戴控制器具有足夠的計算能力的情況下，這些分析可在本地進行。鑑於本文提供的討論，明確能夠實現這兩種實施例，且一般是成本因素，其中增加該基於肌電圖的可佩戴控制器或個體傳感器節點的計算能力一般預計要增加這些設備的製造成本和電力需求。實現決定哪些傳感器對感興趣的姿勢或運動有貢獻的這種類型的復用過程的基本方案可以多種方式實現。例如，這種方案的一個簡單示例是要求用戶執行已知的姿勢集合(例如，「按次序彎曲每根手指」或「拍手，然後向前兩步」)。這種姿勢模式可以以語言、 文字或動畫或視頻等可視方式呈現於計算機屏幕或其它顯示設備上。類似地，該序列可以是姿勢或運動的特定集合，用戶可以學習一次，然後每次在開啟該設備時都重複。在任一情況下，來自所有電極的信息被提交至機器學習系統，該機器學習系統將被用於姿勢識別(參見第2. 3節中對初始自校準的討論)。然後諸如「信息增益類的一般度量或諸如置信度、可分性之類的算法特定的度量)被用於確定哪些傳感器對正確分類用於初始自校準(或如上所述的用於定期或按需重複該自校準過程)的姿勢的已知模式貢獻最大。這些度量所解決的基本問題是「如果電極χ從姿勢識別分析中掉落，解碼性能會有多差？」然後使用這個問題的答案來標識要為了用於準確使用用戶的由肌肉產生的電信號來提供期望的HCI而啟用(或相反地，禁用)的傳感器或傳感器節點的集合或子集。2. 6有關放置和設置的自動化反饋如同本文討論的，該基於肌電圖的可佩戴控制器的EMG電極被粗略施加，而無需出現專家來確保精確放置。例如，在前面提到的臂帶配置中，終端用戶能以任何旋轉定向和 /或在沿臂長的任何位置附連該臂帶，使得傳感器電極不是精確地放置在肌肉上方。因此， 在各實施例中，為了允許個體用戶快速放置電極，同時仍然確保足夠的信號質量，向用戶提供自動化反饋以協助他快速調整該基於肌電圖的可佩戴控制器(或個體傳感器節點)以確保足夠的信號強度和質量以進行基於姿勢的HCI。在此方案的情況下，「安裝」該基於肌電圖的可佩戴控制器的基本過程可以以多種對用戶友好的方式實現。例如，該基於肌電圖的可佩戴控制器的初始定位可以使用比如下面所示的簡單的三步過程等過程來實現。1)用戶將臂帶、踝帶、手錶或其它基於肌電圖的可佩戴控制器放置在打算放置該設備的地方的粗略靠近的位置。例如，將臂帶粗略放置在用戶前臂上的某處。然後系統被激活或開啟(除非系統已被激活或開啟)。2)然後用戶將進行粗略操縱以對該設備進行初始定位，例如，旋轉前臂，同時接收有關信號質量的簡單反饋(比如計算機屏幕上的簡單的「計量器」、從該設備發出的聲音或引導用戶有關具體動作的語音提示)。3)最後，用戶對該設備的位置或定向進行精細調整(例如，旋轉和/或移動該基於肌電圖的可佩戴控制器的位置)，直到實現簡單目標，比如「計量升高到等級5以上」、「聲音
停止」、「振動停止」等。在各實施例中，在此簡單調整過程中提供給用戶的反饋是視覺的(例如，計算機屏幕、可攜式音樂播放器或小型板載LCD上的條或計量器或一個或更多個LED或燈組成的串)、聽覺的(例如，隨著信號質量的增加而變安靜的噪聲，或說「繼續轉動，繼續轉動，很好」的語音)、或觸覺的(例如，該基於肌電圖的可佩戴控制器振動或電刺激用戶皮膚的一個或更多個區域而用戶應持續調整該設備，並在信號質量足夠時停止振動或對用戶皮膚的電刺激。)所有這些反饋形態需要對在任何給定時間該系統的放置有「多好」的某種測量。因此，在各實施例中，提供用於確定調整期間信號質量的兩大類度量。這兩大類度量包括原始信號分析和解碼能力，如上面分別在第2. 5. 2和2. 5. 3節中關於復用所描述的。一般而言，如同上面描述的，這些度量用於協助整個系統確定一個大的傳感器集合中的哪些傳感器或傳感器節點足以解碼用戶的由肌肉產生的電信號以將那些信號準確映射到特定姿勢或運動。因而，這些相同度量可用於提供有關該基於肌電圖的可佩戴控制器在用戶身體上的放置的實時反饋。例如，整個系統能夠引導用戶旋轉臂帶，直到所有電極的RMS振幅最大化。類似地，整個系統可引導用戶在彎曲手指的同時旋轉他的臂帶，直到在解碼姿勢時姿勢識別器的置信度最大化。再一次，本文所述的任何視覺、聽覺或觸覺技術可用於引導用戶繼續定位該基於肌電圖的可佩戴控制器(或個體傳感器節點)。2. 7用於不用眼(Eyes-Free)的、移動EMG交互的觸覺反饋如同上面關於以臂帶形式實現的基於肌電圖的可佩戴控制器的使用所討論的，通過前臂上的電極，結合基於軟體的解碼系統(如果需要的化其可以硬體方式實現)，識別手指姿勢。在傳統計算機接口中，向用戶提供有關他的交互的恆定反饋。通常，這是視覺反饋， 比如光標在屏幕上的移動、當滑鼠在按鈕上點擊時按鈕被按下的動畫、當點擊「最小化」按鈕時視窗以動畫收縮到任務欄等。模擬反饋系統對於移動的、不用眼的輸入系統(比如本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器)也是有用的。然而，相比之下，視覺反饋在許多情形中不總是可用的。因而，在各實施例中，提供用於確認EMG姿勢識別的成功(或失敗)的替代反饋機制。儘管不是所有的人機互動都需要反饋，然而有許多的其中用戶一般預期或察覺某種反饋的交互的例子。例如，儘管人們可一整天都佩戴無線的基於EMG的臂帶或其它基於肌電圖的可佩戴控制器，然而他們很有可能不太願意一直使用它與計算設備交互。這意味著能夠參與和脫離相關的姿勢識別系統的需要(即，開啟和關閉系統)。當用戶開啟和關閉系統時，無論是通過預定義的或用戶定義的姿勢或一系列姿勢(例如，同時兩手緊握，其中用戶在每個臂部上有臂帶)，通過物理開/關型按鈕等、通過語言命令(例如，聲音識別)或通過使用其它HCI設備或機制，指示系統現在開啟並準備好接收姿勢或者關閉且不能接收姿勢的反饋一般是有利的，以便使得用戶意識到該基於肌電圖的可佩戴控制器的當前狀態，並且以便用戶不會無意間執行HCI命令。對大多數用戶接口來說常見的是任何命令被識別的反饋。例如，無論用戶用滑鼠點擊屏幕上的何處，他都能感覺到滑鼠按鈕點擊並理解即便他沒有擊中屏幕上的預想目標，他的確點擊了滑鼠。類似地，在無線EMG臂帶手指姿勢識別系統中，比如在本文中和在前面提到的共同待決專利申請中描述的，某種類型的反饋是有用的，以指示用戶該系統檢測到了姿勢且該系統正試圖解碼那個姿勢。在各實施例中，一旦姿勢被識別，該姿勢識別系統通知用戶哪個姿勢被識別了。這種反饋將通知用戶是否識別了正確的姿勢，特別是在很多姿勢可用的情況下，或者系統是否犯了用戶需要糾正的錯誤。這類似於在桌面計算機上發起任何命令時用戶以視覺形式接收到的反饋。例如，在語音轉錄過程中，用戶通常看見識別出的轉錄本並能停下來改正錯誤。更常見地，當用戶使用指點設備(比如滑鼠)「點擊」桌面上的應用圖表時，用戶知道他執行了正確的動作，因為他看見預期的應用打開了。最後，在各實施例中，該姿勢識別系統包括用於通知或以其它方式指示用戶它試圖解碼姿勢但是不能理解該姿勢的手段。這類反饋提示用戶重複該姿勢以便系統能再次嘗試識別該姿勢。這類似於桌面PC或其它計算系統或設備使用的視覺或聽覺出錯消息。注意，多次無法識別某一姿勢可用作用於重新訓練或重新校準該姿勢識別系統以識別與之前對該姿勢預期的不同的輸入信號集合的基礎。參見第2. 3節中對該基於肌電圖的可佩戴控制器的初始自校準的討論。2. 7. 1反饋機制的示例傳統計算機接口通常利用對用戶的視覺或聽覺反饋以保持用戶被通知到。視覺或聽覺反饋可類似地在該基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例中的任何一種實施例的設置和校準過程中使用。然而，一旦系統在移動環境中被投入使用，其它模式的反饋通常更有用，因為用戶的聽覺和視覺通道可能已經忙於該基於肌電圖的可佩戴控制器所支持的一些日常活動。因此，觸覺反饋機制(比如在臂帶(相鄰於EMG電極)下方的肌肉表面上的按壓或振動)是對其它反饋機制的有用替代，否則其它反饋機制有可能使用戶從目前正在參與的某種活動中分心。有多種將觸覺反饋呈現給用戶的方式。例如，二元狀態(比如開/關)可通過少量的間歇性振動或恆定的按壓的出現來指示。繞臂帶的一環(或多環)小型振動器可結合使用以產生對運動的傳感以傳遞複雜的信息(比如哪個姿勢被識別了)。例如，順時針移動的振動/逆時針移動的振動可指示向左的姿勢/向右的姿勢被識別了。此外，振動在環上移動的速度還可以指示不同類型的反饋(比如哪個姿勢被識別
22了)。這些類型的觸覺反饋機制與本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例中的大部分或全部相一致，包括例如，關於圖2描述的基於臂帶的形狀因子。此外，如果該基於肌電圖的可佩戴控制器設備(比如例如臂帶)被戴在兩個胳膊上(或在身體的其它不同區域上)，兩個胳膊(或其它位置)之間的反饋中的差異也能夠指示哪個姿勢被識別了。例如，有關是向左還是向右的姿勢被識別的反饋可以通過一個臂帶振動得更快或振動振幅更大來指示。很明顯，上面討論的具體的觸覺反饋示例(比如具體的振動或按壓模式)並不重要，重要的是要理解該基於肌電圖的可佩戴控制器提供以任何期望的(或用戶定義的)模式或序列向用戶提供觸覺反饋的能力。2. 8確定何時參與或脫離主動控制總是可用且總是通過肌肉電信號識別用戶移動的系統的問題之一在於系統需要能夠在不是為了與系統交互而執行的正常的日常姿勢(即，用手完成日常任務)和為了系統識別而發出的明確命令之間做出區分。在傳統HCI文獻中，這個問題有時被稱為「避免邁達斯觸摸(avoiding the Midas touch) 」，其中每個用戶動作都被解釋為有意的命令。為了避免這個問題，在各實施例中，該基於肌電圖的可佩戴控制器使用能被穩健識別且不太可能與日常姿勢混淆的顯然移動，以參與和脫離該系統，或者通知系統後續姿勢將對應於命令。至於對基於臂帶的基於肌電圖的可佩戴控制器的使用，這樣的移動的示例包括使勁握拳，或日常不可能執行的一系列動作，比如將手腕向外旋轉，然後向內旋轉， 到舒適旋轉的最大點，或期望的任何其它預定義或用戶定義的運動或姿勢。在相關實施例中，使用語音識別技術來啟用或禁用基於由該基於肌電圖的可佩戴控制器捕獲的肌肉電信號的主動控制。例如，在一個這樣的實施例中，用戶說出一個單詞或短語(例如，「啟用控制器設備」)以通知系統後續的用戶移動將被用於提供基於測得的肌肉電活動的主動控制。類似的語言命令可用於脫離使用該基於肌電圖的可佩戴控制器的主動控制。2. 9附加實施例和考量如同第1. 1節中關於圖1概述的，該基於肌電圖的可佩戴控制器提供基於響應於一個或更多個肌肉的收縮而由身體產生的電信號的HCI能力。如此，應當清楚，該基於肌電圖的可佩戴控制器能夠用於多種用途中的任何一種。例如，這些用途包括與傳統應用的交互，比如通過移動光標並指導簡單的對象選擇操作(類似於使用計算機滑鼠選擇對象)與計算機作業系統交互，用於與遊戲控制臺或與這些控制臺上運行的視頻遊戲交互的有線或無線遊戲控制器，全景-傾斜-縮放攝像頭的控制，與家庭自動化系統(比如音頻、視頻、燈光控制器等)的交互等。該基於肌電圖的可佩戴控制器的其它明顯用途包括對機器人或機械設備的本地或遠程控制，比如，例如，使用具有嵌入式傳感器節點的手套控制遠程機械手操縱工具或醫療儀器。這種手套作為基於肌電圖的可佩戴控制器操作的其它用途包括在用戶在一隻手或雙手上具有這種手套的情況下，提供將美式手語(American Sign Language)翻譯為書面英語或口頭英語(或翻譯為任何其它的期望語言)的自動翻譯。還應注意，本文所述的基於臂帶的基於肌電圖的可佩戴控制器在如第2. 3節中描述的正確的初始自校準之後能夠提供類似的功能。類似地，用戶可佩戴足夠數量的基於肌電圖的可佩戴控制器以映射多個身體部位(手部、手臂、腿部、頭部等)的運動或姿勢。然後，在本地或遠程的物理機器人或數位化身中複製那些運動，其中複製可以實時進行，也可以作為一系列記錄的事件而進行。3. 0示例件操作環境本文所述的基於肌電圖的可佩戴控制器可操作以用於對多種類型的通用或專用計算系統環境或配置或附連或耦合於這樣的計算設備的設備接口、進行控制或以其他方式進行交互。例如，圖9提供了一個簡單圖示，其描繪了多個無線傳感器節點(905、910、915、 920、925、930和93 ，該多個無線傳感器節點或者擔任個體放置的傳感器，或者擔任嵌入於比如本文所述的臂帶等設備中的傳感器節點。如圖9中所示，這些無線傳感器節點(905、 910、915、920、925、930和93 以各種方式彼此通信且與一個或更多個設備通信，包括手錶 940、數字媒體播放器945、PC型筆記本計算機950和手機955。還應注意，圖9描繪了在該情況下充當「中樞」的手錶，充當傳感器節點中的一個或更多個傳感器節點和數字媒體播放器945之間的無線中介。圖10描繪了可在其上實現本文描述的基於肌電圖的可佩戴控制器的各實施例和元素的通用計算機系統的簡化示例。應當注意，圖4中由折線或虛線所表示的任何框表示簡化計算設備的替代實施例，並且以下描述的這些替代實施例中的任一個或全部可以結合貫穿本文所描述的其他替代實施例來使用。例如，圖10示出了顯示出簡化計算設備的總體系統圖。這樣的計算設備通常可以在具有至少某種最小計算能力的設備中找到，這些設備包括但不限於個人計算機、伺服器計算機、手持式計算設備、膝上型或移動計算機、諸如蜂窩電話和PDA等通信設備、多處理器系統、基於微處理器的系統、機頂盒、可編程消費電子產品、網絡PC、小型計算機、大型計算機、視頻媒體播放器、車內計算系統(例如，汽車計算機系統)等。如上所述，比如本文中所描述的那些的計算設備響應於通過一個或更多個基於肌電圖的可佩戴控制器識別出的用戶姿勢而操作。然而，在各實施例中，這樣的計算設備還提供用於比如在第2. 3節中描述的初始自校準等操作的計算能力。此外，這樣的計算設備還可充當中樞或中介以協助該基於肌電圖的可佩戴控制器和一個或更多個其它計算設備或附屬機制之間的通信。一般而言，這樣的計算設備包括至少某種最低計算能力，以及某種發送和接收數據的方式。尤其是，如圖10所示，計算能力通常由一個或多個處理單元1010示出，並且還可包括一個或更多個GPU 1015。注意，通用計算設備的處理單元1010可以是專用微處理器， 如DSP、VLIW、或其他微控制器、或可以是具有一個或多個處理核的常規CPU，包括多核CPU 中的基於GPU專用核。另外，圖10的簡化計算設備還可包括其他組件，比如例如通信接口 1030。圖10的簡化計算設備還可包括一個或更多個傳統計算機輸入設備1040(比如用於接收語音輸入的話筒或話筒陣列)。圖10的簡化計算設備還可包括其他可選組件，比如例如一個或更多個傳統的計算機輸出設備1050(比如音頻和/或視頻輸出設備)。最後，圖10的簡化計算設備還可以包括可移動1070和/或不可移動1080的存儲1060。注意，通用計算機的典型的通信接口 1030、輸入設備1040、輸出設備1050、以及存儲設備1060對本領域技術人員而言是公知的，並且在此不會詳細描述。以上對基於肌電圖的可佩戴控制器的描述是出於說明和描述的目的而提出的。這
24並不旨在為窮舉式的或將所要求保護的主題限於所公開的精確形式。鑑於上述教導，許多修改和變型都是可能的。此外，應當注意，可以按所需的任何組合使用上述替代實施例的任一個或全部以形成基於肌電圖的可佩戴控制器的另外的混合實施例。本發明的範圍並不旨在由該「具體實施方式
」來限定，而是由所附權利要求書來限定。
權利要求
1.一種人機接口，包括具有多個傳感器節點Ο15，220，225，230，235和M0)的能任意定位的可佩戴設備 000)，其中每個傳感器節點進一步包括一個或更多個肌電圖(EMG)傳感器；用於使用所述EMG傳感器中的一個或更多個EMG傳感器自動測量由肌肉產生的電信號的模塊(140)；用於自動確定哪些由肌肉產生的電信號對應於一個或更多個具體用戶姿勢的模塊 (145)；以及用於使得一個或更多個計算設備(150，155)自動執行與所述具體用戶姿勢中的一個或更多個具體用戶姿勢相對應的一個或更多個具體命令的模塊(145)。
2.根據權利要求1所述的人機接口，其特徵在於，進一步包括校準階段(105)，所述校準階段自動標識產生由一個或更多個具體EMG傳感器測量的電信號的一個或更多個具體用戶肌肉。
3.根據權利要求2所述的人機接口，其特徵在於，所述用戶執行一個或更多個具體姿勢(115)作為用於所述校準的訓練階段(110)的一部分。
4.根據權利要求1所述的人機接口，其特徵在於，通過自動化復用過程(130)標識所述EMG傳感器的子集，所述自動化復用過程(130)確定哪些EMG傳感器足以測量與所述具體用戶姿勢中的一個或更多個具體用戶姿勢相關聯的所述由肌肉產生的電信號。
5.根據權利要求1所述的人機接口，其特徵在於，進一步包括用於自動確定所述可佩戴設備在所述用戶的身體的皮膚表面上的近似位置的模塊(125)。
6.根據權利要求1所述的人機接口，其特徵在於，進一步包括用於自動確定所述傳感器節點彼此間的相對位置的模塊(125)。
7.根據權利要求1所述的人機接口，其特徵在於，所述可佩戴設備與所述計算設備中的一個或更多個計算設備無線通信(455)。
8.一種用於將命令發送到一個或更多個計算設備的方法，包括任意定位與用戶的皮膚的表面接觸的可佩戴設備000)，所述可佩戴裝置具有多個用於通過所述用戶的所述皮膚測量由肌肉產生的電活動的肌電圖(EMG)傳感器(215，220， 225，230，235 和 240)自動評估(140)通過所述EMG傳感器中的一個或更多個EMG傳感器測量的、所述用戶的由肌肉產生的電信號，以從預定義的姿勢集合中自動標識(14 所述用戶的一個或更多個具體姿勢；自動指導(140) —個或更多個計算設備(150,15 執行與所標識的姿勢中的一個或更多個姿勢相對應的一個或更多個具體命令。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，進一步包括執行自動化位置定位過程以自動確定所述可佩戴設備在所述用戶的身體的所述皮膚的表面上的近似位置。
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，進一步包括執行初始校準過程，所述初始校準過程評估與姿勢的子集相關聯的由肌肉產生的電信號，以對完整的姿勢集合確定預期的由肌肉產生的電信號。
11.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，與所述姿勢集合中的所述姿勢的一個或更多個姿勢相關聯的命令是用戶可定義的。
12.一種用於提供人機接口(HCI)的系統，包括具有多個肌電圖(EMG)傳感器015，220，225，230，235和M0)的用戶可佩戴設備 O00)，所述用戶可佩戴設備被放置在所述用戶的預定義身體部位上的近似位置中的所述用戶的皮膚的表面上；自動化自校準過程(105)，所述自動化自校準過程(10 將與一個或更多個具體用戶姿勢相對應的由肌肉產生的電信號映射到一個或更多個具體命令，所述由肌肉產生的電信號是由所述EMG傳感器中的一個或更多個EMG傳感器測量的；用於將EMG傳感器的子集標識為足以測量由肌肉產生的電信號以準確標識所述具體命令映射的所述具體用戶姿勢的自動化過程(130)用于禁用不包括在所述子集內的所有EMG傳感器的自動化過程(135)用於評估與由EMG傳感器的所述子集捕獲的由肌肉產生的電信號相關聯的一個或更多個用戶姿勢以標識與那些用戶姿勢相關聯的一個或更多個命令的自動化過程(140)以及用於將與一個或更多個具體用戶姿勢相關聯的具體命令傳送到一個或更多個計算設備(150,155)的過程(145)。
13.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，進一步包括自動化位置定位過程，所述自動化位置定位過程確定所述用戶可佩戴設備在所述用戶的身體上的近似位置。
14.根據權利要求13所述的系統，其特徵在於，進一步包括用於引導所述用戶改進所述用戶可佩戴設備的所述近似位置的自動化過程。
15.根據權利要求12所述的系統，其特徵在於，所述用戶可佩戴設備包括到所述計算設備中的一個或更多個計算設備的無線接口。
全文摘要
一種「基於肌電圖的可佩戴控制器」，包括多個肌電圖(EMG)傳感器並提供用於通過用戶肌肉的具體移動生成的電信號來與計算系統和附屬設備交互的有線或無線人機接口(HCI)。在初始自動化自校準和位置定位過程之後，通過採樣來自該基於肌電圖的可佩戴控制器的EMG傳感器的信號而實現對由肌肉產生的電信號的測量和解釋。在操作中，該基於肌電圖的可佩戴控制器被用戶穿戴上並放在用戶皮膚表面上粗略近似的位置。然後向用戶提供自動化提示或指令以微調該基於肌電圖的可佩戴控制器的放置。基於肌電圖的可佩戴控制器的示例包括製造品，比如具有多個集成的基於EMG的傳感器節點和相關電子設備的臂帶、手錶、服裝物品。
文檔編號G06F3/01GK102349037SQ201080012043
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月9日 優先權日2009年3月13日
發明者D·莫裡斯, D·譚, J·特納, T·S·薩波納斯 申請人:微軟公司