本發(fā)明涉及智能家居控制領(lǐng)域，具體為一種用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、智能家居控制技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，傳統(tǒng)的控制方式主要包括以下幾類(lèi)：

2、1.語(yǔ)音控制：通過(guò)語(yǔ)音助手(如alexa、google?assistant、siri等)實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備的操作。然而，語(yǔ)音控制在嘈雜環(huán)境、語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率和隱私保護(hù)方面存在局限性。

3、2.移動(dòng)設(shè)備控制：用戶(hù)通過(guò)智能手機(jī)或平板上的app對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行操作。這種方式需要實(shí)時(shí)操作設(shè)備，并不總是方便，尤其在用戶(hù)手中沒(méi)有設(shè)備或設(shè)備掉電的情況下。

4、3.物理按鈕或遙控器：雖然操作簡(jiǎn)單，但需要用戶(hù)接觸設(shè)備或找到遙控器，不夠靈活。

5、近年來(lái)，基于傳感器的體感控制逐漸興起。通過(guò)捕捉人體動(dòng)作或手勢(shì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制是一種更自然的人機(jī)交互方式。然而，目前市場(chǎng)上的手勢(shì)識(shí)別設(shè)備(如攝像頭或雷達(dá))存在以下問(wèn)題：

6、(1)攝像頭設(shè)備需要明確的視線(xiàn)范圍，用戶(hù)可能需要面對(duì)攝像頭操作，受光線(xiàn)和角度影響較大。

7、(2)雷達(dá)類(lèi)手勢(shì)設(shè)備主要具有指向性，只能有效地檢測(cè)特定方向上的手勢(shì)動(dòng)作，這種指向性限制了設(shè)備的使用范圍，使其在某些應(yīng)用場(chǎng)景下不太適用。

8、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于指揮棒動(dòng)作識(shí)別的智能家居控制系統(tǒng)。指揮棒通過(guò)內(nèi)置的六軸運(yùn)動(dòng)傳感器(加速度計(jì)和陀螺儀)采集動(dòng)作數(shù)據(jù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的指令識(shí)別。這種方式無(wú)需無(wú)需攝像頭或特定傳感器，適用范圍廣，使用門(mén)檻低，適應(yīng)能力強(qiáng)，用戶(hù)只需手持指揮棒即可快捷操作，降低了設(shè)備依賴(lài)和使用門(mén)檻，同時(shí)具備高靈活性和適應(yīng)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，提供一種用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，以解決當(dāng)前攝像頭設(shè)備需要明確的視線(xiàn)范圍，用戶(hù)可能需要面對(duì)攝像頭操作，受光線(xiàn)和角度影響較大；雷達(dá)類(lèi)手勢(shì)設(shè)備雖然具備一定優(yōu)勢(shì)，但其實(shí)現(xiàn)成本較高，且對(duì)精細(xì)動(dòng)作識(shí)別能力有限的技術(shù)問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：設(shè)計(jì)一種用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，硬件部分包括指揮棒電路和接收器，指揮棒電路內(nèi)置有六軸運(yùn)動(dòng)傳感器、處理芯片、按鍵以及集成芯片，六軸運(yùn)動(dòng)傳感器用于采集指揮棒在三維空間中的加速度和角速度數(shù)據(jù)，處理芯片用于對(duì)采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和動(dòng)作識(shí)別的處理，按鍵用于啟動(dòng)動(dòng)作采集，集成芯片用于將動(dòng)作識(shí)別結(jié)果發(fā)送至接收器；

3、軟件部分包括數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和動(dòng)作識(shí)別算法模塊；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于對(duì)六軸運(yùn)動(dòng)傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、特征提取和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)濾波用于消除高頻噪聲，特征提取用于在時(shí)間域和頻率域提取特征，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，動(dòng)作識(shí)別算法模塊采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)作識(shí)別，生成控制指令。

4、優(yōu)選地，所述六軸運(yùn)動(dòng)傳感器由三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀組成，按下按鍵后，六軸傳感器以80hz的頻率采樣128個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)包括六個(gè)數(shù)據(jù)，分別代表三個(gè)方向的加速度和角速度。

5、優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊還包括角度變換步驟，將測(cè)到的以指揮棒自身為參考系的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以地面為參考系的水平和垂直運(yùn)動(dòng)分量。

6、優(yōu)選地，所述動(dòng)作識(shí)別算法模塊采用的一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)輸入層、卷積層、池化層、全連接層和輸出層，將預(yù)處理后的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)序特征向量，構(gòu)成輸入張量，通過(guò)卷積層提取時(shí)間序列特征，通過(guò)池化層降維，通過(guò)全連接層進(jìn)行分類(lèi)，將動(dòng)作分類(lèi)為預(yù)定義的動(dòng)作集合，并輸出識(shí)別結(jié)果。

7、優(yōu)選地，所述預(yù)定義的動(dòng)作集合包括但不限于燈光控制、窗簾控制、空調(diào)控制、音樂(lè)播放控制、電視/媒體設(shè)備控制、安全監(jiān)控、其他家電控制。

8、優(yōu)選地，所述指揮棒電路中的處理芯片型號(hào)是esp32-c3或esp32-s3，是一個(gè)默認(rèn)160mhz主頻的嵌入式處理器，能夠完成采集六軸傳感器信號(hào)，信號(hào)處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理，最終通過(guò)藍(lán)牙、zigbee協(xié)議或者wifi協(xié)議將結(jié)果發(fā)送至接收機(jī)。

9、優(yōu)選地，所述接收器負(fù)責(zé)接收指揮棒發(fā)出的控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)發(fā)至智能家居系統(tǒng)，接收器是獨(dú)立硬件設(shè)備或者是一種集成在智能家居平臺(tái)的插件/軟件，直接集成到現(xiàn)有的智能家居網(wǎng)關(guān)，支持與常見(jiàn)智能家居協(xié)議兼容，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的控制。

10、優(yōu)選地，所述時(shí)間域和頻率域提取特征包括但不限于加速度的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、功率譜密度。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

12、1.本發(fā)明提供了一種全新的交互方式，讓用戶(hù)僅憑手勢(shì)動(dòng)作即可完成以往需要復(fù)雜操作的任務(wù)，極大地簡(jiǎn)化了智能家居的交互流程，該系統(tǒng)結(jié)合了硬件與軟件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，特別是數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和動(dòng)作識(shí)別算法模塊的高效運(yùn)作，為用戶(hù)帶來(lái)了便捷的體驗(yàn)。

13、2.本發(fā)明動(dòng)作識(shí)別算法模塊則采用了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cnn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高精度動(dòng)作識(shí)別，深度學(xué)習(xí)算法能夠準(zhǔn)確捕捉并識(shí)別用戶(hù)的手勢(shì)動(dòng)作，大大降低了誤操作率，提升了系統(tǒng)的整體效率和用戶(hù)體驗(yàn)，用戶(hù)只需手持指揮棒，在空中劃出特定動(dòng)作，即可輕松控制智能家居設(shè)備，無(wú)需額外布置攝像頭或傳感器陣列，真正實(shí)現(xiàn)了全場(chǎng)景的無(wú)縫控制。

14、3.本發(fā)明通過(guò)其精準(zhǔn)的動(dòng)作識(shí)別能力和便捷的交互方式，使得該技術(shù)不僅適用于智能家居領(lǐng)域，還可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、教育互動(dòng)等多個(gè)領(lǐng)域，隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，本發(fā)明的市場(chǎng)應(yīng)用前景將越來(lái)越廣闊，為用戶(hù)帶來(lái)更加智能化、便捷化的生活和工作體驗(yàn)。

技術(shù)特征：

1.一種用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，其特征在于，硬件部分包括指揮棒電路和接收器，指揮棒電路內(nèi)置有多軸運(yùn)動(dòng)傳感器、處理芯片、按鍵以及集成芯片，多軸運(yùn)動(dòng)傳感器用于采集指揮棒在三維空間中的加速度和角速度數(shù)據(jù)，處理芯片用于對(duì)采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和動(dòng)作識(shí)別的處理，按鍵用于啟動(dòng)動(dòng)作采集，集成芯片用于將動(dòng)作識(shí)別結(jié)果發(fā)送至接收器；

2.如權(quán)利要求1所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述多軸運(yùn)動(dòng)傳感器由三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀組成，按下按鍵后，多軸運(yùn)動(dòng)傳感器以20hz-2000hz之間的其中一個(gè)頻率采樣128個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)包括六個(gè)數(shù)據(jù)，分別代表三個(gè)方向的加速度和角速度。

3.如權(quán)利要求1所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊還包括角度變換步驟，將測(cè)到的以指揮棒自身為參考系的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以地面為參考系的水平和垂直運(yùn)動(dòng)分量。

4.如權(quán)利要求1所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)作識(shí)別算法模塊采用的一維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)輸入層、卷積層、池化層、全連接層和輸出層，將預(yù)處理后的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為時(shí)序特征向量，構(gòu)成輸入張量，通過(guò)卷積層提取時(shí)間序列特征，通過(guò)池化層降維，通過(guò)全連接層進(jìn)行分類(lèi)，將動(dòng)作分類(lèi)為預(yù)定義的動(dòng)作集合，并輸出識(shí)別結(jié)果。

5.如權(quán)利要求4所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定義的動(dòng)作集合包括但不限于燈光控制、窗簾控制、空調(diào)控制、音樂(lè)播放控制、電視/媒體設(shè)備控制、安全監(jiān)控、其他家電控制。

6.如權(quán)利要求1所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述指揮棒電路中的處理芯片是一個(gè)32mhz-320mhz主頻的嵌入式處理器，能夠完成采集多軸運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)，信號(hào)處理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理，最終通過(guò)藍(lán)牙、zigbee協(xié)議或者wifi協(xié)議將結(jié)果發(fā)送至接收機(jī)。

7.如權(quán)利要求1所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述接收器負(fù)責(zé)接收指揮棒發(fā)出的控制信號(hào)并將其轉(zhuǎn)發(fā)至智能家居系統(tǒng)，接收器是獨(dú)立硬件設(shè)備或者是一種集成在智能家居平臺(tái)的插件/軟件，直接集成到現(xiàn)有的智能家居網(wǎng)關(guān)，支持與常見(jiàn)智能家居協(xié)議兼容，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的控制。

8.如權(quán)利要求1所述的用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間域和頻率域提取特征包括但不限于加速度的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、功率譜密度。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種用于智能家居控制的指揮棒動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)，包括硬件部分和軟件部分，硬件部分包括指揮棒電路和接收器，指揮棒電路內(nèi)置有多軸運(yùn)動(dòng)傳感器、處理芯片、按鍵以及集成芯片，多軸運(yùn)動(dòng)傳感器用于采集指揮棒在三維空間中的加速度和角速度數(shù)據(jù)，處理芯片用于對(duì)采集到的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和動(dòng)作識(shí)別的處理，按鍵用于啟動(dòng)動(dòng)作采集，集成芯片用于將動(dòng)作識(shí)別結(jié)果發(fā)送至接收器，本發(fā)明提供了一種全新的交互方式，讓用戶(hù)僅憑手勢(shì)動(dòng)作即可完成以往需要復(fù)雜操作的任務(wù)，極大地簡(jiǎn)化了智能家居的交互流程，該系統(tǒng)結(jié)合了硬件與軟件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，特別是數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和動(dòng)作識(shí)別算法模塊的高效運(yùn)作，為用戶(hù)帶來(lái)了便捷的體驗(yàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉晰鳴,尚振宇,任軒冉,陳鴻源
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京智云華清信息科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15