[发明专利]一种三维人机交互系统

权利要求书

1.一种三维人机交互系统，其特征在于，包括：该系统把整个交互定义为在三种坐标系下的传感器数据获取、处理、融合和转换过程，其中：

三维人机交互装置在自身的多个微型传感器坐标系中获取并输出三维人机交互装置的三维运动状态的多种传感数据；

三维人机交互数据处理和融合装置与三维人机交互装置连接，接收三维人机交互装置所采集的多传感数据，并对多个微型传感器所测具有噪声和动态变化的多传感数据进行融合，获得三维人机交互装置在用户坐标系中的运动状态和位置参数，即位置、速度、加速度、方位、角速度的精确估值，推导运动轨迹、作用力和方向；并转换成应用坐标系中的交互参数；

应用和控制对象通过应用接口与三维人机交互数据处理和融合装置连接，接收运动状态和位置参数的精确估值以及由此推出的交互参数，用于控制应用和控制对象，通过应用接口向三维人机交互数据处理和融合装置发送指令信息。

2.如权利要求1所述的三维人机交互系统，其特征在于，三维人机交互装置，包括：多个微型传感器、中央控制处理单元、无线通信芯片、以及一组功能键，其中：

多个微型传感器提取三维人机交互装置本身的三维位置和运动数据，并经过转换放大处理后输出三维位置和运动模拟数据；

中央控制处理单元的各路模数转换器或数字入口分别连接到多个微型传感器中所有传感器数据端，中央控制处理单元按设定的采样率接收并对多个微型传感器输出的三维位置和运动的模拟数据进行控制和处理，获得多个微型传感器的采样数据存放于中央控制处理单元的寄存器中，并将这些采样数据贴上时序标签和功能键指令一起打包并输出采样数据和功能键指令；中央控制处理单元接收、解释和执行来自三维人机交互数据处理和融合装置所在计算机的命令；

无线通信芯片与中央控制处理单元连接，接收并输出中央控制处理单元的功能键指令和采样数据；无线通信芯片建立三维人机交互装置与三维人机交互数据处理和融合装置所在计算机或计算设备的通信，完成计算机或计算设备之间的数据和命令的传送；

功能键与中央控制处理单元连接，功能键的信息通过中断，由中央控制处理单元将之打包传送到三维人机交互数据处理和融合装置。

3.如权利要求2所述的三维人机交互系统，其特征在于，所述微型传感器为多种微型传感器，多种微型传感器为至少一个或一个以上的三维加速度传感器、三维陀螺仪、三维磁力计、超声波测距仪、激光测距仪。

4.如权利要求2所述的三维人机交互系统，其特征在于，所述功能键是初始化键或重置键、选择键和功能显示键。

5.如权利要求1所述的三维人机交互系统，其特征在于，三维人机交互数据处理和融合装置包括数据预处理模块、方位估计单元、速度和位移估计模块、运动轨迹和力度分析模块、交互参数产生和功能键管理模块、以及应用接口，其中：

数据预处理模块分别与三维人机交互装置连接，数据预处理模块分别接收三维人机交互装置的微型传感器测量该微型传感器坐标系中的加速度、角速度和磁场测量数据，经去噪声和完整性检测处理，生成并输出传感器坐标系中的加速度、角速度和磁场测量的数据流；

方位估计单元与数据预处理模块连接，方位估计单元接收并对传感器坐标系中的加速度、角速度和磁场测量的数据流进行处理，产生并输出在磁场变化和人机交互装置本身加速度较大情况下的方位估值；

速度和位移估计模块与方位估计单元的加速度估计模块连接，速度位移估计模块使用来自加速度估计模块的人机交互装置本身的加速度估值，通过积分得到速度和位移数据；

运动轨迹和力度分析模块与方位估计模块和速度和位移估计模块连接，接受方位估计模块和速度和位移估计模块来的方位估值、速度和位移数据，形成人机交互装置在用户坐标系中各时刻的状态，包括方位、角速度、加速度、速度、位移和位置，并进而推出运动轨迹、作力方向和力度；

交互参数产生和功能键管理模块与运动轨迹和力度分析模块连接，交互参数产生和功能管理模块根据用户坐标系和应用坐标系的关系，把在用户坐标系下的位置、运动轨迹、作力方向和力度参数，在功能键的控制下，按要求对人机交互装置的方位角、角速度、加速度、速度、位移、运动轨迹、作力方向和力度进行进一步计算和加工，输出应用交互参数；

应用接口分别与交互参数产生和功能键管理模块和应用和控制对象连接，应用接口接收并转发应用坐标系中得出的应用交互参数给应用和控制对象。