[发明专利]带振动触觉反馈的三维体感人机交互系统及其交互方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种人机交互系统，尤其涉及一种带振动触觉反馈的三维体感人机交互系统及其交互方法，属于人机交互领域。

背景技术

人机交互技术是通过相关的输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。随着计算机硬件技术和软件技术的发展，人机交互也趋于多样化发展。在输出设备方面，有传统的视觉和听觉方式；在输入设备方面，已经从传统的键盘和鼠标发展为多种多样的形式。最近新兴的力触觉技术，其可让人们借助力觉与计算机环境中的虚拟物体进行交互。

在人机交互应用最为典型的游戏领域中，基于人体姿态的体感交互技术越来越受到关注。目前，常用的人机交互设备主要有鼠标、触摸屏等，其是由手部的运动、手指的敲击来进行信息确认、数据输入等操作，但是鼠标和触摸屏只能感知手掌在平面内的运动信息，无法对空间内肢体的运动信息进行感应，即无法完成更丰富、更自然的人机动作交互以及直接的动作信息反馈。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，而提出一种带振动触觉反馈的三维体感人机交互系统及其交互方法。

该交互系统的结构包括运动测量模块、数据收发处理模块和上位计算机，其中：运动测量模块是由五个子测量模块组成，每个子测量模块均与数据收发处理模块无线连接，数据收发处理模块连接上位计算机。

所述每个子测量模块均包括加速度传感器、第一无线射频模块、电动振子、单片机、陀螺仪和电源，其中：加速度传感器和第一无线射频模块均通过SPI总线与单片机连接，单片机分别连接电动振子和陀螺仪，电源采用锂电池供电。

所述数据收发处理模块是由USB控制芯片连接第二无线射频模块构成，USB控制芯片连接上位计算机。

上述交互系统的交互方法流程为：

将运动测量模块中的五个子测量模块分别佩带在人体的四肢和躯干上，每个子测量模块分别获取相应肢体的空间位置信息及水平偏角，并定时将所获信息通过第一无线射频模块发送至数据收发处理模块，数据收发处理模块将收到的信息预处理后传输给上位计算机，上位计算机通过配套软件对接受数据做进一步处理；在发送完一组数据后，数据收发处理模块接受上位计算机反馈来的振动信号，五个子测量模块无线扫描数据收发处理模块得到该振动信号，然后控制相应的电动振子进行振动，完成交互过程。

技术效果：

本发明可获取人体的三维动作特征，即通过获取测量模块所在肢体的空间位置来进行人机交互，并以振动触觉反馈作为交互提示信息，系统结构简单，使用方便，实现了更自然、更丰富的人机交互功能。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图，图中标号名称：1、运动测量模块；2、数据收发处理模块；3、上位计算机。

图2为子测量模块的结构示意图，图中标号名称：5、加速度传感器；7、第一无线射频模块；8、SPI总线；9、电动振子；10、单片机；11、电源；12、陀螺仪。

图3为数据收发处理模块的结构示意图，图中标号名称：13、USB控制芯片；14、第二无线射频模块；15、USB接口。

图4为子测量模块的测量工作流程图。

图5为数据收发处理模块的信息中转流程图。

图6为计算机配套软件的数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的系统结构如图1所示，包括运动测量模块1、数据收发处理模块2和上位计算机3，其中：运动测量模块1与数据收发处理模块2之间无线连接，数据收发处理模块2连接上位计算机3。所述运动测量模块1是由佩带在人体四肢和躯干上的五个子测量模块组成，每个子测量模块均与数据收发处理模块2无线连接。在实际应用中，子测量模块的数量和位置可根据需要进行调整。