[发明专利]可调节的视线跟踪人机交互装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种人机交互装置，具体涉及一种应用于可助老、弱、病、残的人机交互装置，特别是基于视线跟踪的人机交互装置，可应用于自然、便捷的人机交互对话活动。

背景技术

随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，人们越来越重视老年人、残疾人的日常护理工作。由于老年人、残疾人的语言和行动障碍比较普遍，眼睛成为了他们获取外界消息和意愿表达的重要窗户。采用基于视线跟踪的人机交互技术能够有效方便地帮他们实现与计算机的交流和自我意愿的表达；采用视线跟踪人机交互技术采集、处理和分析用户的眼部特征，并在人与机器间设计适当的交互界面及信息交流规则，用户只要通过简单的眼部动作就可获取人机交互界面的信息，同时通过人机界面按照一定的规则向计算机发出指令，实现他们的学习和娱乐生活等。这种基于人类眼睛运动的自然人机交互方法，除了必要的计算机和传感器外，还需要建立一个能够包含这些设备的视线跟踪人机交互系统装置，通过这个系统装置的工作实现人机间自然的信息交流。

然而，传统的视线跟踪人机交互装置具有一定的局限性，即人机交互界面是固定的，用户需要自主地去改变身体姿态，让脸部处于人机交互界面的前方。但是对于像老年人、残疾人这样的肢体行为不便的特殊用户，难以自主地改变身体姿态，去适应处于固定姿态的人机界面。在这种情况下，希望有种可适应不同姿态下用户需求的、可调节的视线跟踪人机交互装置，能够方便地调整人机界面，让用户处于自然舒适的姿态下实现人与计算机的交流，这对于老年人、残疾人用户是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节的视线跟踪人机交互装置，克服单纯调整用户姿态的现有技术局限性，在人与机器显示界面、摄像机、辅助光源等组成的基于视线跟踪的交互系统中，能够方便地调节人机装置去适应用户的需求，实现人与计算机的自然便捷的交流，对老、弱、病、残人群的生命与健康提供新的技术解决方案。

为达到上述发明目的，本发明采用下述技术方案：

一种可调节的视线跟踪人机交互装置，包括显示屏支架、显示屏、辅助光源、摄像机和底座，显示屏、摄像机、辅助光源之间的位置相对固定并连接在显示屏支架上，显示屏的位置对应于用户脸部前方，辅助光源对准用户的眼睛照射并形成反射亮点，摄像机的镜头正对用户的眼部，摄像机摄取用户眼部动作后，将用户眼部影像数据经由专用的图像采集卡采集到计算机的内存中进行数据处理，经过计算机的数据分析得出的结果通过显示屏输出，显示屏支架安装在底座上，底座的下方装有行走机构，行走机构包括一组万向轮，水平推动底座使显示屏发生水平位移变化，即可改变显示屏的水平位置，使显示屏与用户面部处于相对应的空间位置。显示屏支架通过姿态调节机构与底座活动连接安装，姿态调节机构根据用户面部的不同姿态对显示屏进行多姿态调节,姿态调节机构不仅能使显示屏进行位移升降动作，还能使显示屏进行俯仰和左右偏转的角度变化，从而使显示屏的高度位置、左右偏转角度和俯仰角度均与用户的面部姿态相适应，实现面对面的信息人机交互。

上述姿态调节机构至少包括使显示屏进行上下竖直动作的升降位移调节机构、使显示屏进行俯仰动作的俯仰倾角调节机构和使显示屏进行左右偏转动作的左右偏转角调节机构，升降位移调节机构、俯仰倾角调节机构和左右偏转角调节机构依次连接并设置在底座和显示屏支架之间，通过逐级动作传递调整显示屏的多种姿态。

上述左右偏转角调节机构为枢转机械机构，包括回转支架、回转调节件和偏转定位螺母，回转调节件与显示屏支架固定连接，回转调节件和回转支架形成螺旋转动副，偏转定位螺母安装于回转调节件和回转支架之间，旋转控制回转调节件即可改变显示屏支架的左右偏转角度，通过控制偏转定位螺母使显示屏支架的左右偏转进行角度保持；俯仰倾角调节机构也为枢转机械机构，包括水平管套、枢转调节件和倾角定位螺母，枢转调节件的远端与回转支架固定连接，枢转调节件与水平管套同轴枢转且也形成螺旋转动副，枢转调节件的枢转轴线与左右偏转角调节机构的回转调节件的枢转轴线呈空间垂直位置关系，通过旋转控制枢转调节件带动回转支架旋转即可改变显示屏支架的俯仰倾角，倾角定位螺母安装于枢转调节件的近端与水平管套之间，通过控制倾角定位螺母对枢转调节件的转角进行限制即可显示屏支架的俯仰倾角进行角度保持；升降位移调节机构为气动机械机构，包括气动升降装置及其气动控制手柄，气动升降装置安装在底座上，气动升降装置的传动输出端连接水平管套，气动升降装置驱动水平管套进行升降进而带动显示屏支架进行升降，操作气动控制手柄控制水平管套进行位移升降和高度位置保持，对显示屏的高度位置进行调节。