[发明专利]一种三维人机交互系统

说明书

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，具体来说是一种三维人机交互系统。

背景技术

人机交互技术在很多领域得到广泛应用，如电子产品、游戏、医疗等。然而，在人机交互系统中，经常因为噪音原因，会导致最终结构不精确。

在人机交互技术中，项目产品通过对构成惯性追踪模块的三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器及外围电路设计，成功将惯性导航系统应用到体感互动健身系统，以精确确定运动载体的方位、姿态和速度，且具有在较小范围内测量精度高，误差小，响应快，抗干扰强等优点。

其中传统的三轴磁传感器会因为其他磁场的干扰而导致位置不精确，所以，一种抗干扰能力强的三轴磁传感器是保证人机交互结构的重要环节。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中三维目标定位易受噪音干扰的缺陷，提供一种三维人机交互系统，来解决上述问题。

本发明通过以下技术方案实现上述技术内容：

一种三维人机交互系统，包括惯性追踪模块；所述惯性追踪模块包括三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器以及控制器；所述三轴加速度传感器包括两个加速计；所述两个加速计相隔一定距离设置在人体上；所述三轴陀螺仪设置在人体上；所述三轴传感器设置在人体上；所述三轴陀螺仪、三轴加速度传感器、三轴磁传感器以及控制器均与所述控制器连接；

所述三轴磁传感器为单芯片三轴磁场传感器，所述单芯片三轴磁场传感器传感器包括：一位于XY平面内的基片，所述基片上集成设置有一X轴传感器、一Y轴传感器和一Z轴传感器，分别用于检测磁场在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向上的分量；所述X轴传感器和所述Y轴传感器各自均包含有一参考电桥和至少两个磁通量控制器，所述参考电桥的参考臂和感应臂均包含有一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件，所述参考臂上的磁电阻传感元件位于所述磁通量控制器的上方或下方，并沿着所述磁通量控制器的长度方向排列形成参考元件串，所述感应臂上的磁电阻传感元件位于相邻两个所述磁通量控制器之间的间隙处，并沿着所述磁通量控制器的长度方向排列形成感应元件串；所述参考元件串和所述感应元件串相互交错排放，每个所述参考元件串至少与一个所述感应元件串相邻，每个所述感应元件串也至少与一个所述参考元件串相邻；所述Y轴传感器中的各元件和所述X轴传感器中对应的元件排布方向相互垂直；所述X轴传感器和所述Y轴传感器中各自两个相邻所述磁通量控制器之间的间隙处的磁场的增益系数均为1<Asns<100，所述X轴传感器和所述Y轴传感器的磁通量控制器的上方或者下方处的磁场的衰减系数均为0<Aref<1；所述Z轴传感器包含有一推挽电桥和至少一个磁通量控制器，所述推挽电桥的推臂和挽臂交替排列，各自均包含有所述一个或多个相同的相互电连接的磁电阻传感元件，所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件均沿着所述Z轴传感器中磁通量控制器的长度方向排列，分别位于所述Z轴传感器中磁通量控制器的下方两侧或上方两侧；所述X轴传感器和所述Y轴传感器上的磁电阻传感元件的钉扎层的材料不同，并且钉扎层的磁化方向垂直；所述Z轴传感器和所述X轴传感器的钉扎层的磁化方向相同；在没有外加磁场时，所有所述磁电阻传感元件的磁性自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向均垂直；其中，X轴、Y轴和Z轴两两相互正交。

优选的，所述磁电阻传感元件为GMR自旋阀元件或者TMR传感元件。

优选的，所述磁通量控制器为矩形长条阵列，其在垂直于所述磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向上的长度大于沿着所述磁电阻传感元件的钉扎层的磁化方向的长度，并且其组成材料为软铁磁合金。

优选的，所述X轴传感器和所述Y轴传感器各自的所述感应臂和所述参考臂上的磁电阻传感元件的数量相同；所述Z轴传感器的所述推臂和所述挽臂上的磁电阻传感元件的数量相同。

优选的，所述磁电阻传感元件在垂直于钉扎层磁化方向上的长度大于沿着钉扎层磁化方向的长度。

优选的，所述Z轴传感器的相邻两个所述磁通量控制器之间的间距S不小于所述Z轴传感器的所述磁通量控制器的三维尺寸中最小的一个。

优选的，在没有外加磁场时，所述磁电阻传感元件通过永磁偏置、双交换作用、形状各向异性或者它们的任意结合来实现磁性自由层的磁化方向与钉扎层的磁化方向垂直。

优选的，所述参考电桥和所述推挽电桥均为半桥、全桥或者准桥结构。

优选的，所述基片上集成有一ASIC芯片，或所述基片与一独立的ASIC芯片相电连接。