[发明专利]一种交互式数据手套

说明书

技术领域

本发明涉及一种交互式数据手套，属于人机交互设备技术领域。

背景技术

近年来人机交互技术迅猛发展，它主要是通过相关设备识别人的各种行为动作、身体姿势等与计算机虚拟环境进行互动，实现游戏、操作训练、健身等功能。其中，数据手套是常用的手段，它通过光纤或惯性器件实现人手动作的捕捉，实现虚拟环境的操作，但是目前很少能实现交互式的数据手套。

发明内容

本发明的目的是提出一种交互式数据手套，用于实时捕获手掌和手指的运动信息，每个指尖的触觉信息，并进行实时显示，同时把虚拟力以振动反馈给数据手套，实现一个交互的过程，能应用于人机交互、遥操作、康复监测等多方面。

本发明提出的交互式数据手套，包括：

十六个9轴惯性传感器，用于测量手掌和手指关节的三维角速度、三维加速度以及三维磁矢量，十六个9轴惯性传感器分为五组，其中，第一组由四个9轴惯性传感器相互串联而成，四个9轴惯性传感器分别安装在手套背面的中指三个关节和手背上；第二组、第三组、第四组和第五组分别由三个9轴惯性传感器相互串联而成，四组的三个9轴惯性传感器分别安装在手套背面的大拇指、食指、无名指和小拇指的三个关节上，十六个9轴惯性传感器探测得到的三维加速度、三维角速度和三维磁矢量通过信号线发送至微处理器，以获得手掌和手指关节的运动信息；

五个触觉传感器，用于测量手指表面操作的手指表面操作压力值，五个触觉传感器分别安装在手套正面的每个指尖面上，五个触觉传感器探测得到的手指表面操作压力值通过信号线发送给微处理器；

五个压电式触觉驱动器，用于接收微处理器反馈的控制信号，使压电式触觉驱动器实现振动，五个压电式触觉驱动器分别固定在手套的每个指尖端，用于反馈虚拟力的情况；

微处理器，用于接收十六个9轴惯性传感器的三维角速度、三维加速度、三维磁矢量和触觉传感器的压力值，实时计算各手指关节和手掌的姿态、速度和位置，以及手指的触觉，同时实时把虚拟力解算为压电式触觉驱动器的反馈信号，微处理器穿戴在手臂上；

无线传输模块，用于将上述微处理器计算得到各手指关节和手掌的姿态、速度和位置通过无线方式发送到主控端，同时主控端的虚拟力指令通过无线方式发给微处理器；

电源，用于为9轴惯性传感器、触觉传感器、压电式触觉驱动器、微处理器和无线传输模块供电，电源穿戴在手臂上。

中央处理器，用于通过无线传输模块接收微处理器计算得到的传感信息，实时驱动虚拟模仿人手模型，将虚拟模仿人手模型的操作虚拟力或控制机械手的力反馈成压电式触觉驱动器的指令流。

本发明提出的交互式数据手套，无需外接设备如摄像头等就可以进行工作，不受环境光照、遮挡等影响，适应力强，穿戴方便，能实时、完整、快速地捕获手掌和每个手指的运动信息、触觉信息，同时带力反馈，实现交互式的操作。本发明的穿戴系统可以远距离传输并直观显示，能应用于人机交互、遥操作、上肢康复监测等多种领域。

附图说明

图1是本发明提出的交互式数据手套的流程框图。

图2是本发明提出的交互式数据手套的结构示意图，其中，(a)为手套反面的结构示意图，(b)为手套正面的结构示意图。

图2中，1是九轴惯性传感器，2是触觉传感器，3是压电式触觉驱动器，4是电源，5是微处理器，6是无线传输模块，7是中央处理器。

具体实施方式

本发明提出的交互式数据手套，流程框图如图1所示，结构示意图如图2所示，包括：

十六个9轴惯性传感器1，用于测量手掌和手指关节的三维角速度、三维加速度以及三维磁矢量，十六个9轴惯性传感器1分为五组，其中，第一组由四个9轴惯性传感器1相互串联而成，四个9轴惯性传感器1分别安装在手套背面的中指三个关节和手背上；第二组、第三组、第四组和第五组分别由三个9轴惯性传感器1相互串联而成，四组的三个9轴惯性传感器1分别安装在手套背面的大拇指、食指、无名指和小拇指的三个关节上，十六个9轴惯性传感器1探测得到的三维加速度、三维角速度和三维磁矢量通过信号线发送至微处理器5，以获得手掌和手指关节的运动信息；

五个触觉传感器2，用于测量手指表面操作的手指表面操作压力值，五个触觉传感器2分别安装在手套正面的每个指尖面上，五个触觉传感器2探测得到的手指表面操作压力值通过信号线发送给微处理器5；