[实用新型]一种用于手势识别的动作捕捉手套

说明书

技术领域

本实用新型属于人机交互技术领域，更具体地，涉及一种用于手势识别的动作捕捉手套。

背景技术

人们与外界进行交互的过程中手势动作是重要的交互方式。人们用手势动作来表达思想、感知客观世界并完成各种操作。随着虚拟现实技术的快速发展，通过使用动作捕捉设备采集人体手势信息，可以极大地丰富虚拟现实的设计内容，增加内容的可玩性，提高人机交互的效率，拓宽虚拟现实系统的应用范围。

数据手套是目前虚拟现实系统中进行手部动作捕捉非常重要的输入设备，它可以跟踪测量穿戴者灵活的手势姿态变化，实时地将其传送至处理单元，最终在显示系统中重现手部运动。虚拟现实技术的高速发展促进了手部动作捕捉技术的应用。动作捕捉手套凭借其自然高效的人机互动方式，已在游戏娱乐、动画设计、手术教学、手语识别、可视化科学研究、机器人控制等领域得到广泛应用。传统的手势动作测量系统主要有机械式和光学式两大类。机械式如Dexta Robotics手部动作捕捉设备Dexmo，光学式如Leap Motion公司的视觉识别手势捕捉。机械式手势捕捉系统原理和结构相对复杂，维护成本高且存在运动受限。光学式手势捕捉系统工作方式复杂，受光线条件和遮挡条件影响大，同时受使用范围大小限制。

与传统的手势捕捉系统中使用的传感技术相比，微机电系统(Micro-Electro-Mechanic System，MEMS)传感器具有体积小、重量轻、可靠性高、成本低、易于大规模生产等优点。近年来随着MEMS技术的普及以及其价格的下降，MEMS拥有广阔的工程应用前景，尤其是对体积和成本敏感的虚拟现实系统应用具有重要意义。现有技术中描述了一种使用惯性传感器件进行手部姿态检测的数据手套。该数据手套集成的每一个微型传感器均由一个三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计和三轴磁传感器组成，且内嵌了多传感器融合算法用于测量每个关节的姿态变化，进而实现手势姿态的解算。然而该数据手套是基于惯性传感原理，其集成的航姿参考系统封装在电路板上，并通过导线连接至数据采集与控制模块。该方案中航姿参考系统依然是通过将单个陀螺仪、加速度计和磁传感器贴装在电路板上实现，当某一个传感器出现问题导致航姿参考系统不可用时，更换航姿参考系统将十分不便。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于手势识别的动作捕捉手套，其目的在于采用可方便更换的姿态传感模块硬件方案，降低动捕手套的维护难度和维修成本，并且进一步消除由于安装偏差导致的姿态传感模块的初始姿态四元数误差，实现高精度的手势动作捕捉。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于手势识别的动作捕捉手套，包括姿态传感模块、手套本体以及设置在手套本体末端的集线器，其中：

在所述手套本体的每个关节两端的手指部位均安装一个姿态传感模块；

所述姿态传感模块至少集成有一个三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计和三轴磁传感器及传感微处理器；所述三轴陀螺仪用于测量手部运动的角速度，三轴加速度计用于测量手部运动的加速度，三轴磁传感器用于测量手部运动时不同方位下的地磁场大小，传感微处理器用于融合多传感器测量的数据，得到手部各关节运动的姿态并输出姿态四元数；

所述每个姿态传感模块通过插座与所述手套本体相连，所述插座贴装在所述手套本体内部布置的软排线上，所述各姿态传感模块通过软排线与所述集线器相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述集线器内部集成有校准微处理器与信号发射模块，其中：

所述校准微处理器用于接收各姿态传感模块采集的各关节姿态四元数；

所述信号发射模块用于将所述各关节姿态四元数传输到相应的显示设备上，实现手势动作捕捉。

在本实用新型的一个实施例中，所述校准微处理器还用于对所述各关节姿态四元数进行位置偏差校准。

在本实用新型的一个实施例中，所述校准微处理器根据初始偏差四元数对所述各姿态传感模块采集的各关节姿态四元数进行位置偏差校准。

在本实用新型的一个实施例中，所述校准微处理器根据五个手指自然并拢平放时各个关节局部坐标系下的理论初始四元数以及各姿态传感模块的输出四元数计算所述初始偏差四元数。

在本实用新型的一个实施例中，所述初始偏差四元数为其中i＝1,2...16，所述为姿态传感模块的输出四元数，所述为五个手指自然并拢平放时各个关节局部坐标系下的理论初始四元数。

在本实用新型的一个实施例中，所述姿态传感模块共有16个。