一種交互式數(shù)據(jù)手套的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交互式數(shù)據(jù)手套，屬于人機交互設備技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來人機交互技術迅猛發(fā)展，它主要是通過相關設備識別人的各種行為動作、身體姿勢等與計算機虛擬環(huán)境進行互動，實現(xiàn)游戲、操作訓練、健身等功能。其中，數(shù)據(jù)手套是常用的手段，它通過光纖或慣性器件實現(xiàn)人手動作的捕捉，實現(xiàn)虛擬環(huán)境的操作，但是目前很少能實現(xiàn)交互式的數(shù)據(jù)手套。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提出一種交互式數(shù)據(jù)手套，用于實時捕獲手掌和手指的運動信息，每個指尖的觸覺信息，并進行實時顯示，同時把虛擬力以振動反饋給數(shù)據(jù)手套，實現(xiàn)一個交互的過程，能應用于人機交互、遙操作、康復監(jiān)測等多方面。
[0004]本發(fā)明提出的交互式數(shù)據(jù)手套，包括:
[0005]十六個9軸慣性傳感器，用于測量手掌和手指關節(jié)的三維角速度、三維加速度以及三維磁矢量，十六個9軸慣性傳感器分為五組，其中，第一組由四個9軸慣性傳感器相互串聯(lián)而成，四個9軸慣性傳感器分別安裝在手套背面的中指三個關節(jié)和手背上;第二組、第三組、第四組和第五組分別由三個9軸慣性傳感器相互串聯(lián)而成，四組的三個9軸慣性傳感器分別安裝在手套背面的大拇指、食指、無名指和小拇指的三個關節(jié)上，十六個9軸慣性傳感器探測得到的三維加速度、三維角速度和三維磁矢量通過信號線發(fā)送至微處理器，以獲得手掌和手指關節(jié)的運動信息；
[0006]五個觸覺傳感器，用于測量手指表面操作的手指表面操作壓力值，五個觸覺傳感器分別安裝在手套正面的每個指尖面上，五個觸覺傳感器探測得到的手指表面操作壓力值通過信號線發(fā)送給微處理器；
[0007]五個壓電式觸覺驅(qū)動器，用于接收微處理器反饋的控制信號，使壓電式觸覺驅(qū)動器實現(xiàn)振動，五個壓電式觸覺驅(qū)動器分別固定在手套的每個指尖端，用于反饋虛擬力的情況；
[0008]微處理器，用于接收十六個9軸慣性傳感器的三維角速度、三維加速度、三維磁矢量和觸覺傳感器的壓力值，實時計算各手指關節(jié)和手掌的姿態(tài)、速度和位置，以及手指的觸覺，同時實時把虛擬力解算為壓電式觸覺驅(qū)動器的反饋信號，微處理器穿戴在手臂上；
[0009]無線傳輸模塊，用于將上述微處理器計算得到各手指關節(jié)和手掌的姿態(tài)、速度和位置通過無線方式發(fā)送到主控端，同時主控端的虛擬力指令通過無線方式發(fā)給微處理器；
[0010]電源，用于為9軸慣性傳感器、觸覺傳感器、壓電式觸覺驅(qū)動器、微處理器和無線傳輸模塊供電，電源穿戴在手臂上。
[0011]中央處理器，用于通過無線傳輸模塊接收微處理器計算得到的傳感信息，實時驅(qū)動虛擬模仿人手模型，將虛擬模仿人手模型的操作虛擬力或控制機械手的力反饋成壓電式觸覺驅(qū)動器的指令流。
[0012]本發(fā)明提出的交互式數(shù)據(jù)手套，無需外接設備如攝像頭等就可以進行工作，不受環(huán)境光照、遮擋等影響，適應力強，穿戴方便，能實時、完整、快速地捕獲手掌和每個手指的運動信息、觸覺信息，同時帶力反饋，實現(xiàn)交互式的操作。本發(fā)明的穿戴系統(tǒng)可以遠距離傳輸并直觀顯示，能應用于人機交互、遙操作、上肢康復監(jiān)測等多種領域。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明提出的交互式數(shù)據(jù)手套的流程框圖。
[0014]圖2是本發(fā)明提出的交互式數(shù)據(jù)手套的結構示意圖，其中，(a)為手套反面的結構示意圖，(b)為手套正面的結構示意圖。
[0015]圖2中，I是九軸慣性傳感器，2是觸覺傳感器，3是壓電式觸覺驅(qū)動器，4是電源，5是微處理器，6是無線傳輸模塊，7是中央處理器。
【具體實施方式】
[0016]本發(fā)明提出的交互式數(shù)據(jù)手套，流程框圖如圖1所示，結構示意圖如圖2所示，包括:
[0017]十六個9軸慣性傳感器I，用于測量手掌和手指關節(jié)的三維角速度、三維加速度以及三維磁矢量，十六個9軸慣性傳感器I分為五組，其中，第一組由四個9軸慣性傳感器I相互串聯(lián)而成，四個9軸慣性傳感器I分別安裝在手套背面的中指三個關節(jié)和手背上;第二組、第三組、第四組和第五組分別由三個9軸慣性傳感器I相互串聯(lián)而成，四組的三個9軸慣性傳感器I分別安裝在手套背面的大拇指、食指、無名指和小拇指的三個關節(jié)上，十六個9軸慣性傳感器I探測得到的三維加速度、三維角速度和三維磁矢量通過信號線發(fā)送至微處理器5，以獲得手掌和手指關節(jié)的運動信息；
[0018]五個觸覺傳感器2，用于測量手指表面操作的手指表面操作壓力值，五個觸覺傳感器2分別安裝在手套正面的每個指尖面上，五個觸覺傳感器2探測得到的手指表面操作壓力值通過信號線發(fā)送給微處理器5;
[0019]五個壓電式觸覺驅(qū)動器3，用于接收微處理器5反饋的控制信號，使壓電式觸覺驅(qū)動器3實現(xiàn)振動，五個壓電式觸覺驅(qū)動器3分別固定在手套的每個指尖端，用于反饋虛擬力的情況；
[0020]微處理器5，用于接收十六個9軸慣性傳感器I的三維角速度、三維加速度、三維磁矢量和觸覺傳感器的壓力值2，實時計算各手指關節(jié)和手掌的姿態(tài)、速度和位置，以及手指的觸覺，同時實時把虛擬力解算為壓電式觸覺驅(qū)動器3的反饋信號，微處理器5穿戴在手臂上；
[0021]無線傳輸模塊6，用于將上述微處理器5計算得到各手指關節(jié)和手掌的姿態(tài)、速度和位置通過無線方式發(fā)送到中央處理器7，同時中央處理器7的虛擬力指令通過無線方式發(fā)給微處理器；
[0022]電源4，用于為9軸慣性傳感器1、觸覺傳感器2、壓電式觸覺驅(qū)動器3、微處理器5和無線傳輸模塊6供電，電源4穿戴在手臂上。
[0023]中央處理器7，用于通過無線傳輸模塊6接收微處理器5計算得到的傳感信息，實時驅(qū)動虛擬模仿人手模型，將虛擬模仿人手模型的操作虛擬力或控制機械手的力反饋成壓電式觸覺驅(qū)動器3的指令流。
【主權項】
1.一種交互式數(shù)據(jù)手套，其特征在于該手套包括: 十六個9軸慣性傳感器，用于測量手掌和手指關節(jié)的三維角速度、三維加速度以及三維磁矢量，十六個9軸慣性傳感器分為五組，其中，第一組由四個9軸慣性傳感器相互串聯(lián)而成，四個9軸慣性傳感器分別安裝在手套背面的中指三個關節(jié)和手背上;第二組、第三組、第四組和第五組分別由三個9軸慣性傳感器相互串聯(lián)而成，四組的三個9軸慣性傳感器分別安裝在手套背面的大拇指、食指、無名指和小拇指的三個關節(jié)上，十六個9軸慣性傳感器探測得到的三維加速度、三維角速度和三維磁矢量通過信號線發(fā)送至微處理器，以獲得手掌和手指關節(jié)的運動信息； 五個觸覺傳感器，用于測量手指表面操作的手指表面操作壓力值，五個觸覺傳感器分別安裝在手套正面的每個指尖面上，五個觸覺傳感器探測得到的手指表面操作壓力值通過信號線發(fā)送給微處理器； 五個壓電式觸覺驅(qū)動器，用于接收微處理器反饋的控制信號，使壓電式觸覺驅(qū)動器實現(xiàn)振動，五個壓電式觸覺驅(qū)動器分別固定在手套的每個指尖端，用于反饋虛擬力的情況； 微處理器，用于接收十六個9軸慣性傳感器的三維角速度、三維加速度、三維磁矢量和五個觸覺傳感器的壓力值，實時計算各手指關節(jié)和手掌的姿態(tài)、速度和位置，以及手指的觸覺，同時實時把中央處理器解算的虛擬力轉化為壓電式觸覺驅(qū)動器的反饋信號，微處理器穿戴在手臂上； 無線傳輸模塊，用于將上述微處理器計算得到各手指關節(jié)和手掌的姿態(tài)、速度和位置通過無線方式發(fā)送到中央處理器，同時中央處理器的虛擬力指令通過無線方式發(fā)給微處理器； 電源，用于為9軸慣性傳感器、觸覺傳感器、壓電式觸覺驅(qū)動器、微處理器和無線傳輸模塊供電，電源穿戴在手臂上。 中央處理器，用于通過無線傳輸模塊接收微處理器計算得到的傳感信息，實時驅(qū)動虛擬模仿人手模型，將虛擬模仿人手模型的操作虛擬力或控制機械手的力反饋成壓電式觸覺驅(qū)動器的指令流。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種交互式數(shù)據(jù)手套，屬于人機交互設備技術領域。該交互式數(shù)據(jù)手套包括用于采集人手每個關節(jié)的三維角速度、三維加速度以及三維磁矢量的9軸慣性傳感器，用于采集接觸力的觸覺傳感器，用于反饋力情況的壓電式觸覺驅(qū)動器，實時處理三類傳感器信息的微處理器，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳輸模塊，用于顯示虛擬手模型和交互處理的主控端。本數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)適應力強，穿戴方便，能實時、完整、快速地手掌和每個手指的運動信息、觸覺信息，并能實現(xiàn)力交互，可以遠距離傳輸并直觀顯示，能應用于人機交互、遙操作、上肢康復監(jiān)測等多種領域。
【IPC分類】G06F3/01
【公開號】CN105677036
【申請?zhí)枴緾N201610064202
【發(fā)明人】方斌, 孫富春, 劉華平, 楊豪琳
【申請人】清華大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月29日