手势检测与手势显示系统的制作方法

1.本发明涉及手势检测技术领域，尤其涉及一种手势检测与手势显示系统。


背景技术：

2.随着电子产品迅速发展，人们逐渐厌倦鼠标、键盘、遥控器式的人机交互模式。目前市场上的消费者更倾向于使用vr技术的新型交互设备。数据手套凭借手指的灵活性和活动数据的易采集性等优点成为虚拟现实领域中重要的新型人机交互工具。然而，在现有的数据手套大多通过实验室研发或民间爱好者研发，通过前者制作的数据手套成本高，通过后者制作的数据手套虽然成本低于前者，但是后者制作的数据手套稳定性差。
3.现有技术中，在数据手套中大多采用弯曲度传感器以提高数据手套针对手势检测的精度，然而现有技术中采用弯曲度传感器的数据手套大多采用单弯曲度传感器，同时，因为要防止在穿戴过程中拉伸损坏弯曲度传感器，故而不能将弯曲度传感器固定在手指背面，从而导致在手势变换过程中弯曲度传感器的位置发成偏移，测量结果不准确并进一步降低了数据手套针对手势检测的精度。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种手势检测与手势显示系统，用以克服现有技术中数据手套针对手势检测精度低的问题。
5.为此，本实用新型提供一种手势检测与手势显示系统，用以克服现有技术造价高，性能不稳定的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种手势检测与手势显示系统，包括：
7.手套，用以装载系统中各模块的部件；
8.手套传感器模块，包括多个分别设置在所述手套中各手指上、下用以将各手指的弯曲度转换成对应电信号的双弯曲度传感器以及设置在相邻两双弯曲度传感器之间用以将相邻两手指之间的距离转换成对应电信号的拉力传感器；在单个所述双弯曲度传感器中包括设置在手指与手背同侧的第一弯曲度传感器和设置在手指与手心同侧的第二弯曲度传感器；
9.手套电路模块，其设置在所述手套的手背处并与所述手套传感器模块相连，用以接收手套传感器模块输出的电信号；
10.unity手势显示模块，其为一计算机，unity手势显示模块与所述手套电路模块无线连接，用以接收所述手套电路模块中的电信号并将电信号转换为对应的手部姿态，unity手势显示模块通过显示器显示转换完成的手部姿态。
11.进一步地，所述手套电路模块包括：
12.核心芯片，其位于所述手套手背一侧的中心处，用以分别接收和处理各所述双弯曲度传感器以及各所述拉力传感器输出的电信号；
13.数据接口，其设置在所述核心芯片的一侧并与核心芯片相连，用以与计算机相连
以对系统内的程序进行优化和调试；
14.蓝牙通信单元，其设置在所述核心芯片远离所述数据接口的一侧并与核心芯片相连，用以将所述手套电路模块与对应的所述unity手势显示模块进行匹配。
15.进一步地，所述手套电路模块中还设有九轴传感器，其与所述蓝牙通信单元相连，用以通过蓝牙通信单元向所述核心芯片输送九轴传感器所在电路板的航向角、横滚角以及俯仰角。
16.进一步地，在各所述双弯曲度传感器上分别设有传感器固定装置，对于单个传感器固定装置，其包括分别设置于所述手套单个手指对应位置处、用以将所述第一弯曲度传感器和第二弯曲度传感器固定在指定位置的弯曲度传感器固定装置，在各弯曲度传感器固定装置上还设有用以对所述拉力传感器进行约束的拉力传感器固定装置。
17.进一步地，各所述双弯曲度传感器靠近所述手套手掌部分的端部均外接有引线，各引线分别与所述核心芯片相连，用以将双弯曲度传感器转换的电信号输送至核心芯片。
18.进一步地，所述手套电路模块中还设有led显示灯，其与所述核心芯片相连，用以在系统运行时通过闪烁次数提示使用者需进行的动作。
19.进一步地，所述手套电路模块中还设有供电电路，其分别与所述手套电路模块中的各部件相连，用以对手套电路模块提供电力。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型采用双弯曲度传感器测量手指弯曲程度，测量结果相对于单弯曲度传感器更加稳定和精准。能够有效抵消单弯曲度传感器在检测过程中发生偏移对测量结果的影响。
21.进一步地，本实用新型在两手指之间设置了拉力传感器，通过在手指弯曲时判断相邻手指之间的开闭程度，能够有效克服弯曲手指时相邻手指之间的偏移量对测量结果精度产生的影响，从而进一步提高了本实用新型所述系统针对手势检测的精度。
22.进一步地，本实用新型通过使用unity手势显示模块显示手部的实际手势，可以更加直观地检测到所述手套实际的手部姿态，在提高为设计虚拟现实交互中提供手势速率的同时，进一步提高了本实用新型所述系统针对手势检测的精度。
23.进一步地，所述数据接口与计算机相连，能随时对系统内的程序进行优化和调试，通过优化和调试系统内的程序，能够有效避免长时间不对程序进行维护导致的手势检测精度出现偏差的情况发生，从而进一步提高了本实用新型所述系统针对手势检测的精度。。
24.进一步地，所述蓝牙通信单元在所述核心芯片远离所述数据接口的一侧并与核心芯片相连，手套电路模块通过蓝牙通信模块给unity手势显示模块传输数据，摆脱了有线连接的空间拘束，使数据手套更加方便，操作空间更大，有效提高了本发明所述系统针对手势检测时的检测效率。
25.进一步地，所述led显示灯与所述核心芯片相连，通过闪烁次数提示使用者需进行的动作，能够使使用者更加快速地完成手势的检测，并进一步提高了本发明所述系统针对手势检测时的检测效率。
26.进一步地，所述拉力传感器、双弯曲度传感器和九轴传感器三种传感器联合检测手部姿态，可以有效提高了所述系统针对手势种类的检测上限在保证本实用新型所述系统针对手势检测的精度的同时，为虚拟现实和人机交互提供更多手势选择，进一步提高了本发明所述系统针对手势检测时的检测效率。
附图说明
27.图1为本实用新型手势检测与手势显示系统的结构视图；
28.图2为本实用新型所述双弯曲度传感器部分的局部放大图；
29.图3为本实用新型手势检测与手势显示系统的系统结构框图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
31.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
32.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.请参阅图1和图2所示，其分别为本实用新型所述手势检测与手势显示系统的系统结构图，为本实用新型所述手势检测与手势显示系统的结构视图以及所述双弯曲度传感器部分的局部放大图。本实用新型所述手势检测与手势显示系统包括：
35.手套、手套传感器模块、手套电路模块以及unity手势显示模块。其中，所述手套传感器模块设置在所述手套的各手指处，用以检测穿戴手套的各手指的弯曲度；所述手套电路模块设置在所述手套手背的一侧并与所述手套传感器模块相连，用以用以接收手套传感器模块输出的电信号；所述unity手势显示模块与所述手套电路模块无线连接，用以接收所述手套电路模块中的电信号并将电信号转换为对应的手部姿态；
36.当所述系统运行时，使用者穿戴所述手套，当使用者弯曲手指时，所述手套传感器模块受力变形、将形变时受到的力转化为电信号并将转化完成的电信号输送至所述手套电路模块，手套电路模块对接收到的电信号进行处理并在处理完成后将电信号发送至所述unity手势显示模块，unity手势显示模块在接收到电信号时通过显示器显示转换完成的手部姿态。
37.请继续参阅图1和图2所示，本实用新型所述手套传感器模块包括多个第一弯曲度传感器11、第二弯曲传感器12、拉力传感器13和引线14；
38.其中，所述第一弯曲度传感器11设置在所述手套手指靠近手背的一侧，用以在使用者弯曲手指时将第一弯曲度传感器11受到的拉力转换为对应的电信号；所述第二弯曲度传感器12设置在所述手套手指靠近手心的一侧，用以在使用者弯曲手指时将第二弯曲度传感器12受到的拉力转换为对应的电信号；所述拉力传感器13设置在相邻的两手指之间，用以在两手指弯曲时检测两手指的实际距离；所述引线14分别设置在各所述第一弯曲度传感
器11和第二弯曲度传感器12靠近所述手套手掌部分的端部并分别与所述手套电路模块相连，用以将第一弯曲度传感器11和第二弯曲度传感器12中转换完成的电信号输送至手套电路模块。
39.具体而言，在使用所述系统时，使用者弯曲手指，所述第一弯曲度传感器11和第二弯曲度传感器12受力变形并在变形过程中将受到的力转换为对应的电信号，同时所述拉力传感器13实时检测各相邻的两手指之间的距离，当第一弯曲度传感器11和第二弯曲度传感器12将受到的力转换为电信号时，第一弯曲度传感器11和第二弯曲度传感器12通过所述引线14将电信号输送至所述手套电路模块。
40.请继续参阅图1所示，本实用新型所述手套电路模块包括蓝牙通信单元15、供电电路16、核心芯片17、数据接口18、九轴加速度传感器19和led显示灯110；其中，核心芯片17位于所述手套手背一侧的中心处并分别与所述拉力传感器13和所述引线14相连，用以接收和处理各所述双弯曲度传感器以及各所述拉力传感器输出的电信号，所述数据接口18设置在核心芯片17的一侧并与核心芯片17相连，用以与计算机相连以对系统内的程序进行优化和调试；所述蓝牙通信单元15设置在核心芯片17远离所述数据接口的一侧并与核心芯片17相连，用以手套电路模块通过蓝牙通信模块给unity手势显示模块传输数据，摆脱了有线连接的空间拘束，使数据手套更加方便，操作空间更大，有效提高了本发明所述系统针对手势检测时的检测效率；九轴传感器19与蓝牙通信单元15相连，用以电路板和手掌平行时，手掌的航向角、横滚角、俯仰角即可通过九轴传感器19的输出数据获得；led显示灯100与17核心芯片相连，用以通过闪烁次数提示使用者需进行的动作，能够使使用者更加快速地完成手势的检测；所述供电电路16分别与所述手套电路模块中的各部件相连，用以给手套电路模块提供电力。
41.请继续参阅图2所示，本实用新型所述手套传感器模块中还设有传感器固定装置2，其包括弯曲度传感器固定装置21，拉力传感器固定装置22。其中，传感器固定装置2设置于所述手套单个手指对应位置处，用以将所述第一弯曲度传感器11和第二弯曲度传感器12固定在指定位置的弯曲度传感器固定装置21；各弯曲度固定装置21设置与手套单个手指指定位置出，用以对第一弯曲度传感器11和第二弯曲度传感器12进行约束；拉力传感器固定装置22设置在各弯曲度传感器固定装置21上，用以对所述拉力传感器13进行约束；可以理解的是，所述传感器固定装置2、弯曲度传感器固定装置21和拉力传感器固定装置22的材料可以为弹力绳和塑料，只要满足所述传感器固定装置2、弯曲度传感器固定装置21和拉力传感器固定装置22能够分别将所述第一弯曲度传感器11、第二弯曲度传感器12和拉力传感器13固定在指定位置即可。
42.请参阅图3所示，其为本实用新型所述手势检测与手势显示系统结构框图，本实用新型所述手势检测与手势显示系统的实际运行过程具体为：打开开关后，通过所述供电电路16进行供电以使系统自动进入初始化阶段。
43.当系统进入至初始化阶段时，使用者在所述led显示灯110第一次闪烁一次后将手指伸平并维持3秒钟，所述核心芯片17分别记录拇指的最小弯曲数据d1、食指的最小弯曲数据d2、中指的最小弯曲数据d3、无名指的最小弯曲数据d4以及小拇指的最小弯曲数据d5。记录完成后，使用者在所述led显示灯16第二次闪烁两次后将手指弯曲到最大程度并维持3秒钟，所述核心芯片17分别记录拇指的最大弯曲数据d6食指的最大弯曲数据d7、中指的最大
弯曲数据d8、无名指的最大弯曲数据d9以及小拇指的最大弯曲数据d10。记录完成后，使用者在所述led显示灯110第三次闪烁三次后将手指并拢，此过程进行3秒钟，分别记录拇指与食指之间的最小拉力数据d11、食指与中指之间的最小拉力数据d12、中指与无名指之间的最小拉力数据d13以及无名指与小拇指之间的最小拉力数据d14。led第四次闪烁四次后，将手指尽力张开，分别记录拇指与食指之间的最大拉力数据d15、食指与中指之间的最大拉力数据d16、中指与无名指之间的最大拉力数据d17以及无名指与小拇指之间的最大拉力数据d18。所述系统在初始化阶段记录d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13、d14、d15、d16、d17、d18数据后，对数据进行如下处理：
44.1.将d6减去d1得到的绝对值除以90得到d19，在所述系统工作过程中，所述unity手势显示模块显示拇指的弯曲度数为此时测量得到的拇指的弯曲数据减去d1后除以d19得到的整数值的绝对值。其他手指的测量弯曲度数方法和拇指相同。
45.2.在所述系统正常工作过程中，测量得到的拇指与食指之间的拉力数据为d20，比较d20在实数轴上与d11、d13之间的距离，如果d20与d11之间的距离较近，记录拇指与食指为闭合状态，如果d20与d16之间的距离较近，记录拇指与食指为张开状态。其他相邻手指之间测量张开状态或者闭合状态的方法与测量拇指和食指之间状态的方法相同。
46.3.以上所述的弯曲数据均为相应的手指的第一弯曲度传感器11与第二弯曲度传感器12测量数据的平均值。
47.所述核心芯片17接收第一弯曲度传感器11、第二弯曲度传感器12，拉力传感器13采集电路的电信号并对信号进行处理以将其转化为手指的弯曲角度和相邻手指之间的张开闭合情况。九轴传感器19将所述手套电路模块的航向角、横滚角以及俯仰角经有线通信将数据传递给核心芯片17。核心芯片17对接收到的数据进行处理，通过蓝牙通信单元15传递给电脑端，电脑端的蓝牙接收数据后经过usb转串口电路将数据传给电脑。unity手势显示模块读出串口数据，将此实用新型数据手套电路系统捕捉到的手势进行可视化展示。
48.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
49.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。