一种虚拟现实环境触感手套

1.本发明涉及虚拟现实技术应用技术领域，具体地的说是一种虚拟现实环境触感手套。


背景技术：

2.虚拟现实技术（vr技术）是一种新兴的人机交互方式，其通过计算机仿真系统为体验者搭建一个虚拟环境，并在人机交互的过程中提供更加真实的视听觉或者触觉体验，从而使体验者有种身临其境的感觉。对于体验者而言，vr技术的不断发展可以为体验者带来更加真实的视听效果，而在虚拟环境中完成一些抓取、按压等手部动作时，由于无法接触到实际物体，从而使得体验感下降。因此，如何让触觉感受更真实是目前vr技术所需要解决的一大难题。
3.为解决这一难题，许多应用方案应运而生。例如，申请号为201710362106.x的中国专利，公开了一种vr系统触感手套装置及其实现方法，该方法通过设备识别用户手部姿态，并将数据信息输入虚拟环境中产生虚拟手，当虚拟手与虚拟环境的物体发生碰撞时，中央控制模块控制电机产生电压信号，驱动电机振动以模拟虚拟物体的形状以及表面纹理信息。该方法能够通过特定手指上的电机产生不同振动频率的方式来模拟虚拟物体的形状以及表面信息。但是，通过特定手指的振动带来的触觉体验并不强烈，难以真实的模拟人手在虚拟环境中抓取物体时的力反馈体验，并且单只手套分布的电机数量较多，穿戴多有不便，在多个电机同时工作时或者电机振动频率较高时，可能会出现电机脱落的现象，并不实用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种虚拟现实环境触感手套，采用手套上设置磁性贴带、电磁铁和弯曲度传感器模拟人手抓取物体的情形，通过微处理器和无线通讯模块模拟人手在虚拟环境中抓取物体时的力反馈，使得用户与虚拟环境交互的过程中，抓取物体时的触觉更加真实，反馈更为强烈，从而增强用户沉浸式体验，结构简单，可穿戴性好，重量轻便、制作成本低廉，并且触觉体验更加真实，使用户与虚拟环境进行信息交互时产生的沉浸感更加强烈。实现人手与虚拟环境进行交互时提供反馈信息，为用户在虚拟环境中提供更加真实的触感，帮助用户在虚拟环境中更具沉浸性的完成任务，提升人机交互体验。
5.实现本发明目的具体技术方案是：一种虚拟现实环境触感手套，其特点是包括手套载体、磁性贴带、电磁铁、弯曲度传感器、微处理器、无线通讯模块和电源模块，所述磁力贴带固定在手套拇指、食指、中指、无名指和小指背面，所述电磁铁固定在磁力贴带末端，所述弯曲度传感器固定在手套拇指、食指、中指、无名指、小指正面，所述微处理器通过连接电路分别与电磁铁、弯曲度传感器以及无线通信模块相连，所述电源模块通过导线为微处理器以及无线通信模块和电磁铁供电。
6.进一步的，所述磁性贴带为柔性钢制材料，可吸引铁磁性物质，单只手套布置数量
为5个，长度起始于每根手指近节指骨近端，终止于远节指骨指远端，宽度为15mm，厚度为10mm。
7.进一步的，所述电磁铁型号为kk-p系列，为吸盘式电磁铁，电磁铁直径为20mm，吸合面直径为8mm，高度为15mm，采用5v直流供电，通电情况下可实现快速吸附磁性材料，体积较小，吸附力强。
8.进一步的，所述无线通信模块采用蓝牙、wifi或zigbee通信方式。
9.进一步的，所述弯曲度传感器型号为flex系列，单只手套布置数量为5个，长度起始于每根手指远节指骨远端，终止于手掌的掌心，笔直状态时电阻阻值为2500欧姆，弯曲度传感器的电阻阻值与弯曲度成线性变化，传感器弯曲度越大，其电阻阻值越大。
10.进一步的，所述电源模块采用锂电池供电，所述锂电池为提供直流电压的可充电式电池。
11.本发明与现有技术相比具有以下有益的技术效果和显著的技术进步：1）手套载体上结合弯曲度传感器，该弯曲度传感器用于检测手指弯曲程度，具有灵敏度高、材料轻薄、使用寿命长等优点，可以与手套载体紧密贴合，从而提高可穿戴性。
12.2）微处理器获取传感器的信号，并进行数据处理分析，在手指弯曲程度与移动终端设置的虚拟物体数据相拟合时，微处理器发出信号并控制电磁铁通电，对手部姿势进行制动，使得用户在虚拟环境中完成抓取、拿捏物体等动作时产生一个阻尼力，阻止手指进一步弯曲，感觉像抓住了真实物体一样。
13.3）结构简单、重量轻便、价格低廉的优点，并且触觉体验更加真实，使用户与虚拟环境进行信息交互时产生的沉浸感更加强烈。
附图说明
14.图1为本发明手套背面的结构示意图；图2为本发明手套正面的结构示意图；图3为实施例的电路结构图；图4为实施例的流程图。
具体实施方式
15.参阅图1，所述手套载体1背面的每个手指上设有磁性贴带2、电磁铁3，手背上设有微处理器5、无线通讯模块6和电源模块7，所述电磁铁3设置在磁性贴带2的下端；所述微处理器5由连接电路分别与电磁铁3和无线通信模块6相连；所述电源模块7采用5v直流的可充电式锂电池，为电磁铁3、微处理器5和无线通讯模块6供电。
16.参阅图2，所述手套载体1正面的每个手指上设有与微处理器5连接的弯曲度传感器4。
17.所述磁性贴带2为柔性钢制材料，可吸引铁磁性物质，单只手套布置数量为5个，长度起始于每根手指近节指骨近端，终止于远节指骨指远端，宽度为15mm，厚度为10mm。
18.所述电磁铁3型号为kk-p系列，为吸盘式电磁铁，其直径为20mm，吸合面直径为8mm，高度为15mm，采用5v直流供电，通电情况下可实现快速吸附磁性材料，体积较小，吸附力强。
19.所述无线通信模块6采用蓝牙、wifi或zigbee通信方式。
20.所述弯曲度传感器4的型号为flex系列，单只手套布置数量为5个，长度起始于每根手指远节指骨远端，终止于手掌的掌心，笔直状态时电阻阻值为2500欧姆，弯曲度传感器的电阻阻值与弯曲度成线性变化，传感器弯曲度越大，其电阻阻值越大。
21.所述电源模块7采用锂电池供电，所述锂电池为提供直流电压的可充电式电池。
22.参阅图3，将无线通信模块6通过蓝牙通信连接移动终端8，微处理器5由连接电路分别与电磁铁3、弯曲度传感器4和无线通信模块6连接。
23.参阅图4，用户穿戴手套后，弯曲度传感器4固定在拇指、食指、中指、无名指和小指的正面，当用户手指不接触外界物体或未受到应力发生形变时，记录弯曲度传感器4的电阻值，并将此时每根手指弯曲度数值定义为初始值，当手指自由活动时，弯曲度传感器4受到应力发生形变，从而改变其电阻值，弯曲度传感器4的阻值随形变程度线性变化，记录此时每根手指的弯曲度数值，定义为参考值。用户在移动终端8中对所模拟的物体模型进行数据采集，并记录用户抓取物体时，手指所需弯曲程度，记录此时每根手指的弯曲度数值，定义为模拟值。
24.用户在移动终端8中设置好本次模拟的物体模型，初始状态下，用户手指未发生形变。在用户手指进行自由活动时，弯曲度传感器4发生形变从而导致电阻阻值发生变化，弯曲度传感器4通过与微处理器5相连的连接电路，将阻值变化转化成相应的电压变化，再利用微处理器5中的adc将模拟量转化为数字量，并将数据信号通过无线通信模块6传送至移动终端8。在移动终端中提前设置好用户所需要模拟的物体模型，即参考值与模拟值相拟合时，微处理器5控制电磁铁3通电，电磁铁3与手指背面的磁力贴带2相吸，对手部姿势实现制动，使用户感受到阻尼力作用，实现力触觉再现，在虚拟环境中给予用户更加真实的触觉体验。
25.下面以具体实施对本发明作进一步详细描述和说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在对本发明的使用以及功能作详细说明，但不限于所介绍的特定实施例。
26.实施例1以抓取vr环境中的苹果为例，用户在移动终端8中选择本次模拟的苹果模型，手指弯曲的过程中，弯曲度传感器4电阻阻值发生变化，通过连接电路以及微处理器5的adc将手指弯曲度变化传送至移动终端8，当手指弯曲度与用户选择的苹果模型中每根手指所需弯曲程度相拟合时，由移动终端8发出命令使得微处理器5控制电磁铁3通电，电磁铁3与磁力贴带2相吸，用户手部姿势实现制动，每根手指都感受到阻尼力作用，仿佛抓到了实物苹果一样，增强了用户在虚拟环境中的沉浸感与体验感。
27.实施例2以第一人称vr射击游戏为例，在游戏中玩家需要模拟手持枪械进行射击的画面，在传统的vr射击游戏中，玩家需要手持游戏手柄并扣动扳机完成射击动作。在整个过程中，游戏手柄往往采用有线连接的方式，影响玩家游戏体验，并且切换不同类型游戏时，需要使用不同游戏手柄，实用性不强。采用本发明时，玩家首先在移动终端8中选择本次模拟的枪械模型，以手枪为例，当佩戴虚拟现实环境触感手套时，玩家的拇指、中指、无名指以及小指在弯曲到玩家真实手持枪械所需弯曲的程度时，移动终端通过无线通信模块6向微处理器5发送命令控制，控制对应手指所在电磁铁3通电，由于电磁铁3与磁力贴带2相吸，所以对应
手指受到了阻尼力作用，无法动弹。而玩家食指执行扣动扳机动作时，当食指进行大幅度活动时，食指所在弯曲度传感器4阻值发生变化，微处理器5将电阻变化对应对应的数字信号变化通过无线通信模块6实时传送至移动终端，在移动终端8接收信息后，在游戏主机中显示扣动扳机动作，并发射子弹，完成一系列射击动作，增强玩家游戏体验。
28.以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。