一种智能手套的制作方法

本发明涉及智能穿戴设备领域，尤其涉及一种手套，具体为一种用于钢琴弹奏教学用的智能手套。

背景技术：

到目前为止，人类传播知识的途径主要还是通过文字、图形和语言描述的方式来进行，即所谓“言传身教”中“言传”的这一种方式。而另一种“身教”的方式却没有得到大力的推广，究其缘由主要是教学资源的严重不足。例如一个钢琴培训老师只能在同一时间段内集中培训为数不多的学员，如果采用大范围的集体教学模式，就会由于不能对每个学员都实现一对一的讲解指导而导致教学质量的下降。试想如果采用一种装置，可以实时的采集人类的肢体语言，并将其转换成一种数据格式，然后把培训老师的数据作为标准样本，那么其他学员的肢体语言数据只要与标准数据进行对比，就能通过数据的差异来表示出动作的差异，最后通过消除差异来对自身进行一种学习锻炼，这样的一种教学模式就能大范围的推广“身教”学习方式。

人类的肢体语言主要集中在手形方面，因为人类在进化过程中解放并灵活的运用了双手，才将人类与其他动物得以严格的区分并逐渐成为了高等智商的物种。在日常生活中，人类的手形涵盖了音乐、体育、娱乐等多方面的教学领域，如果可以通过特定设备将指导性的标准手形姿态进行实时采集和数据转换，将一系列的动作转换成数据格式来存放，并建立起统一的手形教学标准数据库，进而通过特定设备进行学习，则可以大大推广“身教”学习方式，节约教学资源，对人类的知识传播和技能传承有着划时代的意义。

现有技术中也有对于智能手套的研究，中国专利“201610126939.1”，公开了一种智能手套，包括基材，传感器组件、电源与数据处理装置，至少一组手指传感器组件设置在基材上，通过连接电路与数据处理装置连通，电源负责供电，数据处理装置负责处理传感器组件信号，所述传感器组件包括指尖压力传感器、运动姿态传感器、手指弯曲度检测传感器与指间状态检测传感器；可以检测出指尖触碰物体时受到的压力数值、各手指的运动方向和运动速度数值、各手指弯曲的程度以及手指与手指之间分开或者并拢的状态，通过数据处理装置对传感器进行数据采集与分析处理，该智能手套不仅能识别静态手形，更可以识别动态手形，从而真正实现了“身教”的教学方式，高效地提高了教学质量。

通过进一步研究发现，上述智能手套有三个缺点：

1、传感器组件较为复杂，具体由四种传感器组成，包括指尖压力传感器、运动姿态传感器、手指弯曲度检测传感器与指间状态检测传感器；

2、人手大小不一，尤其是成人、小孩手掌大小、手指长短区别较大，上述指间状态检测传感器与手指弯曲度检测传感器因人手掌大小、手指长短不同而导致采集到的数据区别较大，无法统一为一个较为有效的数据，“身教”的效果大打折扣。

3、手指弯曲度检测传感器属于模拟传感器，其检测精度、分辨率、器件的一致性和重复性受生产工艺的局限性影响而导致在使用过程中信号误差较大，五个手指在弯曲后回复原形态的反复过程中无法保持较好的重复性和一致性。而运动姿态传感器选用数字陀螺仪传感器，属于数字信号传感器，其检测精度与分辨率较高，器件的一致性较好，在使用时，重复性也非常好。不存在手指弯曲度检测传感器存在的一致性、重复性及信号精度差的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的问题，本发明提供一种智能手套，可以准确识别演奏钢琴时的多种静态与动态手形。

为解决以上问题，本发明的解决方案是一种智能手套，包括手套，还包括在手套上设置的指尖压力传感器、运动姿态传感器、连接电路、数据处理装置和电源，在手套的五个手指指尖内侧分别设置有指尖压力传感器，用于实时检测出指尖触碰物体时受到的压力数值，在手套的手背位置处或者在手套的手掌心位置处设置有一个运动姿态传感器，在手套的五个手指的近节指骨的相对应的位置处分别设置有一个运动姿态传感器，用于实时检测出手形及手指的运动方向和运动速度数值，所述指尖压力传感器和运动姿态传感器分别通过连接电路与数据处理装置连通，所述数据处理装置负责处理指尖压力传感器和运动姿态传感器的信号，所述电源与数据处理装置连通，负责给整个装置供电。

作为改进，在所述手套的五个手指的远节指骨的相对应的位置处分别设置有一个运动姿态传感器。

作为另一种的改进，在所述手套的食指、中指、无名指、小指的中节指骨相对应的位置处分别设置有一个运动姿态传感器，在手套的拇指的远节指骨相对应的位置处设置有一个运动姿态传感器。

作为进一步的改进，在所述手套的食指、中指、无名指、小指的中节指骨和远节指骨的相对应的位置处分别设置有一个运动姿态传感器，在手套的拇指的远节指骨相对应的位置处设置有一个运动姿态传感器。

作为改进，所述运动姿态传感器选用数字陀螺仪传感器。

作为优选，所述运动姿态传感器选用六轴陀螺仪传感器。在实际应用中发现：三轴陀螺仪传感器由于只能检测出运动的角速度，无法检测出线速度，因此检测到的手指及手形数据误差较大；六轴陀螺仪传感器既可以检测出角速度，也可以检测出线速度；九轴陀螺仪传感器除了可以检测出角速度和线速度外，还可以检测出地磁数据，但是九轴陀螺仪传感器市场价格昂贵，而且本发明智能手套使用的六轴陀螺仪传感器，已经足够满足实际使用需求，且成本合适。

作为进一步的改进，还包括通信装置，所述通信装置采用无线或有线通信，所述通信装置为集成在数据处理装置内的功能模块。

作为进一步的改进，还包括通信装置，所述通信装置采用无线或有线通信，所述通信装置为独立部件与数据处理装置连通。

作为改进，所述的智能手套为一体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路，数据处理装置，电源均设置在手套上。

作为改进，所述的智能手套为一体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路，数据处理装置，通信装置，电源均设置在手套上。

作为另一种的改进，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路设置在手套上，数据处理装置与电源设置在腕带上，手套与腕带之间通过电气线缆连接。

作为另一种的改进，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路和数据处理装置设置在手套上，电源设置在腕带上，手套与腕带之间通过电气线缆连接。

作为进一步的改进，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路、数据处理装置和通信装置设置在手套上，电源设置在腕带上，手套与腕带之间通过电气线缆连接。

作为进一步的改进，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路设置在手套上，数据处理装置、通信装置与电源设置在腕带上，手套与腕带之间通过电气线缆连接。

作为进一步的改进，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路和数据处理装置设置在手套上，通信装置和电源设置在腕带上，手套与腕带之间通过电气线缆连接。

作为进一步的改进，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器，运动姿态传感器，连接电路和通信装置设置在手套上，数据处理装置和电源设置在腕带上，手套与腕带之间通过电气线缆连接。

从以上描述可以看出，本发明具有以下优点：

1、通过设置压力与运动姿态传感器，可以检测出指尖触碰物体时受到的压力数值、各手指的运动方向和运动速度数值、各手指弯曲的程度以及手指与手指之间分开或者并拢的状态，通过数据处理装置对传感器进行数据采集与分析处理，可以对弹奏钢琴时的多种手形进行准确识别。

2、不仅能识别弹奏钢琴时的静态手形，更可以识别动态手形。因此，可以先分别对弹奏钢琴的授课老师和接受培训的学生根据时间记录对应的传感器状态数值，然后将两组数据进行比较，从而反映出学生和老师之间的技能差距，让学生可以用老师的数据作为标准进行反复练习，以提高自己弹奏钢琴的水平。

附图说明

图1是本发明设置有六个运动姿态传感器的结构示意图；

图2是本发明设置有十一个运动姿态传感器的结构示意图；

图3是本发明设置有十一个运动姿态传感器的另一种结构示意图；

图4是本发明设置有十五个运动姿态传感器的结构示意图；

图5是本发明两种传感器在手背与单指上的排布示意图；

图6是本发明一体式结构的示意图；

图7是本发明分体式结构的示意图；

图8是本发明手背的示意图；

图9是本发明手掌的示意图；

附图标记：1、手套，2、压力传感器，3、运动姿态传感器，4、连接电路，5、数据处理装置，6、通信装置，7、电源，8、腕带，9、电气线缆，10、指尖内侧，11、手背位置处，12、手掌心位置处，13、近节指骨，14、中节指骨，15、远节指骨。

具体实施方式

结合图1、图8、图9，详细说明本发明的第一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

如图1、图8、图9所示，一种智能手套，包括手套1，还包括在手套1上设置的指尖压力传感器2、运动姿态传感器3、连接电路4、数据处理装置5和电源7，在手套的五个手指指尖内侧10分别设置有指尖压力传感器2，用于实时检测出指尖触碰物体时受到的压力数值，在手套1的手背位置处11或者在手套的手掌心位置处12设置有一个运动姿态传感器3，在手套1的五个手指的近节指骨13的相对应的位置处分别设置有一个运动姿态传感器3，用于实时检测出手形及手指的运动方向和运动速度数值，所述指尖压力传感器2和运动姿态传感器3分别通过连接电路4与数据处理装置5连通，所述数据处理装置5负责处理指尖压力传感器2和运动姿态传感器3的信号，所述电源7与数据处理装置5连通，负责给整个装置供电。

更具体地，运动姿态传感器3选用六轴陀螺仪传感器。

更具体地，连接电路4用于连接各种传感器和数据处理装置5，采用连接导线或柔性电路板，设置有与各部件连接的电气接口。

更具体地，数据处理装置5包括传感器信号调理电路和处理器电路，负责实时将传感器装置中各类传感器信号转换成对应的数据信息，然后通过通信装置6将数据实时发送给外部设备中定制的应用软件，应用软件根据需要进一步对采集到的数据作相关处理和应用。

更具体地，还包括通信装置6，所述通信装置6采用无线或有线通信，可以为独立部件与数据处理装置5连通，也可以为数据处理装置5内的集成功能模块，数据处理装置5内集成的通信功能模块也可理解为通信装置6。

更具体地，电源7包括了电池、电池充放电和电源管理及保护电路，电池可以采用锂电池，负责给整个装置提供稳定可靠的工作电源。

结合图2、图8、图9，详细说明本发明的第二个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

如图2、图8、图9所示，所述的智能手套运动姿态传感器3有十一个，其中一个运动姿态传感器设置在手背位置11处，其余十个运动姿态传感器分别设置在食指、中指、无名指、小指和拇指上，每个手指上设置两个运动姿态传感器，一个设置在手指近节指骨13，一个设置在手指远节指骨15，用于实时检测出手形及手指的运动方向和运动速度数值。

结合图3、图8、图9，详细说明本发明的第三个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

如图3、图8、图9所示，所述的智能手套运动姿态传感器3有十一个，其中一个运动姿态传感器设置在手背位置处11，其余十个运动姿态传感器分别设置在食指、中指、无名指、小指和拇指上，每个手指上设置两个运动姿态传感器，其中在食指、中指、无名指和小指上各设置有两个运动姿态传感器，一个设置在手指近节指骨13，一个设置在手指中节指骨14，拇指上设置有两个运动姿态传感器，一个设置在手指近节指骨13，一个设置在手指远节指骨15，用于实时检测出手形及手指的运动方向和运动速度数值。

结合图4、图8、图9，详细说明本发明的第四个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。

如图4、图8、图9所示，所述的智能手套运动姿态传感器3有十五个，其中一个运动姿态传感器设置在手背位置处11，其余十四个运动姿态传感器分别设置在食指、中指、无名指、小指和拇指上，其中在食指、中指、无名指和小指上各设置有三个运动姿态传感器，一个设置在手指近节指骨13，一个设置在手指远节指骨15，一个设置在手指中节指骨14，拇指上设置有两个运动姿态传感器，一个设置在手指近节指骨13，一个设置在手指远节指骨15，用于实时检测出手形及手指的运动方向和运动速度数值。

如图5所示，为两种传感器在手背与单指上的排布示意图，包括一个指尖压力传感器2和四个手指运动姿态传感器3。指尖压力传感器2设置在手指指尖内侧10，能够实时检测出指尖触碰物体时受到的压力数值，压力传感器检测范围0.2N～20N，精度为0.2N，反应时间小于3毫秒；四个运动姿态传感器3设置在单指上，其中一个运动姿态传感器设置在手背位置处11，另外还有三个运动姿态传感器，一个设置在手指近节指骨13，一个设置在手指远节指骨15，一个设置在手指中节指骨14。

如图6所示，所述的智能手套为一体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4，数据处理装置5，电源7均设置在手套1上。

当所述通信装置6为集成在数据处理装置5内的功能模块时，所述的智能手套也可以为另外一种一体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4，数据处理装置5，通信装置6，电源7均设置在手套1上。

当所述通信装置6作为独立部件，并与数据处理装置5连通时，所述的智能手套也可以为另外一种一体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4，数据处理装置5，通信装置6，电源7均设置在手套1上。

所述指尖压力传感器2、运动姿态传感器3、连接电路4、数据处理装置5、通信装置6和电源7可以全部设置在手套1上或者包裹在手套1的材质里，数据处理装置5、通信装置6和电源7等较大的硬件可以设置在手背处的较大空间。

如图7所示，所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4，数据处理装置5设置在手套1上，电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

所述的智能手套也可以为另外一种分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4设置在手套1上，数据处理装置5与电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

需要说明的是，根据实际的使用需求，可以仅在手套1上设置指尖压力传感器2和运动姿态传感器3，而将数据处理装置5、通信装置6和电源7等较大的硬件灵活的设置在手套腕部或者独立的腕带8上，手套1与腕带8通过电气线缆9连接，这种分体式的智能手套一方面可以给穿戴者更舒适的穿戴体验效果，另一方面腕带8可以做成标准部件，从而与各种大小不同尺寸的手套相配套使用，提高了手套的适用性，降低制造与使用成本。

比如通信装置6为集成在数据处理装置5内的功能模块时，所述智能手套有下述几种分体式结构：

1.所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4、数据处理装置5和通信装置6设置在手套1上，电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

2.所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4设置在手套1上，数据处理装置5、通信装置6与电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

比如通信装置6作为独立部件，并与数据处理装置5连通时，所述智能手套有下述几种分体式结构：

1.所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4、数据处理装置5和通信装置6设置在手套1上，电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

2.所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4设置在手套1上，数据处理装置5、通信装置6与电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

3.所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4和数据处理装置5设置在手套1上，通信装置6和电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

4.所述的智能手套为分体式结构，指尖压力传感器2，运动姿态传感器3，连接电路4和通信装置6设置在手套1上，数据处理装置5和电源7设置在腕带8上，手套1与腕带8之间通过电气线缆9连接。

使用时，如图1或2或3或4所示，指尖压力传感器2设置在手指指尖内侧，能够实时检测出指尖触碰物体时受到的压力数值，压力传感器检测范围0.2N～20N，精度为0.2N，反应时间小于3毫秒；运动姿态传感器3设置在手指远节指骨、中节指骨、近节指骨三个关节上方的位置，能够实时检测出手指的运动方向和运动速度数值，运动姿态传感器角速度测量范围±250dps～±2000dps(度每秒)，加速度测量范围±2g～±16g；多个手指上的运动姿态传感器和位于手背上的运动姿态传感器相配合，不仅能够实时检测出手指弯曲的程度，还可以实时检测出手指与手背之间呈现的状态，以及实时检测手指与手指之间分开或者并拢的状态。

智能手套可以是全包裹形式，也可以是半包裹半开放或局部包裹形式，手套的材质可以使用但不限于纺织品或者橡塑、硅胶等材质。

综上所述，本发明的智能手套通过数据处理装置对传感器进行数据采集与分析处理，不仅可以对多种静态手形进行准确识别，更可以识别动态手形。如本发明应用于弹奏钢琴的教学时，先采集教师的示范弹奏数据，教师穿戴好本发明的智能手套，各手指弯曲，每个手指指尖敲击琴键，此时运动姿态传感器对手形进行识别记录，指尖内侧的压力传感器在敲击琴键时受力，记录相应力量数值，同时，运动姿态传感器还记录手指运动轨迹与击键频率。根据时间记录的各组对应传感器状态数值，即可以生成手形教学标准数据。当学生穿戴好智能手套后进行练习，学生的手形、运动姿态及敲击钢琴键时的指尖压力也被各个传感器进行采集。最后，外部设备中定制的应用软件根据需要进一步对采集到的数据作相关处理和应用，例如，将学生的数据与教师的标准数据进行比较，反映出学生和老师之间的技能差距等。

本发明的智能手套不限于在上述位置固定上述传感器，也可以在其他位置固定其他传感器以适应各种需要，例如，位于手背上的运动姿态传感器也可设置在手掌心处。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果，但都在本发明的保护范围之内。