使用仿生韧带的手势感应系统的制作方法

本发明涉及一种手势感应系统，尤其涉及一种使用仿生韧带的手势感应系统。

背景技术：

虚拟现实(virtualreality,vr)是利用计算机技术仿真出一个立体且高拟真的三维空间，当使用者穿戴特殊显示设备进入后，会产生好像处在现实中的错觉。在这虚拟现实空间中，操作者可以和虚拟对象或其他玩家互动。

除了虚拟现实头戴装置外，有厂商更推出虚拟现实手套，旨在以更精准手势辨识来取代手把操作控制。现有技术的虚拟现实手套多半采用光纤、机械或可变电阻侦测技术，重量较重而造成操作不便。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种轻便且高准确度的手势感应系统。

为达到上述目的，本发明公开一种使用仿生韧带的手势感应系统，其包括一手套、第一至第五仿生韧带、第一至第五光学传感器，以及一微控制器单元。所述手套包括一第一指套部分、一第二指套部分、一第三指套部分、一第四指套部分，以及一第五指套部分。所述第一至第五仿生韧带分别设置于所述第一至第五指套部分。所述第一至第五光学传感器设置于所述手套上，分别用来侦测所述第一至第五仿生韧带的位移量或形变量。微控制器单元用来根据所述位移量或所述形变量来判断一使用者穿戴所述手套时做出的一手势。

附图说明

图1为本发明实施例中一种手势感应系统的功能方块图。

图2为本发明实施例中手势感应系统实作方式的示意图。

图3～5为本发明实施例中不同手势对仿生韧带造成位移量或形变量的示意图。

图6和图7为本发明实施例中仿生韧带位移量的侦测方式的示意图。

图8和图9为本发明实施例中仿生韧带形变量的侦测方式的示意图。

图10和图11为本发明实施例中仿生韧带、光学传感器和手套的制作方式的示意图。

图12为本发明实施例中仿生韧带的结构示意图。

图13为本发明另一实施例中仿生韧带的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

10左手套

16、26侦测单元

18、28光学感应单元

20右手套

11～15、21～25仿生韧带第一端

31～35、41～45仿生韧带第二端

50可变形区域

60不可变形区域

100手势感应系统

mcu_l、mcu_r微控制器单元

l1～l5、r1～r5仿生韧带

sl1～sl5、sr1～sr5光学传感器

px图案

具体实施方式

图1为本发明实施例中一种手势感应系统100的功能方块图。手势感应系统100包括一左手套10和一右手套20。左手套10上设有左手侦测单元16、左手光学感应单元18、以及一微控制器单元mcu_l。右手套20设有右手侦测单元26、右手光学感应单元28、以及一微控制器单元mcu_r。左手侦测单元16包括5组仿生韧带l1～l5，左手光学感应单元18包括5组光学传感器sl1～sl5，右手侦测单元26包括5组仿生韧带r1～r5，左手光学感应单元18包括5组光学传感器sl1～sl5，而右手光学感应单元28包括5组光学传感器sr1～sr5。

仿生韧带l1～l5分别设置于左手套10中对应于五指的位置，仿生韧带r1～r5分别设置于右手套20中对应于五指的位置，如此当用户的左右手分别戴上左手套10和右手套20时，左手五指的动作会分别让左手仿生韧带l1～l5发生位移或形变，而右手五指的动作会分别让右手仿生韧带r1～r5发生位移或形变。左手光学传感器sl1～sl5可分别侦测左手仿生韧带l1～l5的位移量或形变量，而右手光学传感器sr1～sr5可分别侦测右手仿生韧带r1～r5的位移量或形变量。根据左手仿生韧带l1～l5和右手仿生韧带r1～r5的位移量或形变量，微控制器单元mcu_l和mcu_r可分别判断出使用者左右手的手势。

图2为本发明实施例中手势感应系统100实作方式的示意图。左手仿生韧带l1～l5分别设置于左手套10中用来容纳使用者左手大拇指、食指、中指、无名指和小指的指套部分，分别用来侦测使用者左手五指的动作，其中左手仿生韧带l1～l5的第一端11～15接近指尖位置，而左手仿生韧带l1～l5的第二端31～35接近手背位置。右手仿生韧带r1～r5分别设置于右手套20中用来容纳使用者右手大拇指、食指、中指、无名指和小指的指套部分，分别用来侦测使用者右手五指的动作，其中右手仿生韧带r1～r5的第一端21～25接近指尖位置，而右手仿生韧带r1～r5的第二端41～45接近手背位置。

图3～5为本发明实施例中不同手势对仿生韧带造成位移/形变量的示意图。图3～5的上方显示了用户的左手手势，而图3～5的下方显示了相对应仿生韧带l1～l5的形变量。如图3～5所示，指头弯曲越多，对相对应仿生韧带造成的位移/形变量越大。

图6和图7为本发明实施例中仿生韧带位移量的侦测方式的示意图。图8和图9为本发明实施例中仿生韧带形变量的侦测方式的示意图为了说明目的，以设置于左手套10的仿生韧带l1～l5来做说明，设置于右手套20的仿生韧带r1～r5其运作原理相同，因此不另加赘述。

在图6所示的实施例中，左手仿生韧带l1～l5中接近五指指尖的第一端为固定，而接近手背的第二端为可移动。在手掌摊平的初始状态下，仿生韧带l1～l5在第二端和左手光学传感器sl1～sl5设置位置之间的区域包括多个尺标，光学传感器sl1～sl5会在每一图框分别侦测仿生韧带l1～l5上的尺标。图6上方显示了用户左掌从摊平到握拳的过程，而图6下方显示了在用户左手做出握拳手势的过程中光学传感器sl1～sl5所侦测到的尺标数。在手掌摊平的初始状态下，左手光学传感器sl1～sl5侦测到的尺标数为0；随着手指弯曲而拉扯左手仿生韧带l1～l5的第二端往指尖方向移动，左手光学传感器sl1～sl5侦测到的尺标数会跟着增加；在手掌握拳的状态下，左手光学传感器sl1～sl5侦测到的尺标数为6。根据左手光学传感器sl1～sl5观察到的尺标数即可得知每一仿生韧带的位移量，进而判断出每一手指的型态(例如手指弯曲角度)。

在图7所示的实施例中，左手仿生韧带l1～l5中接近五指指尖的第一端为固定，而接近手背的第二端为可移动。在手掌摊平的初始状态下，仿生韧带l1～l5在第二端和光学传感器sl1～sl5设置位置之间的区域包括多个不同标记，光学传感器sl1～sl5会在每一图框分别侦测仿生韧带l1～l5的标记。在本发明实施例中，仿生韧带l1～l5上的标记可为不同数字或符号，图7显示了数字的实施例，但不限定本发明的范畴。图7上方显示了用户左手做出握拳手势的过程，在手掌摊平的初始状态下，光学传感器sl1～sl5侦测到的标记为数字1；随着手指弯曲而拉扯仿生韧带l1～l5的第二端往指尖方向移动，光学传感器sl1～sl5侦测到的标记也会不同；在手掌握拳的状态下，左手光学传感器sl1～sl5侦测到的标记为数字5。根据光学传感器sl1～sl5观察到的标记即可得知每一仿生韧带的位移量，进而判断出每一手指的型态(例如手指弯曲角度)。

在图8所示的实施例中，左手仿生韧带l1～l5的两端皆为固定。在手掌摊平的初始状态下，仿生韧带l1～l5在对应光学传感器sl1～sl5设置位置的区域各包括一图案px，光学传感器sl1～sl5会在每一图框分别侦测仿生韧带l1～l5上图案的间距(pitch)变化。为了说明目的，图8所示的图案px为一等距离的垂直网格线图案，但不限定本发明的范畴，图案px的间距可由相邻两网格线之间的距离来定义。图8上方显示了用户左手做出握拳手势的过程，在手掌摊平的初始状态下，光学传感器sl1～sl5侦测到的图案间距为初始值的0.1单位；随着手指弯曲而拉扯仿生韧带l1～l5，每一图案px会因形变而改变间距，光学传感器sl1～sl5侦测到的图案间距也会跟着增加；在手掌握拳的状态下，光学传感器sl1～sl5侦测到的图案间距为1.6单位。根据光学传感器sl1～sl5观察到的图案间距即可得知每一仿生韧带的形变量，进而判断出每一手指的型态(例如手指弯曲角度)。

在图9所示的实施例中，左手仿生韧带l1～l5的两端皆为固定。在手掌摊平的初始状态下，仿生韧带l1～l5在对应光学传感器sl1～sl5设置位置的区域各包括一图案px，光学传感器sl1～sl5会在每一图框分别侦测仿生韧带l1～l5上图案的长宽比(aspectratio)变化。为了说明目的，图9所示的图案px为一圆型图案，但不限定本发明的范畴，图案px的长宽比可由其最长直径和最短直径的比例来定义。图9上方显示了用户左手做出握拳手势的过程，在手掌摊平的初始状态下，光学传感器sl1～sl5侦测到的图案长宽比为初始值的1:1；随着手指弯曲而拉扯仿生韧带l1～l5，每一图案会因形变而改变长宽比，左手光学传感器sl1～sl5侦测到的图案长宽比也会跟着增加；在手掌握拳的状态下，左手光学传感器sl1～sl5侦测到的图案长宽比为7:1。根据左手光学传感器sl1～sl5观察到的图案长宽比即可得知每一仿生韧带的形变量，进而判断出每一手指的型态(例如手指弯曲角度)。

图10和图11为本发明实施例中仿生韧带、光学传感器和手套的制作方式的示意图。左手套10和右手套20可采用具有弹性的材质或编织布料，例如使用硅橡胶(siliconerubber)。利用射出成形(injectionmolding)或压缩成型(compressionmolding)的技术可在手套的材质内形成能容纳仿生韧带和光学传感器的沟槽，其中光学传感器系固定在手套的材质内，而仿生韧带除了一端或两端的外并未接触到手套的材质，因此能形变。图10显示了左手套10的实施例，仿生韧带l1～l5和光学传感器sl1～sl5采用上下设置的设计；图11显示了右手套10的实施例，仿生韧带r1～r5和光学传感器sr1～sr5采用左右设置的设计。在本发明手势感应系统100的左手套10和右手套20中，仿生韧带和光学传感器可采用上下设置或左右设置的设计，但并不限定本发明的范畴。

图12和图13为本发明图8和图9所示实施例中仿生韧带的结构示意图。在图12所示的实施例中，仿生韧带l1～l5和r1～r5各包括一可变形区域50(采用弹性材质)，图12左方显示了变形区域50在初始状态下的长度，而图12右方显示了变形区域50在受到拉扯初始状态下的长度，其中仿生韧带l1～l5和r1～r5的形变发生在大范围的可变形区域50内。在图13所示的实施例中，仿生韧带l1～l5和r1～r5各包括一可变形区域50(采用弹性材质)和两不可变形区域60(采用非弹性材质)，可变形区域50的位置对应相关光学传感器的设置位置。图13左方显示了变形区域50在初始状态下的长度，而图13右方显示了变形区域50在受到拉扯初始状态下的长度，其中仿生韧带l1～l5和r1～r5的形变发生在小范围的可变形区域50内，因此可提升相关光学传感器的辨识准确度。

综上所述，本发明提供一种使用仿生韧带的手势感应系统，仿生韧带重量轻盈，且容易和光学传感器实作在一般虚拟现实手套材质内。仿生韧带的位移量或形变量可精准反应每一手指的型态(例如手指弯曲角度)，而不会受到汗水或其它外界因素影响光学传感器的准确度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，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。