一种非接触式人机交互系统的制作方法

本发明涉及人机交互系统，特别涉及一种非接触式人机交互系统。

背景技术：

目前，绝大部分的电子智能产品都是基于接触式的按键操作，作为人与电子产品交互的操作，当前几乎全部的产品都需要人手与电子智能产品表面接触，造成了人机交互过程中的不便。

基于用户观看视频时，用户只能通过手接触电子产品或采用遥控装置控制视频播放的暂停、快进和跳转等操作。造成了观看视频时操作的不便，影响人机交互的体验。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种非接触式人机交互系统。

本发明实施例中提供了一种非接触式人机交互系统，包括动作扫描系统、速度测量系统、控制命令确定系统和数据传输系统，其中：

所述动作扫描系统，用于对用户的预设肢体的动作进行扫描，获得动作信息；

所述速度测量系统，用于测量所述预设肢体在进行所述动作时的速度；

所述控制命令确定系统，用于确定所述动作扫描系统扫描到的动作信息和所述速度所对应的控制命令；

所述数据传输系统，用于将所述控制命令确定系统确定出的控制命令发送给目标机器人执行。

在一个实施例中，所述动作扫描系统，包括多个激光发射模块和激光接收模块，其中：

所述激光发射模块，用于向所述用户发射激光光束；

所述激光接收模块，用于接收所述用户反射回的激光光束；

所述激光发射模块和所述激光接收模块排列在同一个平面内，所述每个激光发射模块发射波长不同的激光信号，所述激光接收模块接收反射回的不同波长的激光信号。

在一个实施例中，所述速度测量系统，其特征在于，包括分束装置、半波片、光电检波器、光纤线圈和媒介模块；其中：

所述分束装置21，其用于激光的分束与合束；

所述光电检波器24，用于检测产生的干涉信号；

所述光纤线圈25，用于实现速度效应，采集所述动作的速度；

所述媒介模块26，用于将收集的激光信号与物质的非线性作用；

所述半波片22、23，用于改变所述激光的偏振；其中，第一半波片22用于改变所述激光接收模块接收激光的偏振态；第二半波片22，用于改变光纤线圈25中相向传播激光的偏振态，保证激光信号在所述媒介模块26空间重合；

激光信号经过所述媒介模块26后，发生激光与物质的非线性作用，实现对所述激光接收模块接收激光的放大；放大后的激光信号经所述分束装置21分束后，沿着所述光纤线圈25传播，并将经过所述光纤线圈25相向后，通过分束装置21合束后，传输到所述媒介模块26，进行第二次激光与物质的非线性作用；两次非线性作用通过物质相干性实现关联，所产生的激光信号通过所述光电检波器24检测。

在一个实施例中，所述数据传输系统，包括无线网络通信模块，所述无线网络通信模块用于与所述目标机器人建立通信连接，方便所述控制命令的传输。

在一个实施例中，所述动作扫描系统，包含多个所述激光发射模块和所述激光接收模块，所述激光发射模块和所述激光接收模块设置在同一平面上。

在一个实施例中，所述激光发射模块和所述激光接收模块设置在同一条水平线上，当所述用户的动作在水平方向上运动时，所述激光接收模块分别接收到从左往右的多个所述激光发射模块发射的激光信号，判断所述用户的动作方向为从左往右，或分别接收到从右往左的多个所述激光发射模块发射的激光信号，判断所述用户的动作方向为从右往左。

在一个实施例中，所述激光发射模块和所述激光接收模块设置在同一条垂直线上，当所述用户的动作在垂直方向上运动时，所述激光接收模块分别接收到从上往下的多个激光发射模块发射的激光信号，判断所述用户的动作方向为从上往下，或分别接收到从下往上的多个所述激光发射模块发射的激光信号，判断所述用户的动作方向为从下往上。

在一个实施例中，所述激光发射模块和所述激光接收模块设置在同一圆周上，所述激光发射模块位于所述圆周中心点，当所述用户的动作在圆周方向旋转运动时，所述激光接收模块分别接收到顺时针方向的多个激光发射模块发射的激光信号，判断所述用户的动作运动的方向为顺时针方向，或分别接收到逆时针方向的多个所述激光发射模块发射的激光信号，判断所述用户的动作运动的方向为逆时针方向。

在一个实施例中，所述激光发射模块和所述激光接收模块可以采用基于红外线发射装置和接收装置，用于根据反射回的红外线波长进行动作判断；

所述激光发射模块和所述激光接收模块可以采用基于三维坐标发射装置和接收装置，用于对所述用户的动作实时定位，进行动作动作判断。

在一个实施例中，所述用户的动作为圆周方向旋转运动时，包括闭合旋转运动和非闭合旋转运动。

在一个实施例中，所述数据传输系统包括：

命令发送端：用于向中间控制端发送一条控制命令，当接收到所述中间控制端返回的控制命令确认信息时，继续向所述中间控制端发送下一条控制命令，若未收到所述中间控制端返回的控制命令确认信息，则重发原控制命令；

所述命令发送端对发出的每条控制命令进行数字编号，后一条控制命令的编号相对于其前一条控制命令的编号递增1，重发的控制命令的编号维持不变；

中间控制端：用于接收所述命令发送端传输的控制命令，控制所述机器人执行控制命令相应的操作；还用于接收控制命令后向所述命令发送端返回控制命令确认；并记录已控制机器人执行过的控制命令的最大编号；其只对编号大于已记录的最大编号的控制命令进行处理，丢弃小于或等于已记录的最大编号的控制命令；

所述中间控制端包括控制命令接收单元、存储单元和控制命令删除单元；

所述控制命令接收单元：用于接收所述命令发送端发来的控制命令；

所述存储单元：用于将接收到的控制命令存储到存储单元，然后向所述命令发送端返回控制命令确认；

所述控制命令删除单元：用于检测所述机器人是否执行控制命令相应的操作，如已执行，将所述存储单元中对应的已执行控制命令删除。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明所提供的一种非接触式人机交互系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中提供了一种非接触式人机交互系统，包括动作扫描系统、速度测量系统、控制命令确定系统和数据传输系统，其中：

动作扫描系统，用于对用户的预设肢体的动作进行扫描，获得动作信息；

速度测量系统，用于测量预设肢体在进行动作时的速度；

控制命令确定系统，用于确定动作扫描系统扫描到的动作信息和速度所对应的控制命令；

数据传输系统，用于将控制命令确定系统确定出的控制命令发送给目标机器人执行。

上述技术方案的有益效果在于：动作扫描系统对用户的预设肢体动作进行扫描，并且该动作扫描系统能够将其他干扰动作进行过滤，降低了速度测量系统以及控制命令确定系统的工作量，同时也降低整个系统的运行成本；速度测量系统设定一个肢体运动速度阈值范围，将超出或低于该阈值范围速度的动作进行过滤，尽可能排除对用户无意肢体动作的读取，而将该速度阈值范围内的动作以及该动作对应的速度传输给控制命令确定系统进行读取；控制命令确定系统，查找用户的动作信息和速度对应的控制命令通过数据传输系统发送给机器人执行相应的操作，因而，综合以上，实现了非接触式的人机交互，不仅降低了系统的运行成本，用户可以通过肢体动作对机器人发出控制命令，机器人对所播放的视频执行相应的暂停、快进等操作。

在一个实施例中，动作扫描系统，包括多个激光发射模块和激光接收模块，其中：

激光发射模块，用于向用户发射激光光束；

激光接收模块，用于接收用户反射回的激光光束；

激光发射模块和激光接收模块排列在同一个平面内，每个激光发射模块发射波长不同的激光信号，激光接收模块接收反射回的不同波长的激光信号。激光发射模块和激光接收模块包括：红外线发射管/接收管等发射不可见光等激光装置，采用该激光发射/接受装置不会对用户观看视频造成干扰，影响观影效果。

在一个实施例中，速度测量系统，其特征在于，包括分束装置、半波片、光电检波器、光纤线圈和媒介模块；其中：

分束装置21，其用于激光的分束与合束；

光电检波器24，用于检测产生的干涉信号；

光纤线圈25，用于实现速度效应，采集动作的速度；

媒介模块26，用于将收集的激光信号与物质的非线性作用；

半波片22、23，用于改变激光的偏振；其中，第一半波片22用于改变激光接收模块接收激光的偏振态；第二半波片23，用于改变光纤线圈25中相向传播激光的偏振态，保证激光信号在媒介模块26空间重合；

激光信号经过媒介模块26后，发生激光与物质的非线性作用，实现对激光接收模块接收激光的放大；放大后的激光信号经分束装置21分束后，沿着光纤线圈25传播，并将经过光纤线圈25相向传播后，通过分束装置21合束后，传输到媒介模块26，进行第二次激光与物质的非线性作用；两次非线性作用通过物质相干性实现关联，所产生的激光信号通过光电检波器24检测。

上述速度测量的系统的工作原理如下：

动作扫描系统的激光接收模块将接收到的用户动作反射的激光a传输到速度测量系统，速度测量系统将接收到的激光a通过半波片22传输到媒介模块26，进行第一次激光与物质的非线性作用，同时产生激光所对应的物质相干性a1，物质相干性a1保留在媒介模块，对接收的激光信号a进行放大，将放大后的激光信号b通过分束装置21对其进行激光分束，分束后的两束激光，一束激光b1通过半波片23传输到光纤线圈25，另一束激光b2直接传输到光纤线圈25，两束激光b1、b2在光纤线圈25中相向传播，光纤线圈实现对激光b1、b2的速度效应，完成动作速度的感应，通过光纤线圈25的两束激光经过半波片23和分束装置24合束后返回媒介模块26，激光b与物质相干性a1进行第二次非线性作用，产生的激光信号c传输到光电检波器24进行检测，此时将光电检波器24检测到的激光信号c的光强与光纤线圈25中速度感应的数据产生相位关联，将其进行合并计算得出最终速度测量结果。

上述速度测量系统的有益效果在于：

速度测量系统对接收到的每束激光进行上述系统的检测，每个激光接收模块对应一个速度测量系统，对每个时刻返回的激光进行光强与速度的检测，然后进行分析计算，并且存储，对用户动作反射回的多束激光进行检测，得到较为精确地速度数据，将检测分析后的的数据传输到控制命令确定系统。

上述系统将激光与其物质相干性进行两次非线性作用，对激光信号进行放大分束后速度检测，实现了对激光的高灵敏度的速度测量。

在一个实施例中，数据传输系统包括：

命令发送端：用于向中间控制端发送一条控制命令，当接收到所述中间控制端返回的控制命令确认信息时，继续向所述中间控制端发送下一条控制命令，若未收到所述中间控制端返回的控制命令确认信息，则重发原控制命令；

所述命令发送端对发出的每条控制命令进行数字编号，后一条控制命令的编号相对于其前一条控制命令的编号递增1，重发的控制命令的编号维持不变；

中间控制端，例如可以是用户的手机、平板电脑等设备，用于接收所述命令发送端传输的控制命令，控制所述机器人执行控制命令相应的操作；还用于接收控制命令后向所述命令发送端返回控制命令确认；并记录已控制机器人执行过的控制命令的最大编号；其只对编号大于已记录的最大编号的控制命令进行处理，丢弃小于或等于已记录的最大编号的控制命令；

所述中间控制端包括控制命令接收单元、存储单元和控制命令删除单元；

所述控制命令接收单元：用于接收所述命令发送端发来的控制命令；

所述存储单元：用于将接收到的控制命令存储到存储单元，然后向所述命令发送端返回控制命令确认；

所述控制命令删除单元：用于检测所述机器人是否执行控制命令相应的操作，如已执行，将所述存储单元中对应的已执行控制命令删除。

上述数据传输系统的有益效果如下：

中间控制端可位于机器人附近，动作扫描系统、速度测量系统可位于远离机器人的地方，例如，中间控制端和机器人在一座城市，动作扫描系统、速度测量系统在另一座城市，从而上述系统可使得命令发起人能够远程通过动作来控制机器人；并且，不需要对已有的机器人进行改造例如不需要使得已有的机器人具有远程通讯功能、不需要使得已有机器人具备判断控制命令是否执行的功能等，只需要为中间控制端赋予前述的功能就可以，改造成本低，实现了对现有机器人的兼容。

首先，数据传输系统不再需要中转设备，降低了系统复杂度，命令发送端直接对中间控制端进行控制命令传输，提高了系统的传输效率；其次，系统包括存储单元，保证了数据传输的时序性和可靠性，对系统的可扩展性能力有进一步的提高。

在一个实施例中，数据传输系统，包括无线网络通信模块，无线网络通信模块用于与目标机器人建立通信连接，方便控制命令的传输。

在一个实施例中，动作扫描系统，包含多个激光发射模块和激光接收模块，激光发射模块和激光接收模块设置在同一平面上。采用多个激光发射/接收装置可以更加准确地判断用户的肢体动作，设置于同一平面上，激光接收模块可以将反射回的波长进行准确的收集，方便对用户肢体动作信号的收集。

在一个实施例中，激光发射模块和激光接收模块设置在同一条水平线上，当用户的动作在水平方向上运动时，激光接收模块分别接收到从左往右的多个激光发射模块发射的激光信号，判断用户的动作方向为从左往右，或分别接收到从右往左的多个激光发射模块发射的激光信号，判断用户的动作方向为从右往左。激光发射/接收模块水平排列在同一水平线，接收用户动作水平运动方向，也可用于在基于三维坐标时对用户肢体动作水平坐标的获取。

在一个实施例中，激光发射模块和激光接收模块设置在同一条垂直线上，当用户的动作在垂直方向上运动时，激光接收模块分别接收到从上往下的多个激光发射模块发射的激光信号，判断用户的动作方向为从上往下，或分别接收到从下往上的多个激光发射模块发射的激光信号，判断用户的动作方向为从下往上。激光发射/接收模块水平排列在同一垂直线上，接收用户动作垂直运动方向，也可用于在基于三维坐标时对用户肢体动作垂直坐标的获取。

在一个实施例中，激光发射模块和激光接收模块设置在同一圆周上，激光发射模块位于圆周中心点，当用户的动作在圆周方向旋转运动时，激光接收模块分别接收到顺时针方向的多个激光发射模块发射的激光信号，判断用户的动作运动的方向为顺时针方向，或分别接收到逆时针方向的多个激光发射模块发射的激光信号，判断用户的动作运动的方向为逆时针方向。采用水平、垂直和圆周设置激光发接收模块，可以实现对用户动作精确地识别，同时，也是动作扫描系统对于激光发射/接收模块最优的设置。

在一个实施例中，激光发射模块和激光接收模块可以采用基于红外线发射装置和接收装置，用于根据反射回的红外线波长进行动作判断；

激光发射模块和激光接收模块可以采用基于三维坐标发射装置和接收装置，用于对用户的动作实时定位，进行动作动作判断。通过两种方式切换或同时工作，使获取的用户动作信息更加准确。

在一个实施例中，用户的动作为圆周方向旋转运动时，包括闭合旋转运动和非闭合旋转运动。对用户的圆周动作进行精确判断，以作出符合肢体动作的相应控制命令。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。