一种用于人机交互的运动捕捉手套设备的制作方法

本实用新型属于三维运动捕捉技术领域，特别涉及一种用于人机交互的动作识别设备。

背景技术：

运动捕捉技术可以以数字的方式记录对象的动作，当前的运动捕捉技术主要包括机械式运动捕捉、电磁式运动捕捉、声学式运动捕捉、光学式运动捕捉及基于惯性传感器的运动捕捉。

机械式运动捕捉依靠机械装置来测量运动，机械装置由多个关节和刚性连杆组成，在关节处装有角度传感器以测量关节角度变化，刚性连杆也可以换成长度可变的伸缩杆，并安装位移传感器以测量长度的变化。运动捕捉通过将待捕捉的物体与机械装置相连，运动物体带动机械装置运动，从而通过机械装置上的传感器记录下待测物体运动。机械式运动捕捉成本低、标定简单、精度较高并且容易实现实时数据捕捉而不受场地限制。但是机械式运动捕捉方式难以实现对于多自由度的关节运动捕捉，同时由于自身尺寸和重量，对待测物体的运动(特别是剧烈运动)造成比较严重的阻碍和干涉。

电磁式运动捕捉一般由发射源、接收器和数据处理单元组成。发射场产生按一定时空分布的电磁场，接收器安装在待测物体的关键位置，接收器跟随待测物体而运动，并将接收到的信号通过有线方式传递给数据处理单元。这种运动捕捉方式不仅能够得到空间位置信息，还能得到方位信息，并且实时性好。但是这种运动捕捉方式对于环境要求严格，附近不能有金属物品，并且有线电缆对物体的运动限制比较大，而且采样频率较低。

声学式运动捕捉与电磁式运动捕捉比较类似，由超声发射器、接收器和处理单元组成。它将多个发射器固定在待测物体的各个部位，发射器持续发出超声波，每个接收器通过计算声波从发射器到接收器的时间得出发射器与接收器之间的距离，3个构成三角形的接收器就可以确定发射器的空间位置。声学式运动捕捉成本较低，但是精度差并且要求发射器与接收器之间无遮挡。

光学式运动捕捉通常采用一个、二个或多个可见光相机，视场角覆盖待测物体的运动范围。待测物体的关键部位贴上一些特质的反光点或者发光点作为视觉识别和处理的标志。系统标定后，相机连续拍摄物体的运动并把图像序列保存下来进行分析和处理，计算每一个标志点在某一瞬间的空间位置，并从而得到其准确的运动轨迹。光学式运动捕捉的优点是没有机械装置、有线电缆等的限制，允许物体的运动范围较大，但是这种装置价格昂贵，系统的标定比较繁琐，而且当运动和环境比较复杂时，标志容易混淆、遮挡和受干扰，从而产生错误的结果。

传统的机械式惯性传感器长期应用于飞机、船舶的导航，随着微机电系统(MEMS)技术的高速发展，微型惯性传感器的技术成熟，近年来，人们开始尝试基于微型惯性传感器的运动捕捉。基本方法是把惯性测量单元(IMU)连接到待测物体上并跟随待测物体一起运动。惯性测量单元通常包括微加速度计(测量加速度信号)以及微陀螺仪(测量角速度信号)，通过对加速度信号的二次积分以及陀螺仪信号的积分，可以得到待测物体的位置信息以及方位信息。由于MEMS技术的应用，IMU的尺寸和重量可以做的很小，从而对待测物体的运动影响很小，并且对于场地的要求低，允许的运动范围大，同时系统的成本比较低。该技术的优点是成本低，可靠性高，其缺点是传感器的积分容易产生漂移，并且传感器本身容易受到干扰，因而对系统设计的要求比较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可用于人机交互的运动捕捉设备。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于人机交互的运动捕捉设备，其特征在于包括：四指指套、传输线和手背装置；其中所述四指指套包括第一指套，第二指套，第三指套和第四指套，所述手背装置为手环形，所述四指指套分别通过一根传输线连接手背装置。

所述手背装置内部集成供电模块、采集模块、第五运动捕捉模块、处理芯片和无线收发装置，其中所述第五运动捕捉模块包括三轴MEMS加速度传感器，三轴MEMS角速度传感器和三轴MEMS磁力计。手背装置两端分别设置有固定粘贴片或者按扣。

所述每个指套内部分别设置有运动捕捉模块，所述运动捕捉模块都分别包括三轴MEMS加速度传感器和三轴MEMS角速度传感器。

四指指套包括：第一指套，包括第一运动捕捉模块，安置食指的第二指节处，以获得食指的运动信息；第二指套，包括第二运动捕捉模块，安置中指的第二指节处，以获得中指的运动信息；第三指套，包括第三运动捕捉模块，安置无名指的第二指节处，以获得无名指的运动信息；第四指套，包括第四运动捕捉模块，安置小指的第二指节处，以获得小指的运动信息。这四个运动捕获包含三轴MEMS加速度传感器和三轴MEMS角速度传感器。

手背装置分别与所述第一指套，第二指套，第三指套和第四指套相连。手背装置集成了供电模块、采集模块、第五运动捕捉模块、处理芯片、无线收发装置。电源模块负责对整个设备的供电管理，包括稳压、充放电管理等；采集模块主要用于五个运动捕捉模块的信息收集，可采用SPI/IIC等总线接口；第五运动捕捉模块用于获得手掌/手背的运动信息，该运动捕捉模块包括三轴MEMS加速度传感器，三轴MEMS角速度传感器和三轴MEMS磁力计；处理芯片对四节手指和手背的传感器数据进行处理，对所述的加速度信号进行二次积分生成位移信息，对角速度信号进行积分生成方位信息，并根据生物力学约束及与外界的接触约束，对所述的方位信息及位移信息进行修正，既可以获得手的运动姿态；无线收发装置通过BLE/WIFI等方式，可将传感器原始数据、经处理芯片处理过的手势数据和手势识别结果发送给其他处理终端，例如PC、手机等。

本实用新型的有益之处在于：基于惯性传感器的运动捕捉手套通常为五指手套，并且在每个手指指节上都安装传感器，节点太多，大大降低了用户体验。本实用新型所涉及的手套只有五个运动捕捉模块，使得设备的体积，功耗更小，并提升了用户体验。另外，传统手套以有线方式输出，本发明以无线方式输出，既有原始数据又有处理后的数据，给其他高性能的处理终端提供了数据接口，以便进行更灵活的应用，适配性更强，更方便。

附图说明

图1为实施例提供的用于人机交互的运动捕捉手套100。

图2为实施例提供的运动捕捉手套100的结构示意图。

图3为实施例提供的用虚拟现实系统。

具体实施方式

为使本实用新型实施的技术方案表述的更加清楚下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。以下实施例仅为举例说明，本实用新型并不仅限于实施例中的方案，除此之外，本领域技术人员可在现有技术范围内进行简单变换而得到的技术方案都在本发明的保护范围内。

实施例

本实施例提供一种可用于虚拟现实系统的动作捕捉手套。虚拟现实系统如图3所示，包括运动捕捉手套100和虚拟现实眼镜。运动捕捉手套以无线方式连接虚拟现实眼镜的处理终端(包括一体机与移动手机)。

如图1所示，运动捕捉手套100包含四指指套1，传输线2和手背装置3。四指指套包括第一指套，第二指套，第三指套和第四指套。第一指套佩戴在食指的第二指节处，第二指套佩戴在中指的第二指节处，第三指套佩戴在无名指的第二指节处，第四指套佩戴在小指的第二指节处。第一指套包括第一运动捕捉模块10，采集食指的运动原始数据。第二指套包括第二运动捕捉模块20，采集中指的运动原始数据。第三指套包括第三运动捕捉模块30，采集无名指的运动原始数据。第四指套包括第四运动捕捉模块40，采集小指的运动原始数据。手背装置3为手环形与四节指套1通过有线方式相连，手环两端以表带等形式固定在手背上。手背装置集成了第五运动捕捉模块50，采集模块60采用低功耗Ambiq Apollo512用于SensorHub和预处理，处理芯片70采用STM32F411RE系列来完成数据处理，无线收发装置80采用蓝牙芯片TI CC2540F256与CC2541F256组合，电源模块90主要采用TP4057和RT8059用于电源管理及稳压。第五运动捕捉模块50采集手背运动原始数据。每一个运动捕捉模块均包括：三轴MEMS加速度传感器、三轴MEMS角速度传感器(又叫陀螺仪传感器)，而第五运动捕获模块还包含三轴MEMS磁力计(又叫电子罗盘传感器)，具体使用时，采用了六轴传感MPU6500与地磁HMC5983。

如结构示意图2所示，采集模块通过SPI总线接口获得五个运动捕捉模块的加速度信号、角速度信号及地磁信号。处理芯片把这五个运动模块采集到的原始数据进行预处理和编码，并通过蓝牙传输至虚拟现实眼镜的处理终端。需要说明的是设备进行数据预处理和编码的目的是减少传输数据量，增加系统实时性和稳定性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式的限制。凡是依据本实用新型的技术和方法实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型的技术和方法方案的范围。