一种数据手套及VR系统的制作方法

本实用新型涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种数据手套及VR系统。

背景技术：

随着虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术的发展，出现了很多能够增强VR体验的零配件和周边产品。其中，手持式的VR设备，例如数据手套，能够为用户在虚拟场景和现实世界的互动中提供很好的帮助。用户通过数据手套可以对虚拟现实场景中的物品进行操控。

现有的数据手套一般是在传统手套上加入一些电子器件形成的。用户穿戴数据手套的体感与穿戴传统手套的体感差不多，甚至比穿戴传统手套的体感更笨重、更僵硬，无法给用户带来很好的沉浸感。

技术实现要素：

本实用新型的多个方面提供一种数据手套及VR系统，用以提高数据手套的灵活程度，充分发挥手在交互过程中的自然性、灵巧性和适应性。

本实用新型提供一种数据手套，包括：

手掌套、处理器、至少一个指关节套、手指传感器组和反馈传感器；

每个指关节套套设在对应手指的指关节上；所述手掌套穿戴在手掌上；每个指关节套与所述手掌套之间通过第一软带结构连接；

每个指关节套上分别设有手指传感器组，所述处理器设置于所述手掌套上；每个手指传感器组分别与所述处理器电连接；

每个指关节套上分别设有反馈传感器；每个反馈传感器分别与所述处理器电连接；

所述处理器接收所述手指传感器组探测到的手指三维运动姿态信号，并发送至所述数据手套对应的终端控制器；

所述处理器还用于根据所述终端控制器基于所述手指三维运动姿态信号返回的振动信号，控制所述反馈传感器进行振动。

可选地，所述第一软带结构上设有用于调节所述第一软带结构的长度的第一调节机构。

可选地，所述第一调节机构为安装在第一软带结构上的调节扣；或者第一调节机构为安装在所述手掌套上的转轴，所述第一软带结构缠绕安装在所述转轴上。

可选地，所述第一软带结构上设有黏贴布；所述黏贴布用于将所述第一软带结构固定在对应的指关节套上。

可选地，每个指关节套包括用于覆盖指盖的第一片体、用于覆盖指肚的第二片体、第二软带结构和第三软带结构；

所述第一片体和所述第二片体对应手指的两侧分别通过所述第二软带结构连接；

所述第一片体和所述第二片体对应手指的端部通过所述第三软带结构连接；

所述第二软带结构上设有用于调节所述第二软带结构的长度的第二调节机构。

可选地，每个指关节套包括第三调节机构；

所述第三软带结构的一端内嵌于所述第一片体上对应手指的端部；所述第三软带结构的另一端内嵌于所述第二片体上对应手指的端部；

所述第三软带结构上设有用于调节所述第三软带结构的长度的第三调节机构。

可选地，所述处理器设置于所述手掌套上对应手心的位置或对应手背的位置或对应手腕的位置；所述反馈传感器分别设置于对应的指关节套上对应手指肚的位置。

可选地，数据手套还包括手掌传感器组；

所述手掌传感器组设置于所述手掌套上对应手背的位置或对应手心的位置，且与所述处理器电连接；

所述手掌传感器组用于探测手掌的手掌三维运动姿态；所述处理器用于将所述手掌传感器组探测到的手掌三维运动姿态信号，发送至所述终端控制器。

可选地，数据手套还包括无线通信模块；

所述无线通信模块设置于所述手掌套上，且与所述处理器电连接；

所述无线通信模块，用于将所述处理器传输的手指三维运动姿态信号发送至所述终端控制器；

所述无线通信模块，还用于接收所述终端控制器返回的所述振动信号，并将所述振动信号传输至所述处理器。

本实用新型还提供一种VR系统，包括终端控制器、VR头盔以及上述实施例提供的数据手套；

所述终端控制器为VR控制器，所述VR控制器分别与所述数据手套、所述VR头盔电连接；

所述VR控制器用于根据所述数据手套发送的手指三维运动姿态信号和所述VR头盔的头部三维运动姿态信号，控制所述VR头盔显示虚拟场景。

在本实用新型中，指关节套套设在对应手指的指关节上，手掌套穿戴在手掌上，指关节套与手掌套之间通过第一软带结构连接，使得指关节套和手掌套相对独立。当用户穿戴上数据手套活动手指时，手掌与手指之间几乎没有牵连感和不适感，提高用户的手部体验和手部灵活程度，充分发挥手在交互过程中的自然性、灵巧性和适应性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施例提供的VR系统的结构示意图；

图2为本实用新型的数据手套一种实施例的结构示意图；

图3a为本实用新型的第一软带结构一种实施例的示意图；

图3b为本实用新型的第一软带结构另一种实施例的示意图；

图4为本实用新型的指关节套一种实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的数据手套另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图，详细说明本实用新型各实施例提供的技术方案。

图1为本实用新型一实施例提供的VR系统的结构示意图。如图1所示，VR系统包括数据手套10、终端控制器20和VR头盔30。

终端控制器20分别与数据手套10和VR头盔30电连接。可选地，终端控制器20可以为VR控制器或者其他控制器。

数据手套10用于探测手指三维运动姿态信号，并将手指三维运动姿态信号发送至终端控制器20。数据手套10可采用下述实施例提供的手套来实现。VR头盔30用于探测头部三维运动姿态信号，并将头部三维运动姿态信号发送至VR控制器20。VR控制器20用于根据数据手套10发送的手指三维运动姿态信号和VR头盔30发送的头部三维运动姿态信号，控制VR头盔30显示虚拟场景。

可选地，手指三维运动姿态信号包括但不限于手指的三维加速度、三维角速度、三维位移等信号。头部三维运动姿态信号包括但不限于头部的三维加速度、三维角速度、三维位移等信号。

本实施例提供的VR系统可以根据用户的手部动作和头部动作控制虚拟场景的显示，增强用户的VR体验。

图2为本实用新型的数据手套一种实施例的结构示意图。如图2所示，该数据手套10包括：手掌套11、处理器12、至少一个指关节套13、手指传感器组131和反馈传感器132。

其中，每个指关节套13套设在对应手指的指关节上。可选地，每个指关节套13可以套设在对应手指的任何一个指关节上或者多个指关节上；每个指关节套也可以套设在至少一个手指上。基于此，指关节套的数量可以为一个或多个。优选地，每个指关节套13套设在对应手指的第一指关节上，也就是图2示出的距离手掌最远的指关节上。

手掌套11穿戴在手掌上。可选地，手掌套11还可以穿戴在手掌上和与手掌连接的指关节上。手掌套11与指关节套13之间留有空隙。如图1所示，手掌套11与指关节套13之间通过第一软带结构14连接。第一软带结构14的一端连接在指关节套13上靠近手掌的端部，第一软带结构14的另一端可以连接在手掌套11上对应手背的位置或对应手心的位置。可选地，第一软带结构14可以是具有弹性、可伸缩、可弯曲的软带结构，例如可以是细绳、弹簧等。

每个指关节套13上分别设有手指传感器组131。可选地，手指传感器组131可以固设在每个指关节套13上的任一位置。手指传感器组131可以包括但不限于加速度传感器、陀螺仪、磁力计、位移传感器等中的任一项或者至少两项的组合。基于此，手指传感器组131可用于探测对应手指的手指三维运动姿态。

手掌套11上设置有处理器12。可选地，处理器可以设置于手掌套11上对应手心的位置或对应手背的位置或对应手腕的位置。

每个手指传感器组131分别与处理器12电连接。每个手指传感器组131可将探测到的对应手指的手指三维运动姿态发送至处理器12。处理器12与数据手套10对应的终端控制器20电连接。处理器12接收到手指三维运动姿态信号之后，可将手指三维运动姿态信号发送至终端控制器20。终端控制器20可基于手指三维运动姿态信号生成振动信号，并发送至处理器12。

每个指关节套13上分别设有反馈传感器132。可选地，反馈传感器132可以固设在每个指关节套13上的任一位置。反馈传感器132可以是接触式传感器、压电式传感器等可以将电流转化成机械振动的传感器。可选地，为了让用户的手指更明显地感受到振动，反馈传感器132分别设置于对应的指关节套13上对应手指肚的位置。每个反馈传感器132分别与处理器12电连接，处理器12还用于根据终端控制器20基于手指三维运动姿态信号返回的振动信号，控制反馈传感器132进行振动。

本实施例中，指关节套套设在对应手指的指关节上，手掌套穿戴在手掌上，指关节套与手掌套之间通过第一软带结构连接，使得指关节套和手掌套相对独立。当用户穿戴上数据手套活动手指时，手掌与手指之间几乎没有牵连感和不适感，提高用户的手部体验和手部灵活程度，充分发挥手在交互过程中的自然性、灵巧性和适应性。

进一步地，通过数据手套可以直接获得手部在空间的三维运动姿态信号，获取的数据量小，速度快。而且可识别的手势较多，而且能够进行实时地识别。

更进一步地，通过指关节套上的手指传感器组、反馈传感器以及手掌套上的处理器，可以根据基于手指三维运动姿态信号返回的振动信息，控制反馈传感器进行振动，使得用户通过数据手套能够感受到所做动作的反馈，体验来自数据手套的VR虚拟现实感觉，给用户很好的沉浸感。

图3a为本实用新型的第一软带结构一种实施例的示意图。如图3a所示，第一软带结构14上设有第一调节机构141。第一调节机构141可用于调节第一软带结构14的长度，使其适合手指的长度。

可选地，第一调节机构141为安装在第一软带结构14上的调节扣。为了方便描述和区分，图3a中，第一软带结构14可以分为两段，其中一段与手掌套11连接，另一段与指关节套13连接。与指关节套13连接的第一软带结构14固定连接在调节扣141上，与手掌套11连接的第一软带结构14活动连接在调节扣上。通过拉长或缩进与手掌套11连接的第一软带结构14，可以调节第一软带结构14的长度。

本实施例中，通过在第一软带结构上设置第一调节机构使得数据手套的使用更加灵活，对不同的手指长度适应性强，便于佩戴。

图3b为本实用新型的第一软带结构另一种实施例的示意图。如图3a所示，第一调节机构141为安装在手掌套11上的转轴，第一软带结构14缠绕安装在转轴141上。将第一软带结构14缠绕安装在转轴上，可调短第一软带结构14的长度；将第一软带结构14从转轴上解下，可调长第一软带结构14的长度。

在一可选实施方式中，当第一软带结构比较长时，会妨碍到手部运动。基于此，第一软带结构上设有黏贴布；黏贴布用于将第一软带结构固定在对应的指关节套上。在另一可选实施方式中，黏贴布还可用于将第一软带结构固定在手掌套上。

本实施例中，通过在第一软带结构上设置黏贴布，避免第一软带结构过长时妨碍手指运动，提高用户VR体验时的自由感和沉浸感。

图4为本实用新型的指关节套一种实施例的结构示意图。如图4所示，每个指关节套13包括用于覆盖指盖的第一片体133、用于覆盖指肚的第二片体134、第二软带结构135和第三软带结构136。

第一片体133和第二片体134对应手指的两侧分别通过第二软带结构135连接。第二软带结构135可以是具有弹性的细绳、弹簧等可伸缩、可弯曲的软带结构。

第二软带结构135上设有第二调节机构。第二调节结构用于调节第二软带结构135的长度，使其适合指关节的粗度，提高对手指粗度的适应性，便于佩戴。可选地，第二调节机构可以为安装在第二软带结构135上的调节扣。

第一片体133和第二片体134对应手指的端部通过第三软带结构136连接。如图4所示，手指的端部指手指的前端。可选地，为了使指关节套更加美观，第三软带结构136的一端内嵌于第一片体133上对应手指的端部；第三软带结构136的另一端内嵌于第二片体134上对应手指的端部，以实现第三软带结构136与第一片体133和第二片体134的固定连接。同理，第二软带结构135也可以采用类似的连接方式。第二软带结构135分为左右两个，左侧的第二软带结构135的一端内嵌于第一片体133上对应手指的左侧，另一端内嵌于第二片体134上对应手指的左侧；右侧的第二软带结构135的一端内嵌于第一片体133上对应手指的右侧，另一端内嵌于第二片体134上对应手指的右侧。类似地，第三软带结构136可以是具有弹性的细绳、弹簧等可伸缩、可弯曲的软带结构。

第三软带结构136上设有第三调节机构。第三调节机构用于调节第三软带结构136的长度，使指关节套的长度适合指关节的长度。如果指关节套套设于第一指关节上，则可以通过第三调节机构调节指关节套，使指关节套的长度适合第一指关节的长度。可选地，第三调节机构可以为安装在第三软带结构136上的调节扣。

本实施例中，片体及软带结构使得数据手套能够牢固、可靠地佩戴在手上，同时提高了手指传感器组采集数据的准确性并保证了反馈振动的效果。

在一可选实施方式中，数据手套包括设置于所述手掌套上的手掌传感器组。可选地，手掌传感器组可以设置在手掌套上任一位置。优选地，手掌传感器组设置于所述手掌套上对应手背的位置或对应手心的位置。手掌传感器组包括但不限于三维加速度传感器、三维位移传感器、三维角速度传感器、磁力计等。基于此，手掌传感器组可用于探测手掌的手掌三维运动姿态。

手掌传感器组与处理器电连接。手掌传感器组可将探测到的手掌三维运动姿态信号，经与处理器之间的连接线路，发送至处理器。处理器将手掌传感器组探测到的手掌三维运动姿态信号，发送至终端控制器，以供终端控制器控制VR头盔显示虚拟场景。

图5为本实用新型的数据手套另一种实施例的结构示意图。如图5所示，数据手套10还包括：无线通信模块15。可选地，无线通讯模型可以为蓝牙模块或WIFI模快。

无线通信模块15设置于手掌套11上，且与处理器12电连接。可选地，无线通信模快12可以设置在手掌套11的任一位置。无线通信模块15用于将处理器12传输的手指三维运动姿态信号发送至终端控制器20；还用于接收终端控制器20返回的振动信号，并将振动信号传输至处理器12，以供处理器12控制反馈传感器132进行振动。

可选地，无线通信模块包括通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口，终端控制器包括USB接口。无线通信模块的USB接口与终端控制器的USB接口连接，用于接收终端控制器发送的振动信号，以及将手指三维运动姿态信号发送至终端控制器。

可选地，在图1所示VR系统中，VR头盔包括USB接口。基于此，当图5所示数据手套应用于VR系统时，VR头盔的USB接口可与终端控制器的USB接口连接。VR头盔可通过USB接口向终端控制器实时传输头部三维运动姿态信号，以及接收终端控制器返回的控制信号，以实时更新渲染的虚拟场景。

可选地，如图5所示，数据手套10还包括电源模块16。电源模块16可以设置于手掌套11上的任一位置。电源模块16与处理器12和无线通信模块15电连接，用于为处理器12和无线通信模块15供电。

在一可选实施方式中，如图5所示，处理器12、无线通信模块15和电源模块16可以封装在一个处理设备17内。处理设备17可以固设在手掌套11上对应手背的位置。第一软带结构14的一端连接在指关节套13上，另一端连接在处理设备17的外壳上。

在用户体验VR场景之前，在终端控制器中安装VR应用程序，如SteamVR，并安装对应的VR驱动程序，例如为OpenVR driver；以及，将数据手套的软件开发工具包和VR头盔的软件开发工具包以库的形式配置在VR驱动程序中。将VR头盔的USB接口与终端控制器的USB接口连接，将数据手套的USB接口与终端控制器的USB接口连接。开启数据手套，并启动终端控制器，用户即可开始体验虚拟场景。

在用户佩戴数据手套和VR头盔体验虚拟场景的场景中，用户可以将手掌套穿戴在手掌上，并将指关节套套设在对应手指的指关节上。如果指关节套不适合手指的尺寸，可通过第一调节结构调节指关节套与手掌套之间连接的第一软带结构，使适合手指的长度；此外，还可通过第二调节机构调节指关节套的第一片体与第二片体之间的第二软带结构，使适合指关节的粗度；此外，还可通过第三调节机构调节指关节套的第一片体与第二片体之间的第三软带结构，使适合指关节的长度。

在用户体验虚拟场景的过程中，手部动作会带动数据手套上的手指传感器组和手掌传感器组相应动作。手指传感器组将探测到的手指三维运动姿态信号发送至处理器，相应地，手掌传感器组将探测到的手掌三维运动姿态信号也发送至处理器。处理器将接收到的手指三维运动姿态信号和手掌三维运动姿态信号发送至无线通信模块，继而经USB接口传输至终端控制器。终端控制器可采用三自由度算法，根据手指三维运动姿态信号和手掌三维运动姿态信号解析出各手指的弯曲程度和手掌的姿势。进一步，根据各手指的弯曲程度和手掌的姿势，获取手势。

终端控制器可根据手势生成振动信号，并将振动信号通过USB接口发送至处理器。处理器将振动信号发送至每个指关节套上的反馈传感器，以控制反馈传感器进行振动。可选地，振动信号包括振动使能信号和工作模式信号。其中，振动使能信号用于控制反馈传感器中的振子振动；工作模式信号用于控制反馈传感器的工作模式。不同工作模式下反馈传感器中振子的振幅和频率不同。例如，正常模式下振子的振幅较大、频率较高；节能模式下振子的振幅较小、频率较低。基于此，振动信号可以控制对应的反馈传感器按照特定的振幅和频率振动。

在用户体验虚拟场景的过程中，头部动作会带动VR头盔相应动作。VR头盔将头部三维运动姿态信号通过USB接口发送至终端控制器。终端控制器根据头部三维运动姿态信号，计算头部空间位置信息。然后，将头部控制位置信息作为插件对接到用于显示虚拟场景的驱动程序中。终端控制器用于根据所述数据手套发送的手指三维运动姿态信号和所述VR头盔的头部三维运动姿态信号，控制所述VR头盔显示虚拟场景。

可选地，在用户开始体验虚拟场景时或者体验完虚拟场景后，处理器可初始化手指传感器组和手掌传感器组内的数据，以提高探测数据的准确性。

在一可选实施方式中，数据手套的软件开发工具包可以执行5部分的操作。首先封装底层通信协议。然后，对接收到的手指三维运动姿态信号和手掌三维运动姿态信号进行解析。接着，采用三自由度算法等计算出手指弯曲度、手势、手掌姿势等。然后，对计算出的手势重新封包，对上提供统一接口。数据手套的软件开发工具还可动态支持设备的插拔和通信的异常处理。

同样地，VR头盔的软件开发工具包可以封装底层通信协议；进行数据解析和重新打包；对上提供统一接口；以及动态支持设备的插拔和通信的异常处理。

VR驱动程序用于获取VR头盔的三维运动姿态信号、手指三维运动姿态信号和手掌三维运动姿态信号，并对这些信号进行三自由度&六自由度数据融合算法。VR驱动程序还包括镜头畸变处理算法，异步时间扭曲(Asynchronous Timewarp，ATW)算法、渲染(Render)算法等。VR驱动程序提供统一接口给VR应用程序。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。