CN204965329U - 便携式电子设备和运动和手势探测系统 - Google Patents

便携式电子设备和运动和手势探测系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及便携式电子设备和运动和手势探测系统。具体地，提供了一种便携式电子设备，包括：一个或多个传感器，被配置为探测与位于用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的第一特性；及被配置为根据所述第一特性确定手势并且还被配置为关联命令与所确定的手势的逻辑单元。通过例如用户手、手臂、手腕和手指当中一个或多个的运动探测用户的运动和手势输入的设备向该设备或其它设备提供命令。设备可以附连到用户的手腕、脚踝或其它身体部位、放在其上或者触摸其。通过探测用户身体的运动并且把运动与输入命令关联，除例如语音和触摸输入之外或者作为其代替，设备还可以通过另一手段接收用户输入命令。

Description

便携式电子设备和运动和手势探测系统
技术领域
本实用新型一般而言涉及探测用户的运动和手势输入以向该设备或其它设备提供命令的设备。特别地，该设备可以使用一个或多个传感器来基于用户的手、手臂、手腕和手指的运动来确定用户的运动和手势输入。
背景技术
许多现有的便携式电子设备使用语音或触摸输入作为让用户向设备传送命令或者控制设备的方法。一个例子是语音命令系统，该系统可以把具体的口头命令映射成操作，例如，以通过说出人的名字来启动电话号码的拨号。另一个例子是触摸输入系统，其中用户可以通过触摸一连串虚拟按钮或执行触摸手势来选择具体的设备设置，诸如调节扬声器的音量。虽然语音和触摸输入可以是控制设备的有效途径，但是会存在其中用户说出口头命令或执行触摸手势的能力可能受限的情形。
实用新型内容
本实用新型的例子的目标是要提高能够探测用户身体的运动并且把该运动与用户输入关联的设备和系统。
根据本公开的一个实施例，提供了一种便携式电子设备，包括：一个或多个传感器，被配置为探测与位于用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的第一特性；及被配置为根据所述第一特性确定手势并且还被配置为关联命令与所确定的手势的逻辑单元。
根据该实施例的一个方面，便携式电子设备还包括：一个或多个光发射器，被配置为在所述用户的身体部位处发射光；及附连到所述便携式电子设备的带子，其中所述一个或多个传感器当中至少一个以及所述一个或多个光发射器当中至少一个位于所述带子上或所述带子中。
根据该实施例的一个方面，所述第一特性包括第一反射率并且位于所述带子上或所述带子中的所述一个或多个传感器当中至少一个被配置为探测第二特性，所述第二特性包括从位于所述带子上或所述带子中的所述至少一个或多个光发射器所发射的光的第二反射率，并且所述逻辑单元还被配置为根据所述第一和第二反射率确定手势。
根据该实施例的一个方面，便携式电子设备还包括至少两个光发射器和至少两个光学传感器，其中所述至少两个光发射器和所述至少两个光学传感器发射并探测处于不同波长的光。
根据该实施例的一个方面，所述不同波长选自包括红外波长、蓝色波长和绿色波长的组。
根据该实施例的一个方面，所述一个或多个传感器是被配置为探测光电容积描记信号的多功能传感器。
根据该实施例的一个方面，便携式电子设备还包括惯性传感器、机械接触传感器和肌电传感器当中至少其一。
根据该实施例的一个方面，所述带子包括第一带，所述第一带包括多个区域，所述多个区域被配置为响应于所述一个或多个肌腱的运动而拉伸或收缩，并且其中所述第一特性包括由于在所述多个区域当中至少一个中拉伸或收缩的变化而导致的电阻变化。
根据该实施例的一个方面，所述带子还包括第二带，所述第一带包括多个光学特征件，并且所述第二带包括：被配置为在所述光学特征件处发射光的一个或多个光发射器，并且所述一个或多个传感器是被配置为探测所发射的光的反射率的光传感器，其中所述第一特性包括探测到的反射率。
根据该实施例的一个方面，所述一个或多个传感器包括一个或多个电极，并且所述第一特性包括与位于所述用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的电容变化。
根据该实施例的一个方面，所述一个或多个电极位于附连到所述便携式电子设备的带子中或带子上。
根据该实施例的一个方面，便携式电子设备还包括：收发器，被配置为从第二设备接收第二手势或运动信息，所述第二设备被配置为探测与位于第二身体部位上的一个或多个肌腱相关联的第二手势或运动，其中所述逻辑单元还被配置为把所述命令与所述第二手势或运动关联。
根据本公开的一个实施例，提供了一种运动和手势探测系统，包括：触摸或附连到第一身体部位的第一便携式电子设备，所述第一便携式电子设备包括：被配置为探测信号的一个或多个探测器，其中所述信号是与位于所述第一身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的反射率、电容变化或者电阻变化，及被配置为根据所述信号确定第一手势信息的逻辑单元；及触摸或附连到第二身体部位的第二便携式电子设备，所述第二便携式电子设备包括被配置为向所述第一便携式电子设备发送第二手势信息的发送器。
根据该实施例的一个方面，所述第一便携式电子设备包括至少两个光发射器和至少两个光学传感器，所述至少两个光发射器和所述至少两个光学传感器发射并探测处于不同波长的光。
根据该实施例的一个方面，运动和手势探测系统还包括：存储单元，被配置为存储至少一个命令，其中所述逻辑单元被配置为基于所述第一手势信息和所述第二手势信息确定运动和手势，并且被配置为把所述运动和手势与所述至少一个命令关联。
根据该实施例的一个方面，所述至少一个命令与预定义的手势关联。
根据该实施例的一个方面，所述存储单元包括之前的手势和相关联的命令的历史。
根据该实施例的一个方面，所述第一便携式电子设备包括带子，所述带子包括一个或多个探测器和一个或多个光发射器当中至少其一。
根据该实施例的一个方面，所述第一便携式电子设备包括带子，所述带子包括被配置为探测与位于用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的电容变化的一个或多个电极。
根据该实施例的一个方面，所述第一便携式电子设备包括带子，所述带子包括第一带，所述第一带包括多个区域，所述多个区域被配置为响应于所述一个或多个肌腱的运动而拉伸或收缩，并且其中所述信号是由于在所述多个区域当中至少一个中的拉伸或收缩的变化而导致的电阻变化。
本实用新型涉及通过例如用户的手、手臂、手腕和手指当中一个或多个的运动来探测用户的运动和手势输入以便向该设备或其它设备提供命令的设备。设备可以附连到用户的手腕、脚踝或其它身体部位，放在其上或者触摸其。一个或多个光学传感器、惯性传感器、机械接触传感器和肌电传感器等等可以探测用户身体的运动。基于探测到的运动，用户手势可以被确定。设备可以把手势解释为输入命令，并且设备可以基于输入命令来执行操作。通过探测用户身体的运动并且把该运动与输入命令关联，除例如语音和触摸输入之外或者代替该语音和触摸输入，设备还可以通过另一手段接收用户输入命令。
附图说明
图1A-1C示出了本公开的例子可以在其中实现的系统。
图2A示出了根据本公开的例子的人手的示例性描绘。
图2B示出了根据本公开的例子的人手腕的横截面视图。
图3A-3H示出了根据本公开的例子的示例性手指和手腕运动。
图4示出了根据本公开的例子的附连到用户手腕的可穿戴设备的示例性配置。
图5A示出了根据本公开的例子的手腕和利用光学传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。
图5B示出了根据本公开的例子的手腕和利用光学传感器进行运动和手势感测的示例性设备的顶视图。
图6示出了根据本公开的例子的利用惯性传感器进行运动和手势感测的示例性设备的剖视图。
图7A示出了根据本公开的例子的手腕和利用机械接触传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。
图7B示出了根据本公开的例子的手腕和利用位于带子(strap)中的光学传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。
图7C示出了根据本公开的例子的带子的特写视图。
图8示出了根据本公开的例子的手腕和利用肌电传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。
图9A示出了根据本公开的例子的示例性手势和对应命令。
图9B示出了根据本公开的例子的用于基于用户的运动确定命令的示例性过程流。
图9C示出了根据本公开的例子的用于记录用户定义的手势的示例性过程流。
图9D-9E示出了根据本公开的例子的示例性手和手腕运动。
图9F-9H示出了根据本公开的例子的与手语(signlanguage)关联的示例性手指运动。
图10示出了根据本公开的例子的包括用于确定用户的手势或运动的一个或多个运动和手势传感器的计算系统的示例性框图。
图11示出了根据本公开的例子的其中设备连接到主机的示例性配置。
具体实施方式
在以下对例子的描述中，参考其中通过说明示出了可以被实践的具体例子的附图。应当理解，在不背离各种例子的范围的情况下，可以使用其它例子并且可以进行结构变化。
各种技术和过程流步骤将参考附图中说明的例子来详细描述。在以下描述中，阐述了各种具体细节，以提供对本文所描述或引用的一个或多个方面和/或特征的透彻理解。但是，对本领域技术人员而言很显然，本文所描述或引用的一个或多个方面和/或特征没有这些具体细节当中的一些或全部也可以被实践。在其它情况下，众所周知的过程步骤和/或结构没有详细描述，以便不模糊本文所描述或引用的一些方面和/或特征。
另外，虽然过程步骤或方法步骤可以按顺序次序描述，但是这种过程和方法可以被配置为以任何合适的次序工作。换句话说，可以在本公开中描述的步骤的任何顺序或次序都不指示需要步骤本身按那个次序执行。另外，一些步骤尽管被描述为或暗示为不同时发生(例如，因为一个步骤在另一个步骤之后被描述)，但是可以同时被执行。而且，通过其在附图中的描绘对过程的说明不暗示所说明的过程排斥对其的其它变化和修改、不暗示所说明的过程或者其任何步骤对一个或多个例子是必需的并且也不暗示所说明的过程是优选的。
本公开涉及探测用户的运动和手势输入的设备，以便向该设备或其它设备提供命令。设备可以附连到用户的手腕、脚踝或其它身体部位，放在其上或者触摸其。一个或多个光学传感器、惯性传感器、机械接触传感器和肌电传感器等等可以允许设备探测用户身体，诸如用户的手、手臂、手腕和手指，的运动。基于探测到的运动，用户手势可以被确定。设备可以把手势解释为输入命令，并且设备可以基于输入命令来执行操作。通过探测用户身体的运动并且把运动与输入命令关联，除例如语音和触摸输入之外或者代替其，设备还可以通过另一手段接收用户输入命令。
在一些例子中，光学感测可以采用位于设备本身之上或者位于附连到设备的带子中的光源和光传感器。光源和光传感器可以从离开用户的肌腱、皮肤、肌肉和骨头的光的反射率生成反射率分布(reflectanceprofile)。在一些例子中，惯性感测可以采用加速计和陀螺仪来基于沿轴运动的变化以及附连到用户的手腕、脚踝或其它身体部位、放在其上或者触摸其的设备的朝向变化来确定刚性身体运动。在一些例子中，可以通过利用用户身体部位，诸如手腕，周围的至少一个遵循用户运动的柔性材料来采用机械接触感测。在一些例子，肌电传感器可以允许设备探测与用户运动耦合的肌腱中的电信号或电容变化。
在这部分中描述了根据本公开的方法和装置的代表性应用。这些例子的提供仅仅是添加上下文并且帮助理解所描述的例子。因此，对本领域技术人员来说很显然，所描述的例子没有具体细节中的一些或全部也可以实践。其它应用是可能的，使得以下例子不应当被认为是限制。
图1A-1C示出了本公开的例子可以在其中实现的系统。图1A示出了可以包括触摸屏124的示例性移动电话136。图1B示出了可以包括触摸屏126的示例性媒体播放器140。图1C示出了可以包括触摸屏128并且可以使用带146附连到用户的示例性可穿戴设备144。图1A-1C的系统可以配置为用于光学感测、惯性感测、机械接触感测、肌电感测或者这些当中两个或更多个的组合，以确定用户的运动和手势，如将要公开的。
图2A示出了人手的示例性描绘，并且图2B示出了人手腕的横截面视图。应当指出，虽然本公开的例子可以主要关于附连到用户手腕的设备来提供，并且可以主要说明用户的手指、手或手臂的运动，但是诸如脚踝、膝盖或头部(仅举几个例子)之类的其它身体部位及其关联的运动也是预期的并且属于本公开的范围。手204可以包括多个手指202、手腕220、多个肌腱210和212、多个肌肉230以及多个骨头240。肌腱210可以位于手的手掌一侧，也被称为掌侧。肌腱210也被称为屈肌腱。肌腱212可以位于手的前侧，也被称为背侧。肌腱212也被称为伸肌腱。手的肌肉230通过多个肌腱210和212附连到骨头240。当用户移动肌肉或骨头时，人的大脑通过神经系统向对应的神经发送电信号。神经利用电信号刺激肌肉，使肌肉收缩或移动。肌肉运动会导致通过附连的一个或多个肌腱的骨头运动。
图3A-3H示出了示例性手指和手腕运动。图3A示出了可以涉及外展肌的手指302的外展。如本文所使用的，术语“外展肌”通常是指造成远离中心线350的运动的肌肉。图3B示出了可以涉及内收肌的手指302的内收。如本文所使用的，术语“内收肌”通常是指造成朝中心线350运动的肌肉。
每根手指(除大拇指之外)可以包括三个关节：掌指(MCP)关节、近端指间(PIP)关节和远端指间(DIP)关节。MCP关节，也被称为指关节，位于手和手指之间。PIP关节是下一组朝向指甲的关节，而DIP关节是手指的最远关节。手指302的外展，如图3A中所示，以及手指302的内收，如图3B中所示，可以涉及MCP关节的移动。
图3C-3D示出了一根或多根手指302的屈伸。屈曲352和356可以涉及把一根或多根手指302朝手腕320弯曲的肌肉和肌腱。屈曲352可以涉及MCP关节，而屈曲356可以涉及PIP和DIP关节。伸展354和358可以涉及造成一根或多根手指302远离手腕320的运动的肌肉和肌腱并且可以涉及所有三种MCP、PIP和DIP关节。在一些例子中，手指屈曲可以包括大拇指的屈曲，这会导致例如用户握拳。
图3E示出了手腕外展，并且图3F示出了手腕内收，其中用户可使手腕移向一侧。手腕外展或径向偏离，如图3E中所示，可以涉及手的大拇指侧朝前臂的径向侧的运动。手腕内收或尺骨偏离，如图3F所示，可以涉及手的小指侧朝前臂的尺骨侧的运动。图3G示出了手腕伸展，并且图3H示出了手腕屈曲。手腕伸展可以涉及手掌朝前臂背侧的运动。手腕屈曲可以涉及手掌朝前臂内侧的运动。
图4示出了根据本公开的例子的附连到手腕的可穿戴设备的示例性配置。用户的手臂可以包括手指402、手404和手腕420。设备400可以在任何身体部位，诸如用户的手腕420，附连到用户的皮肤、放在其上或者触摸其。肌肉430可以通过肌腱410附连到手指402中的骨头。当用户想要执行图3A-3H中所说明的任何一种运动时，手指402、手腕420和手404可以在用户的大脑发送刺激肌肉430的电信号时移动。肌肉430可以响应于接收到的电信号而收缩。响应于接收到的电信号，附连到肌肉430的肌腱410也会收缩或者移动并且会使得手指402、手404和手腕420移动。当肌腱收缩或移动时，设备400可以探测肌腱的运动、电信号或者这二者。基于肌腱运动或电信号或者这二者，设备400可以确定用户的运动和手势。运动和手势可以被解释为到该设备或另一设备的命令。在一些例子中，主机设备可以执行用户的运动和手势的确定，如以下将描述的。
图5A示出了根据本公开的例子的手腕和利用光学传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。设备500可以利用带子546附连到手腕520。在一些例子中，设备500、带子546或者这二者可以触摸手腕520的皮肤。手腕520可以包括肌腱510和512以及肌肉530。设备500可以包括一个或多个光源502以及一个或多个光传感器504。光源502可被指向皮肤、肌腱510和肌肉530。从光源502发射的光可以反射离开皮肤、肌腱510和肌肉530，以创建由光传感器504探测到的反射率分布。反射率分布可以随着屈曲/伸展和外展/内收肌的肌腱中的运动而改变。从反射率分布，设备可以确定和区分运动和手势(例如，哪个手指被移动、手腕如何弯曲，等等)。例如，打开手或握拳会引起所有肌腱的运动，而移动个别手指会造成单个肌腱的运动。在一些例子中，带子546可以包括一个或多个光源506以及一个或多个光传感器508。光源506可被指向并可以反射离开皮肤、肌腱512和肌肉530，以创建由光传感器508探测的另一反射率分布。虽然图5A示出了四个光源和四个光传感器，但是本公开的例子可以包括任意数量的光源和任意数量的光传感器。
在一些例子中，一个或多个光源502和506以及一个或多个光传感器504和508可以具有不同的发射和探测波长。通过发射和探测处于不同波长的光，各种信息可被确定。设备500可以包括在较长波长(例如，红外光)、较短波长(例如，蓝色光或绿色光)或者这两者的光学感测。较长的波长能深入渗透人的皮肤。较长波长的光可以经历最小的散射和吸收，并且可以反射离开人体的内部层。例如，以950nm发射的红外线源可以穿透人的皮肤1-2毫米深。较短的波长可能无法穿透与较长波长一样的深度。例如，深蓝色的光会反射离开浅层的表面而不穿入皮肤。绿色光可以比蓝光穿透更深，以到达血管。绿色光可以被血红蛋白吸收并且可以具有从皮肤的低背反射。例如，蓝色光源可以以450nm发射并且绿色光源可以以550nm发射，从而穿透0.1-0.2mm的深度。
设备500可以被配置为多波长照明和感测，以便在用户移动其手腕和手指时同时生成对用户的皮肤、肌腱、肌肉和血容量的变化敏感的空间和时间反射率分布。利用空间和时间反射率，设备可以确定用户特有的手势引起内部结构变化。
在一些例子中，把设备500配置为多波长光学感测可以减少或消除运动假象。一个或多个波长(诸如短波长)可以探测皮肤中的非内部变化，而一个或多个波长(诸如长波长)可以探测内部变化。由于例如带子546沿手腕520振动或移动造成的运动假象(即，非内部变化)会导致大部分反射离开用户皮肤表面的光的反射率的变化。用户手腕520或手指的运动(即，内部变化)会导致穿透皮肤的光的反射率的变化。因此，以短波长而不是以长波长测出的信号可以与运动假象而不是用户运动关联。长波长信号和短波长信号之间的区别可以允许设备提取出运动假象。
光传感器和光源可以位于设备上，以具体地测量肌腱或肌肉的运动。图5B示出了根据本公开的例子的手腕和利用光学传感器进行运动和手势感测的示例性设备的顶视图。设备500可以利用带子546附连到手腕520。设备500可以包括多个光源502和多个光传感器504。多个光源502可被定位成使得从光源502发射的光被指向并且可以反射离开肌腱510。多个光传感器504可以被定位在多个光源502附近并且可以探测反射率分布。每一根肌腱510可以与不同的光源502和光传感器504对相关联。当用户屈曲或伸展手指时，肌腱510会在位于手腕520的用户皮肤表面造成波纹。每根手指会在不同位置造成波纹，并且光源和光传感器对可以探测移动到更靠近皮肤表面或远离其的对应肌腱510。当肌腱移动时，肌腱与光源502和光传感器对之间的间隙可以改变，从而导致反射率分布的变化。
在一些例子中，光源502和光传感器504可以是多功能传感器，其中光源和光传感器可以被配置为测量其它信号。例如，光源502和光传感器504也可以被配置为光电容积描记(photoplethysmography，PPG)传感器，用于测量用户的心率或血压。
在一些例子中，惯性传感器，诸如加速计和陀螺仪，可以探测运动和手势。图6示出了根据本公开的例子的利用惯性传感器进行运动和手势感测的示例性设备的剖视图。设备600可以附连到用户的手腕(未示出)、放在其上或者触摸其。设备600还可以包括加速计和陀螺仪630，以确定平移和旋转运动。在一些例子中，加速计和陀螺仪可以是分开的部件。加速计可以测量非重力加速度并且可以确定沿x轴610、y轴612和z轴614的运动变化。陀螺仪可以测量设备的朝向并且可以确定俯仰(pitch)620、滚转(roll)622和偏航(yaw)624。
通过使用加速计、陀螺仪或者这二者来探测刚性身体运动，设备可以确定预定义的手势。这种运动的例子可以包括，但不限于，圆形手腕运动、挥手、手的上下运动、手掌的上下运动以及挥舞手臂。
在一些例子中，诸如图5的光源502和506的一个或多个光源、图5的一个或多个光传感器504和508以及诸如图6的加速计和陀螺仪630的加速计和/或陀螺仪可以结合到设备中，用于光学和惯性感测。光学感测可以允许设备确定手腕和手指屈曲、伸展、外展和内收，而惯性感测可以允许设备确定平移和旋转运动。
在一些例子中，设备可以利用机械接触感测来探测运动和手势。图7A示出了根据本公开的例子的手腕和利用机械传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。设备700可以包括附连到手腕720、放在其上或者触摸其的带子746。手腕720可以包括位于用户皮肤下面的肌腱710和712、肌肉730以及骨头740。带子746可以包括多个区域750、752、754和756。带子746可以由柔性材料制成，诸如Viton。当用户的手腕720移动时，带子746可以在拉伸/收缩发生的对应区域拉伸或收缩。设备700可以被配置为独立于其它区域来探测一个或多个区域中的拉伸。例如，用户可以作出第一手势。第一手势可以造成位于区域752和754的带子746中的拉伸，而区域750和756不受影响(即，在区域750和756不拉伸也不收缩)。在一些例子中，多个区域可以拉伸，并且在该区域的长度或面积的变化的位置和强度可以指示用户的手势。在一些例子中，带子746可以紧密适配到手腕720。
在一些例子中，带子746可以由柔性材料制成，并且可以包括能够测量柔性材料的长度或面积变化的测量仪器。例如，一个或多个应变计可以附连到或者可以位于带子746中。包括在设备700中或者带子746中的电路可以被配置为从一个或多个应变计测量电阻。当带子746上的区域拉伸时，电阻会增加，而收缩的区域会造成电阻的减小。
在一些例子中，带子746可以具有针对手腕720的不足量的摩擦力。由于具有不足量的摩擦力，带子746会相对用户的皮肤滑动，导致错误的测量。图7B示出了根据本公开的例子的手腕和利用位于带子中的光学传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。图7C示出了根据本公开的例子的带子的特写视图。设备700可以包括附连到手腕720的带子760。带子760可以包括内带(innerband)764和外带(outerband)766。内带764可以由柔性材料制成并且可以紧密适配到手腕720。外带766可以由刚性材料制成。内带764可以包括多个光学特征件762，而外带766可以包括一个或多个光源，诸如光源772，以及一个或多个光传感器，诸如光传感器774。在一些例子中，带子760可以包括装饰层768。
位于外带776中的光源772可以朝位于内带764中的光学特征件762发射光。所发射的光可以反射离开光学特征件762并且可以被位于外带776中的光传感器774探测。用户手腕的运动会导致光学特征件762的运动，这会造成由光源772探测的光的反射率的变化。
在一些例子中，设备可以包括探测运动和手势的肌电传感器。图8示出了根据本公开的例子的手腕和利用肌电传感器进行运动和手势感测的示例性设备的横截面视图。设备800可以包括附连到手腕820的带子846。手腕820可以包括肌腱810和812、肌肉830和骨头840。设备800可以包括一个或多个肌电传感器或者电极806和816。电极806和816可以被配置为测量来自肌腱810和812的电信号。在一些例子中，电极806和816可以被配置为测量从身体部位，诸如肌腱810和812，到电极的电容。电容的变化可以与用户运动关联。电信号或电容变化可以允许设备基于电信号或电容变化的强度和位置确定对应的运动或手势。
单独或一起使用的光学传感器、惯性传感器、机械接触传感器和肌电传感器当中任意一个可以允许设备确定用户的运动、手势或者这二者。手的运动可以包括，但不限于，手腕运动、手的打开和闭合、手掌向上、向下、朝向或远离以及手指屈曲/伸展，以及整个手向上、向下、向左或向右方向的运动。一个或多个手的运动可以定义手势输入。设备可以把手势输入解释为命令。示例性手势和对应的命令在图9A中说明。
手势和关联的命令可以在设备数据库中预定义并存储。图9B示出了根据本公开的例子的用于基于用户的运动确定命令的示例性过程流。过程950可以以步骤952开始，其中设备探测用户的运动。基于用户的运动，设备可以确定手势(步骤954)。设备可以比较所确定的手势与数据库中预定义的手势(步骤956)。如果在用户的手势与预定义的手势之间存在匹配，则设备可以查找与预定义的手势关联的命令并且可以执行该命令(步骤958)。
在一些例子中，设备可以包括可以使应用记录由用户定义的手势并且把手势与具体任务或命令关联的应用编程接口(API)。图9C示出了根据本公开的例子的用于记录用户定义的手势的示例性过程流。在过程960中，设备可以跟踪手势或运动历史和通常跟在该手势或运动之后的任务或命令(步骤962)。即，设备可以从过去的历史了解哪些命令与哪些手势关联。然后，在将来，设备可以预测用户期望什么命令跟在用户手势之后。当用户移动他或她的手、手臂、手腕或手指时，设备可以确定手势(步骤964)。设备可以预测关联的命令(步骤966)并且设备可以在不指导用户交互的情况下执行命令(步骤968)。
例如，用户可以如图9D中所示的那样开始让他们的手臂和手腕位于其身体的侧面。用户可以移动他们的手臂和手腕，使得手腕的背侧面向上并且朝着用户的眼睛，如图9E中所示。设备可以从过去的历史确定这种运动在用户想看设备的显示器时发生。设备可以把图9D-9E中所示的运动与自动开启显示器和唤醒设备的任务或命令关联。以这种方式，用户不再必需按下按钮或轻击显示屏来唤醒设备，而是代替地，设备可以“智能地”并自动地基于这种手势唤醒设备。
在一些例子中，设备可以包括特定于用户的校准过程。校准过程可以包括光学校准，例如，以补偿用户之间的解剖差异。设备可以在屏幕上显示手指、骨头或肌腱的示意图。通过设备附连到用户的身体部位、放在其上或者触摸其，用户可以屈曲或伸展每根手指。设备可以探测每根手指或肌腱的运动以及关联的信息。关联的信息可以被用来建立基线。当用户执行手势或运动时，设备可以比较从该手势或运动测出的信号并且可以比较该信号与基线。
除了探测到的手和手腕的运动，设备还可以探测手指的运动。包括探测手指运动的示例应用可以是探测手语。图9F-9H示出了根据本公开的例子的与手语关联的示例性手指运动。如9F中所示，用户可以例如利用手指902打手势表示字母C，并且设备900可以感测位于手腕920处或者其附近的肌腱的运动。位于设备900中的逻辑单元可以确定手指的运动并且图9F中所示的手势对应于用户打手势表示字母C。
在一些例子中，探测手语可以既包括手指运动又包括手腕运动。例如，用户可以通过伸展手指902并且移动手腕920和设备900远离用户的嘴巴990来打手势表示短语“谢谢你”，如图9G中所说明的。通过测量位于手腕920处或者其附近的肌腱的运动，设备900可以确定所有手指902都伸展。此外，设备900可以利用惯性传感器确定手腕920远离嘴巴990移动。
在一些例子中，探测手语可以包括探测用户双手的手指和手腕运动。例如，用户可以通过双手都伸展两个食指903和905、双手都屈曲剩余的手指902和907并且以交替和圆形方式移动手腕920和921来打手势表示词“走”。设备900和901可以附连到手腕920和921，以通过位于手腕920和921处或者其附近的肌腱的运动来探测手指903和905的伸展以及手指902和907的屈曲。设备900和901可以利用惯性传感器探测手腕920和921的圆形运动。在一些例子中，设备901可以利用有线或无线通信，诸如蓝牙，向设备900发送探测到的手势和运动信号或信息。当设备900从设备901接收信息时，设备900可以确定用户在同时移动手腕920和921，以及手指902、903、905和907，并且可以把手势与对应的短语或命令关联。在一些例子中，设备900和901都可以向主机设备发送探测到的手势和运动信号或信息。主机设备可以处理信号、确定手势和运动，并且把手势与对应的短语或命令关联。虽然附图示出附连到用户手腕的设备900，但是本公开的例子可以包括附连到其它身体部位的设备。
在一些例子中，例如，在以上说明的任何一个例子中手势的关联都会导致通过扬声器可听地说出关联的短语或字母或者在显示器上显示关联的短语或字母的任务。于是，设备900可以是例如手语解释器。
图10示出了根据本公开的例子的包括用于确定用户手势或运动的一个或多个运动和手势传感器的计算系统的示例性框图。计算系统1000可以对应于图1A-1C中所示的任何计算设备。计算系统可以包括被配置为执行指令以执行与计算系统1000关联的操作的处理器1010。例如，利用从存储器检索出的指令，处理器1010可以控制输入和输出数据在计算系统1000的部件之间的接收和操纵。处理器1010可以是单芯片处理器或者可以利用多个部件实现。
在一些例子中，处理器1010连同操作系统一起可以操作，以执行计算机代码并产生终端用户数据。计算机代码和数据可以驻留在可操作耦合到处理器1010的程序存储块1002中。程序存储块1002一般可以提供保持正在被计算系统1000使用的数据的地方。程序存储块1002可以是任何非临时性计算机可读存储介质，并且可以存储，例如，关于由一个或多个运动和手势传感器1004测出的手势和运动值的历史和/或模式数据。作为例子，程序存储块1002可以包括只读存储器(ROM)1018、随机存取存储器(RAM)1022、硬盘驱动器1008等等。计算机代码和数据也可以驻留在可移动存储介质上并在需要时加载或安装到计算系统1000。可移动存储介质包括，例如，CD-ROM、DVD-ROM、通用串行总线(USB)、安全数字(SD)、紧凑型闪存(CF)、记忆棒、多媒体卡(MMC)和网络部件。
计算系统1000还可以包括可操作耦合到处理器1010或者可以是如图所示的单独部件的输入/输出(I/O)控制器1012。I/O控制器1012可以被配置为控制与一个或多个I/O设备的交互。I/O控制器1012可以通过在处理器1010和期望与处理器1010通信的I/O设备之间交换数据来操作。I/O设备和I/O控制器1012可以通过数据链路进行通信。数据链路可以是单向链路或双向链路。在一些情况下，I/O设备可以通过无线连接被连接到I/O控制器1012。作为例子，数据链路可以对应于PS/2、USB、Firewire、IR、RF、蓝牙等。
计算系统1000可以包括可操作耦合到处理器1010的显示设备1024。显示设备1024可以是单独的部件(外围设备)或者可以与处理器1010和程序存储块1002集成以形成台式计算机(一体机)、膝上型计算机、手持式、可穿戴或平板计算设备等。显示设备1024可被配置为向用户显示图形用户界面(GUI)，该GUI有可能包括指针或光标以及其它信息。作为例子，显示设备1024可以是任何类型的显示器，包括液晶显示器(LCD)、电致发光显示器(ELD)、场发射显示器(FED)、发光二极管显示器(LED)、有机发光发光二极管显示器(OLED)等。
显示设备1024可以耦合到显示控制器1026，显示控制器1026可以耦合到处理器1010。处理器1010可将原始数据发送到显示控制器1026，并且显示控制器1026可将信号发送到显示设备824。数据可以包括用于显示设备1024中多个像素的电压电平，以投影图像。在一些例子中，处理器1010可以被配置为处理原始数据。
计算系统1000还可以包括可操作耦合到处理器1010的触摸屏1030。触摸屏1030可以是感测设备1032和显示设备1024的组合，其中感测设备1032可以是位于显示设备1024前面或者与显示设备1024集成的透明面板。在一些情况下，触摸屏1030可以识别其表面上的触摸以及触摸的位置和大小。触摸屏1030可以向处理器1010报告触摸，并且处理器1010可以根据其编程解释该触摸。例如，处理器1010可以执行轻击和事件手势解析并且可以根据特定的触摸启动设备的唤醒或者给一个或多个组件供电。
触摸屏1030可以耦合到触摸控制器1040，触摸控制器1040可以从触摸屏1030获取数据并且可以把所获取的数据提供给处理器1010。在一些例子中，触摸控制器1040可以被配置为向处理器1010发送原始数据，并且处理器1010处理原始数据。例如，处理器1010可以从触摸控制器1040接收数据并且可以确定如何解释数据。数据可以包括触摸的坐标以及所施加的压力。在一些例子中，触摸控制器1040可以被配置为处理原始数据本身。即，触摸控制器1040可以读取来自位于感测设备1032上的感测点1034的信号并把它们变成处理器1010可以理解的数据。
触摸控制器1040可以包括一个或多个微控制器，诸如微控制器1042，每个微控制器可以监视一个或多个感测点1034。微控制器1042可以，例如，对应于专用集成电路(ASIC)，它与固件一起工作，以便监视来自感测设备1032的信号、处理被监测的信号并且向处理器1010报告此信息。
一个或两个显示控制器1026以及触摸控制器1040可以执行滤波和/或转换过程。滤波过程可以被实现，以减少繁忙的数据流，以防处理器1010由于冗余或非必需的数据而过载。转换过程可以被实现，以便在向处理器1010发送或报告它们之前调整原始数据。
在一些例子中，感测设备1032是基于电容。当两个导电构件彼此接近而不实际接触时，它们的电场会相互作用，以形成电容。第一导电构件可以是一个或多个感测点1034，而第二导电构件可以是诸如手指的物体1090。当物体1090接近触摸屏1030的表面时，电容可以在物体1090和紧密接近物体1090的一个或多个感测点1034之间形成。通过在每个感测点1034处检测电容的变化并指出感测点1034的位置，触摸控制器1040可以识别多个物体，并且当物体1090跨触摸屏1030移动时确定物体1090的位置，压力，方向，速度和加速度。例如，触摸控制器1090可以确定感测到的触摸是手指、轻击还是覆盖表面的物体。
感测设备1032可以基于自电容或互电容。在自电容中，每个感测点1034可以由单独充电的电极来提供。当物体1090接近触摸屏1030的表面时，物体可以电容耦合到紧密接近物体1090的那些电极，从而窃取电荷远离电极。当物体触摸或悬停在触摸屏1030之上时，每个电极中的电荷量可以由触摸控制器1040测量，以确定一个或多个物体的位置。在互电容中，感测设备1032可以包括空间分离的线或导线的两层网格，但其它配置是可能的。上层可以包括以行中的线，而下层可以包括列中的线(例如，正交)。感测点1034可以在行和列的交叉点提供。在操作过程中，行可以被充电，并且电荷可以电容性地从行耦合到列。当物体1090接近触摸屏1030的表面时，物体1090可以电容耦合到紧邻物体1090的行，从而降低行和列之间的电荷耦合。当物体触摸触摸屏1030时，每一列中电荷的量可以由触摸控制器1040测量，以确定多个物体的位置。
计算系统1000还可以包括一个或多个靠近用户手腕的传感器1004。传感器1004可以是以上所公开的光学传感器、惯性传感器、机械接触传感器、肌电传感器当中任何一个，或者两个或更多个的组合。传感器1004可以向处理器1010发送测出的原始数据，并且处理器1010可以执行噪声抵消来确定对应于用户手势或运动的信号。对于包括光学感测、惯性感测、机械接触感测和肌电感测当中至少两个的设备，处理器1010可以基于应用和校准动态地激活传感器。在一些例子中，一个或多个传感器可以被激活，而其它传感器可以被停用，以节省电力。在一些例子中，处理器1010可以在ROM1018或RAM1022中存储原始数据和/或处理后的信息，用于历史跟踪或用于未来的诊断目的。
在一些例子中，传感器可以测量信号并且处理器1010可以确定用户的手势和/或运动。在一些例子中，用户手势和/或运动的确定不需要在设备本身上进行。图11示出了根据本公开的例子的其中设备连接到主机的示例性配置。主机1110可以是在设备1100外部的任何设备，包括但不限于图1A-1C中所示的任何系统，或者服务器。设备1100可以通过通信链路1120连接到主机1110。通信链路1120可以是任何连接，包括但不限于无线连接和有线连接。示例性有线连接包括通用串行总线(USB)、FireWire、Thunderbolt或者需要物理电缆的任何连接。
在操作中，不是在设备1100本身上确定用户的手势和/或运动，而是设备1100可以经通信链路1120向主机1110发送从传感器测出的原始数据1130。主机1110可以接收原始数据1130，并且主机1110可以处理光信息。处理光信息可以包括抵消或减小由于假象造成的任何噪声并且确定用户的手势和/或运动。主机1110可以包括算法或校准过程，以解决影响传感器信号的用户特性或性能的差异。此外，主机1110可以包括用于为了诊断目的而跟踪用户手势和运动历史的储存器或存储器。主机1110可以向设备900发送回处理结果1140或相关信息。基于处理结果1140，设备1100可以通知用户或相应地调整其操作。通过卸载光信息的处理和/或存储，设备1100可以节省空间和功率，从而使设备1100保持小而轻便，因为可能以别的方式被处理逻辑需要的空间可以在设备上释放。
在一些例子中，公开了一种便携式电子设备。便携式电子设备可以包括：能够在用户的身体部位发射光的一个或多个光发射器；能够探测所发射的光的第一反射率的一个或多个光学传感器，其中该第一反射率与位于身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联；以及能够根据第一反射率确定手势并且还能够把命令与所确定的手势相关联的逻辑单元。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，设备还包括附连到设备的带子，其中一个或多个光学传感器当中至少一个以及一个或多个光发射器当中至少一个位于带子上或带子中。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，位于带子上或带子中的一个或多个光学传感器当中至少一个能够探测从位于带子上或带子中的一个或多个光发射器当中至少一个所发射的光的第二反射率，并且逻辑单元还能够根据第一和第二反射率确定手势。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，设备包括至少两个光发射器和至少两个光学传感器，其中这至少两个光发射器和至少两个光学传感器发射并探测处于不同波长的光。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，不同的波长是选自红外、蓝色和绿色波长。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，光学传感器是能够探测光电容积描记信号的多功能传感器。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，设备还包括惯性传感器、机械接触传感器和肌电传感器当中至少其一。
在一些例子中，公开了便携式电子设备。便携式电子设备可以包括：附连到设备的带子，其中带子包括第一带；以及逻辑单元，能够响应于位于用户身体部位中的一个或多个肌腱的运动而测量与第一带的运动相关联的一个或多个特性的变化、基于一个或多个特性的变化来确定手势，并且把命令与手势关联。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，第一带包括多个区域，这多个区域能够响应于一个或多个肌腱的运动而拉伸或收缩，并且其中一个或多个特性是由于在多个区域当中至少一个中拉伸或收缩的变化而导致的电阻。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，带子还包括第二带，第一带包括多个光学特征件，并且第二带包括能够在该光学特征件处发射光的一个或多个光发射器，以及能够探测所发射的光的反射率的一个或多个光传感器，并且其中一个或多个特性是探测到的反射率。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，设备还包括光学传感器、惯性传感器和肌电传感器当中至少其一。
在一些例子中，公开了便携式电子设备。便携式电子设备可以包括：能够探测与位于用户身体部位中的一个或多个肌腱的运动关联的电容变化的一个或多个电极；以及能够基于运动确定手势并且还能够把命令与所确定的手势关联的逻辑单元。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，一个或多个电极位于附连到设备的带子中或带子上。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，设备还包括光学传感器、惯性传感器和肌电传感器当中至少其一。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，设备还包括能够从第二设备接收第二手势或运动信息的收发器，第二设备能够探测与位于第二身体部位上的一个或多个肌腱关联的第二手势或运动，其中逻辑单元还能够把命令与第二手势或运动关联。
在一些例子中，公开了确定手势的方法。该方法可以包括：探测信号，其中信号是与位于身体部位中的一个或多个肌腱的运动关联的反射率、电容变化或者电阻变化；根据信号确定手势；并且把命令与所确定的手势关联。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，信号是光的反射率，光反射率是由探测处于不同波长的光的多个光学传感器生成的反射率分布。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，多个光学传感器能够探测光电容积描记信号。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，信号是根据一个或多个肌腱的运动生成的电阻变化，这种运动造成带子中拉伸或收缩的变化。除以上公开的一个或多个例子之外或作为其替代，在其它例子中，确定手势包括从另一设备接收第二手势或运动信息，并且关联的命令还基于第二手势。
对于本领域技术人员明显的是单元可以以软件、硬件和/或其组合的方式实现在便携式电子设备(例如，图1A-1C所示的设备136、140、144)中。被描述为单独部件的单元可以是或可以不是物理上分离的。尤其是，根据本实用新型的每个实施例的单元可以集成在一个物理部件中，或者可以存在于各种分离的物理部件中。电子设备中单元的各种实现都包括在本实用新型的保护范围之内。
虽然已经参考附图完整地描述了所公开的例子，但是应该指出，各种变化和修改将对本领域技术人员变得明显。这些变化和修改应当被理解为包括在由所附权利要求定义的所公开例子的范围内。

Claims (20)

1.一种便携式电子设备，其特征在于包括：
一个或多个传感器，被配置为探测与位于用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的第一特性；及
被配置为根据所述第一特性确定手势并且还被配置为关联命令与所确定的手势的逻辑单元。
2.如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于还包括：
一个或多个光发射器，被配置为在所述用户的身体部位处发射光；及
附连到所述便携式电子设备的带子，其中所述一个或多个传感器当中至少一个以及所述一个或多个光发射器当中至少一个位于所述带子上或所述带子中。
3.如权利要求2所述的便携式电子设备，其特征在于所述第一特性包括第一反射率并且位于所述带子上或所述带子中的所述一个或多个传感器当中至少一个被配置为探测第二特性，所述第二特性包括从位于所述带子上或所述带子中的所述至少一个或多个光发射器所发射的光的第二反射率，并且所述逻辑单元还被配置为根据所述第一和第二反射率确定手势。
4.如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于还包括至少两个光发射器和至少两个光学传感器，其中所述至少两个光发射器和所述至少两个光学传感器发射并探测处于不同波长的光。
5.如权利要求4所述的便携式电子设备，其特征在于所述不同波长选自包括红外波长、蓝色波长和绿色波长的组。
6.如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于所述一个或多个传感器是被配置为探测光电容积描记信号的多功能传感器。
7.如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于还包括惯性传感器、机械接触传感器和肌电传感器当中至少其一。
8.如权利要求2所述的便携式电子设备，其特征在于所述带子包括第一带，所述第一带包括多个区域，所述多个区域被配置为响应于所述一个或多个肌腱的运动而拉伸或收缩，并且其中所述第一特性包括由于在所述多个区域当中至少一个中拉伸或收缩的变化而导致的电阻变化。
9.如权利要求8所述的便携式电子设备，其特征在于所述带子还包括第二带，
所述第一带包括多个光学特征件，并且
所述第二带包括：
被配置为在所述光学特征件处发射光的一个或多个光发射器，并且
所述一个或多个传感器是被配置为探测所发射的光的反射率的光传感器，其中所述第一特性包括探测到的反射率。
10.如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于所述一个或多个传感器包括一个或多个电极，并且所述第一特性包括与位于所述用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的电容变化。
11.如权利要求10所述的便携式电子设备，其特征在于所述一个或多个电极位于附连到所述便携式电子设备的带子中或带子上。
12.如权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于还包括：
收发器，被配置为从第二设备接收第二手势或运动信息，所述第二设备被配置为探测与位于第二身体部位上的一个或多个肌腱相关联的第二手势或运动，
其中所述逻辑单元还被配置为把所述命令与所述第二手势或运动关联。
13.一种运动和手势探测系统，其特征在于包括：
触摸或附连到第一身体部位的第一便携式电子设备，所述第一便携式电子设备包括：
被配置为探测信号的一个或多个探测器，其中所述信号是与位于所述第一身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的反射率、电容变化或者电阻变化，及
被配置为根据所述信号确定第一手势信息的逻辑单元；及
触摸或附连到第二身体部位的第二便携式电子设备，所述第二便携式电子设备包括被配置为向所述第一便携式电子设备发送第二手势信息的发送器。
14.如权利要求13所述的运动和手势探测系统，其特征在于所述第一便携式电子设备包括至少两个光发射器和至少两个光学传感器，所述至少两个光发射器和所述至少两个光学传感器发射并探测处于不同波长的光。
15.如权利要求13所述的运动和手势探测系统，其特征在于还包括：
存储单元，被配置为存储至少一个命令，其中所述逻辑单元被配置为基于所述第一手势信息和所述第二手势信息确定运动和手势，并且被配置为把所述运动和手势与所述至少一个命令关联。
16.如权利要求15所述的运动和手势探测系统，其特征在于所述至少一个命令与预定义的手势关联。
17.如权利要求15所述的运动和手势探测系统，其特征在于所述存储单元包括之前的手势和相关联的命令的历史。
18.如权利要求13所述的运动和手势探测系统，其特征在于所述第一便携式电子设备包括带子，所述带子包括一个或多个探测器和一个或多个光发射器当中至少其一。
19.如权利要求13所述的运动和手势探测系统，其特征在于所述第一便携式电子设备包括带子，所述带子包括被配置为探测与位于用户的身体部位中的一个或多个肌腱的运动相关联的电容变化的一个或多个电极。
20.如权利要求13所述的运动和手势探测系统，其特征在于所述第一便携式电子设备包括带子，所述带子包括第一带，所述第一带包括多个区域，所述多个区域被配置为响应于所述一个或多个肌腱的运动而拉伸或收缩，并且其中所述信号是由于在所述多个区域当中至少一个中的拉伸或收缩的变化而导致的电阻变化。
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