WO2019083405A1 - Virtual reality glove - Google Patents

Virtual reality glove

Info

Publication number
WO2019083405A1
WO2019083405A1 PCT/RU2018/000630 RU2018000630W WO2019083405A1 WO 2019083405 A1 WO2019083405 A1 WO 2019083405A1 RU 2018000630 W RU2018000630 W RU 2018000630W WO 2019083405 A1 WO2019083405 A1 WO 2019083405A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensors
glove
imu
fingers
module
Prior art date
Application number
PCT/RU2018/000630
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Андрей Сергеевич КАМОЦКИЙ
Original Assignee
Федоров, Александр Владимирович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федоров, Александр Владимирович filed Critical Федоров, Александр Владимирович
Publication of WO2019083405A1 publication Critical patent/WO2019083405A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0346Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of the device orientation or free movement in a 3D space, e.g. 3D mice, 6-DOF [six degrees of freedom] pointers using gyroscopes, accelerometers or tilt-sensors

Definitions

  • the device relates to manipulators, namely to virtual gloves,
  • the prior art discloses a solution KR100221335, which describes a system and method for a glove to transmit a sensor value in a virtual reality system, including a series of sensors measuring movements of the wrist and fingers and outputting an electrical signal; The multiplexer selects the number of sensor signals included in one of the sensor groups.
  • the purpose of the patent is fundamentally different from the stated solution.
  • the analogs describe exactly the high-speed data transfer between the sensors and the virtual reality system. In the claimed solution, the data transfer method is irrelevant.
  • CN 1480822 describes a data entry device for people with
  • the sensor contains a virtual key detector and a key decoder, both of which are individually calibrated.
  • the purpose of the glove and the detection method differ. In the analogue, it is proposed to interact by touching
  • the device includes a glove that includes sensors for detecting hand gestures, as well as hand position sensors connected to the glove and connected to a computer system for
  • gestures are determined by means of external sensors installed, for example, on a computer monitor.
  • the solution EP2624238 describes a virtual mock-up with a tactile hand, having simulated objects that are manipulated with the aid of hand wearable gloves during the operation of the simulator.
  • the fingers on the fingers are equipped with 3D general motion detection tools integrated with at least one sensor for interaction tasks and one tactile component.
  • the analog is not specified as it is precisely the motion sensors used.
  • a gesture-based data management system for processing real-time computer animation, such as virtual reality, and is controlled on a computer.
  • the system includes a digital glove for data management based on operator hand gestures. The decision is based on the use of materials that change their resistance when bent.
  • the difference between the declared utility model is the use of inertial sensors.
  • information devices such as a personal computer (PC), a pocket computer, and a cell phone, so that the positions of the corresponding fingertips are displayed on a virtual keyboard on the display of one of the information-processing devices.
  • PC personal computer
  • pocket computer a pocket computer
  • cell phone a cell phone
  • the analog is not specified as it is precisely the motion sensors used.
  • the closest analogue is a virtual glove according to patent US9060385, publ .: 06/16/2015.
  • the prototype describes a virtual reality glove containing sensors, gloves located on the fingers, and hand position sensors,
  • the sensors are connected to the microprocessor.
  • the adaptation time depends on the strength of the stimulus, for different parts of the body it varies from 2 to 20 seconds. Thanks to the adaptation, we do not feel the touch of clothes to the body. See [Ekzertseva Ekaterina Vadimovna, Topic 1.1. General issues of life safety, Russian State Technological University. K.E. Tsiolkovsky (MATI), Lectures,
  • the technical problem of the known solutions when using IMU sensors without additional external tracking is the problem of drift - the accumulation of gyro / inertial sensor errors, a significant deviation of the obtained data from the real ones and, as a result, the impossibility of precise absolute positioning.
  • the technical result is the ability to receive and transmit data on the position of fingers, hands, elbow and shoulder joints to the computer or other device, as well as to carry out tactile feedback by transmitting vibrations to the fingers.
  • the technical result is the ability to fix a virtual model of the hand not in the elbow joint, but in the shoulder and with high accuracy to recognize and transfer to the computer or other device all possible hand movements, including in the horizontal plane.
  • Another advantage over other known devices based only on external tracking is the ability to use outside stationary equipped rooms, which is convenient when using the solution with mobile devices (smartphones) or portable solutions of virtual and augmented reality.
  • the virtual reality glove which contains sensors, gloves located on the fingers, and the sensors are connected to the system board, characterized in that IMU sensors located inside the glove made of fabric are used as sensors, each IMU sensors contain an accelerometer, a gyroscope and a magnetometer, with four IMU sensors located on the penultimate phalanges little finger, ring, middle and index fingers, two IMU sensors located on the first and second phalanges of the thumb, one IMU sensor located on the system board; on the fingers of the gloves are mounted vibration motors, one on each finger, and on all fingers except the big one, the vibration motors are fixed on the penultimate phalanges of the fingers, and on the thumb a vibration motor is fixed on the last phalanx; the glove holds the motherboard where the computing module is located; IMU sensors, vibration motors, battery connected to the motherboard through wires; Combined module with IMU sensor and light sensor located on the wrist of the glove.
  • the motherboard and battery can be made in a single package of translucent plastic.
  • Photodiodes are installed on the motherboard, which are connected to a combined module containing a photodiode and an IMU sensor.
  • the photodiodes are mounted on the system board at its edges.
  • photodiodes are mounted on the system board.
  • An additional shoulder module can be installed on the shoulder, and connected to the system board using a wire through a combined module, which is made containing a connecting connector.
  • An IMU sensor can be installed inside the shoulder module.
  • the shoulder module can be made containing a wireless communication module and configured to connect to the system board over the air, and a battery is also located in the shoulder module.
  • the shoulder module alternatively, contains a microcontroller and strain gauges connected to it.
  • Figure 1 shows a diagram of the device gloves using on the wrist and IMU sensor and without the use of photodiodes.
  • Figure 2 shows a diagram of the device gloves using photodiodes and located on the wrist of the combined module containing the photodiode and the IMU sensor
  • Fig. 3 shows a diagram of the device of the glove without using photodiodes in the system board and located on the wrist of the combined module containing the photodiode and IMU sensor.
  • Figure 4 shows the connection diagram to the glove of the shoulder module.
  • 1 - glove 2 - inertial sensor (sensor) IMU, combining accelerometer, gyroscope and magnetometer, 3 - vibrating motor, designed to transmit vibration sensations, 4 - motherboard, 5 - battery, 6 - wires, 7 - the case that combines the motherboard and battery, 8 - photodiode, 9 - combined module, 10 - shoulder module, 11 - connecting wire between the combined module and the shoulder module.
  • the device ( Figure 2) consists of a glove (1) made of a fabric inside which there are: IMU sensors (2), each of which contains an accelerometer, a gyroscope and a magnetometer, with four IMU sensors (2) located on
  • IMU sensors (2) are located on the first and second phalanges of the thumb, one IMU sensor (2) is located on the system board.
  • the fingers of the gloves (1) also have vibration motors (3) fixed, one on each finger, and on all fingers except the big one, the vibration motors (3) are fixed on the penultimate phalanges of the fingers, and on the thumb a vibration motor (3) is fixed on the last phalanx.
  • the motherboard (4) is fixed on the glove (1), where the computing module is located.
  • the Bluetooth wireless communication module for communication with a computer or other device via radio, is installed on the motherboard (4).
  • the motherboard (4) is mounted on top of the battery (5), which is mounted on the glove (1).
  • IMU sensors (2), vibration motors (3), battery (5) are connected to the system board (4) via wires (b).
  • the motherboard (4) and battery (5) can be made in single body (7) of translucent plastic.
  • the photodiodes (8) can be mounted on the system board (4) at its edges equidistant. There may be four.
  • a module (9) with an IMU sensor and a light sensor is placed on the wrist of the glove (1).
  • An additional advantage of the virtual glove (1) is the use of the shoulder module (10), which is placed on the shoulder (biceps), and connected to the system board with a wire (11) through the module (9), which is performed with a connecting connector (not shown in the drawings ).
  • An IMU sensor can be installed inside the shoulder module (10).
  • the shoulder module (10) can also be implemented in the wireless version, and connect to the computing module via radio (Bluetooth or Wifi).
  • radio Bluetooth or Wifi
  • a battery and a radio module (not shown in the drawings) and a wire (11) are not used in a single module with a sensor (10).
  • the shoulder module (10) can be optionally implemented not with the help of an IMU sensor, but with the help of one or several strain gauges (bend sensors).
  • a microcontroller is installed in the shoulder module (10) to which the resistance strain gages are connected, and through them aggregates the information and transfers it to the main computing module of the motherboard (4).
  • the device works as follows.
  • the claimed solution allows you to receive and transfer data on the position of fingers, hands, elbow and shoulder joints to a computer or other device, and also implement tactile feedback by transmitting vibrations to the fingers. This is achieved as follows.
  • Gyroscopic / inertial sensors are mounted on fingers: on the index, middle, ring fingers and little finger one sensor is installed in the penultimate phalanx of the finger, on the outside of the palm; two sensors are installed on the thumb - on the first and second phalanx, from the outside. Additionally, similar sensors are mounted on the hand, from the outside, and on the wrist, from the outside or inside of the palm.
  • the sensors can be fixed in these positions with a rag glove, sewn into the required positions, or each sensor can be attached independently with a rag (or other material) ring (fastening) worn on the finger / hand / wrist or any other in the way
  • an IMU-sensor can be used, for example:
  • the control module contains microcontroller-based control electronics, a wireless radio module, and a battery.
  • Sensors constantly collect motion data and transmit it to the microcontroller, which transmits this data over the air to a computer or other device.
  • a software driver is installed on the computer (or other device) that uses the data from the sensors (angular velocities and
  • index, middle, ring fingers and little finger in the vertical plane relative to the palm; rotation of the index, middle, ring fingers and little finger in the horizontal plane (palm plane); twist / fold of the thumb relative to the palm in space; rotate / fold the hand (palm) relatively elbow joint; rotation of the elbow joint relative to the shoulder joint.
  • the obtained data is then provided for access as a software application interface (API) and can be used by third-party
  • API software application interface
  • a vibration motor is placed, which is mounted in the same way as using IMU sensors, and also connected to the motherboard and microcontroller using a cable.
  • the application programming interface allows the vibration motor to be launched independently on each of the fingers, setting the required parameters of rotary modulation (vibration frequency / intensity).
  • the command from the software interface is processed by the device driver and, via the radio channel, is transmitted to the microcontroller, which directly controls the vibration motor.
  • the vibration can be controlled by third-party software manufacturers using the application programming interface (API).
  • API application programming interface
  • a vibration motor can be used, for example:
  • one more gyroscopic / inertial sensor can be additionally attached to the shoulder joint, for example, inside the shoulder module (10) ( Figure 4) and connected to the system board (4) using a cable (11) through socket module (9).
  • the data from the sensor is transmitted to the microcontroller, and then through the radio channel to the driver software, where they are used to calculate the rotation of the elbow joint relative to the shoulder joint, as well as the rotation of the elbow joint in a plane perpendicular to it. This allows you to more accurately calculate the position of the brush in space and give additional degrees of freedom to the hand.
  • control module To completely solve the problem of accumulated error in the calculated absolute position of the sensors, support for external "tracking" is used.
  • two or more photodiodes reacting to flashes of light are placed on the control module.
  • the housing for the control module is made of
  • Another photodiode is located next to the IMU-sensor on the wrist.
  • another photodiode is also located along with the IMU-sensor on the shoulder joint.
  • Photodiodes register light signals sent by a pair of special external light emitters installed stationary, stationary and separate from
  • controller motherboard and a set of sensors in the form of gloves or other form, on opposite sides of it.
  • Emitters are programmed in a special way and generate light pulses of a certain length, shape and direction, at certain time intervals. Light can be emitted both in the visible and in the invisible (infrared, ultraviolet) ranges.
  • the emitter can generate a set of short pulses of light, and then generate a narrow strip with a laser mounted on a rotating mechanism, rotating in a horizontal plane.
  • Another emitter can do the same in parallel (but at different time intervals), but in the vertical plane.
  • the time intervals, the sequence of light pulses, the shape and nature of the pulses are known in advance, these data are compared by the software driver with the photodiode registration time of various light pulses, thereby calculating their position relative to the emitters, and so image - the absolute position of the photodiodes in space. This data is then used to
  • photodiode As a photodiode can be used, for example:
  • an external radiator can be used, for example:
  • the claimed solution can be used to animate 3D models of a human (or other) hand in computer programs, as a way to interact with
  • the claimed solution can also be used in medicine, for patients with impaired motility of the hands to track the movements of the hands and fingers and stimulate their activity.
  • Feedback using vibration motors can be used to simulate the sensations of touching objects in virtual reality, when position data Hands and fingers are used to identify collisions with virtual objects and, if they are detected, apply vibration fingers to the corresponding contact point.
  • the degree of vibration may depend on the shape of the contact - the size of the intersection area, or on the characteristics of the virtual object.
  • Another possible scenario of using vibration is to confirm an event with interactions with virtual interfaces — for example, pressing a virtual button.
  • the claimed solution offers a new principle of placement of IMU-sensors and, as a result, high accuracy of the results: the relative position of the sensors allows you to get the necessary angles between the fingers, hand, elbow and shoulder joints; secondly, the location of the sensors and
  • Vibration motors allows you to release the last phalanx of fingers, which is convenient in practical application - the user can use touch screens, perform actions requiring fine motor skills of fingers, etc.
  • strain gauges fold sensors
  • solutions based only on IMU sensors unlike methods based on external optical or other external tracking, this approach completely lacks "blind spots", even if there is no direct view between the LED (photodiode) and the camera (light emitter), the stated solution will still allow quite accurately calculate the position of the arm in space.
  • Another advantage over other known devices based only on external tracking is the ability to use outside stationary equipped rooms, which is convenient when using the solution with mobile devices (smartphones) or portable solutions of virtual and augmented reality.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

The invention relates to manipulators, namely to virtual gloves intended for working with interactive devices. The claimed device comprises sensors arranged in the fingers of the glove, the sensors being connected to a motherboard. The sensors used are IMU sensors which are arranged within a glove and made of fabric, each of the IMU sensors containing an accelerometer, gyroscope and magnetometer. Four IMU sensors are arranged on the next-to-last phalanges of the little finger, ring finger, middle finger and index finger; two IMU sensors are arranged on the first and second phalanges of the thumb, one IMU sensor is arranged on the motherboard. Vibration motors are arranged on the glove fingers, one on each finger, wherein on all fingers apart from the thumb, vibration motors are secured on the next-to-last phalanges of the fingers while on the thumb a vibration motor is secured on the last phalanx. The motherboard, where the computer is arranged, is arranged on the glove. IMU sensors, vibration motors and s battery are connected to the motherboard by wires, and the integrated module comprising an IMU sensor and a light detector is arranged on the wrist of the glove.

Description

ПЕРЧАТКА ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ  VIRTUAL REALITY GLOVE
ОПИСАНИЕ DESCRIPTION
Устройство относится к манипуляторам, а именно к виртуальным перчаткам, The device relates to manipulators, namely to virtual gloves,
предназначенным для работы с интерактивными устройствами, компьютерной робототехникой и компьютером. designed to work with interactive devices, computer robotics and computer.
Из уровня техники известно решение KR100221335, где описана система и способ передачи перчаткой значение датчика в системе виртуальной реальности, включающая в себя ряд датчиков, измеряющих движения запястья и пальцев рук и вывода электрического сигнала; мультиплексор выбирает количество сигналов датчиков, включенных в одну из групп датчиков. Цель патента принципиально отличается от заявленного решения. В аналоги описана именно скоростная передача данных между датчиками и системой виртуальной реальности. В заявленном решении метод передачи данных не имеет никакого значения. The prior art discloses a solution KR100221335, which describes a system and method for a glove to transmit a sensor value in a virtual reality system, including a series of sensors measuring movements of the wrist and fingers and outputting an electrical signal; The multiplexer selects the number of sensor signals included in one of the sensor groups. The purpose of the patent is fundamentally different from the stated solution. The analogs describe exactly the high-speed data transfer between the sensors and the virtual reality system. In the claimed solution, the data transfer method is irrelevant.
В патенте CN 1480822 описано устройство для ввода данных для людей с  CN 1480822 describes a data entry device for people with
ограниченными возможностями, представляющее собой перчатку, имеющую limited capacity, representing a glove having
множество датчиков, способных обнаруживать движение пальцев, значительно быстрее, чем обычно требуется для нажатия клавиш в обычной клавиатуре; датчик содержит детектор виртуальных клавиш и ключевой декодер, оба из которых по отдельности калиброваны. Отличается назначение перчатки и метод детекции. В аналоге предлагается осуществлять взаимодействие путем прикосновений к a variety of sensors that can detect the movement of fingers, much faster than is usually required for pressing keys in a conventional keyboard; The sensor contains a virtual key detector and a key decoder, both of which are individually calibrated. The purpose of the glove and the detection method differ. In the analogue, it is proposed to interact by touching
определенным датчикам перчатки для людей с ограниченными способностями, прикосновения будут передавать на внешнее устройство. Заявленное нами решение определяет именно движения и положения пальцев и руки для передачи на внешнее устройство. For certain sensors, gloves for people with disabilities, touches will be transmitted to an external device. Our stated decision determines precisely the movements and positions of fingers and hands for transmission to an external device.
В заявке US20150002401 описаны альтернативные перчатки на основе «ключа» для мобильных устройств, включающие в себя, по меньшей мере, одну пару перчаток, множество датчиков, расположенных на первой стороне, по меньшей мере, два экрана, расположенных с каждой стороны перчатки. Задачей перчатки является ввод каких-то ключей для мобильных устройств. При этом перчатка не детектирует движение и положения пальцев и руки, как это делает заявленное решение. In the application US20150002401 described alternative gloves based on the "key" for mobile devices, including at least one pair of gloves, a plurality of sensors located on the first side, at least two screens located on each side of the glove. The task of the glove is to enter some keys for mobile devices. In this case, the glove does not detect the movement and position of the fingers and hand, as does the claimed solution.
В патенте US6870526 описана перчатка мышь с виртуальным отслеживанием курсора, предназначенная для контроля перемещения курсора и обеспечения функции компьютерной мыши. Представленная перчатка предназначена только для управления курсором и мышки. In the patent US6870526 described glove mouse with virtual cursor tracking, designed to control the movement of the cursor and ensure the function of a computer mouse. The presented glove is intended only for controlling the cursor and the mouse.
Заявленное нами решение может не только управлять курсором мышки, но и  Our solution can not only control the mouse cursor, but also
определять движение всех пальцев и руки для создания цифровой 3D модели руки в виртуальном пространстве. determine the movement of all fingers and hands to create a digital 3D model of the hand in the virtual space.
В патенте US7205979 описано устройство формирования управляющих сигналов для манипулирования виртуальными объектами в компьютерной системе в  In the patent US7205979 described the device generating control signals for manipulating virtual objects in a computer system in
соответствии с жестами оператора или другими частями тела; устройство включает в себя перчатку, которая включает датчики для обнаружения жестов кисти руки, а также сенсоры положения рук, соединенные с перчаткой и подключенные к компьютерной системе для according to operator gestures or other parts of the body; The device includes a glove that includes sensors for detecting hand gestures, as well as hand position sensors connected to the glove and connected to a computer system for
определения положения руки по отношению к системе. determine the position of the hand in relation to the system.
Отличается принципом определения жестов руки. В аналоге жесты определяются по средствам внешних датчиков установленных например на мониторе компьютера.  Differs the principle of determining hand gestures. In analogue, gestures are determined by means of external sensors installed, for example, on a computer monitor.
Заявленное нами решение использует встроенные прямо в перчатку инерционные датчики. The solution we declared uses inertial sensors built right into the glove.
В решении ЕР2624238 описан виртуальный макет с тактильной рукой, имеющий смоделированные объекты, которые манипулируются с помощью носимых на руках перчаток во время работы тренажера. В перчатке на пальцах расположены 3D общие средства обнаружения движения, интегрированные вместе с по меньшей мере одним датчиком задач взаимодействия и одним тактильным компонентом.  The solution EP2624238 describes a virtual mock-up with a tactile hand, having simulated objects that are manipulated with the aid of hand wearable gloves during the operation of the simulator. The fingers on the fingers are equipped with 3D general motion detection tools integrated with at least one sensor for interaction tasks and one tactile component.
В аналоге не конкретизировано, как и именно датчики движений используются. The analog is not specified as it is precisely the motion sensors used.
В заявленном решении конкретизировано использование инерционных датчиков с акселерометром и гироскопом. In the claimed solution, the use of inertial sensors with an accelerometer and a gyroscope is specified.
В международной заявке WO98050839, описана система для управления данными на основе жестов, предназначенная для обработки компьютерной анимации в реальном времени, таких как виртуальная реальность, и управляется на компьютере. Система включает в себя цифровую перчатку для управления данными на основе жестов рук оператора. Решение основано на использовании материалов, которые меняют своё сопротивление при сгибании. In international application WO98050839, a gesture-based data management system is described for processing real-time computer animation, such as virtual reality, and is controlled on a computer. The system includes a digital glove for data management based on operator hand gestures. The decision is based on the use of materials that change their resistance when bent.
Отличием заявленной полезной модели - использование инерционных датчиков.  The difference between the declared utility model is the use of inertial sensors.
В международной заявке WO2007129663 (опубл.: 15.11.2007), описано устройство ввода с использованием датчиков, установленных на палец. Пользователь надевает перчатки с пальцами, каждый из которых имеет датчик обнаружения движения и тактильный датчик для каждого из кончиков пальцев на обеих руках. Информация движения на каждом из кончиков пальцев передается на различные In the international application WO2007129663 (publ .: 15.11.2007), an input device using sensors mounted on a finger is described. The user wears gloves with fingers, each of which has a motion detection sensor and a tactile sensor for each of the finger tips on both hands. Movement information at each of the fingertips is transmitted to various
информационные устройства, такие как персональный компьютер (ПК), карманный компьютер, и сотовый телефон, так что позиции соответствующих кончиков пальцев отображаются на виртуальной клавиатуре на дисплее одного из устройств обработки информации. information devices, such as a personal computer (PC), a pocket computer, and a cell phone, so that the positions of the corresponding fingertips are displayed on a virtual keyboard on the display of one of the information-processing devices.
В аналоге не конкретизировано, как и именно датчики движений используются.  The analog is not specified as it is precisely the motion sensors used.
В заявленном решении конкретизировано использование инерционных датчиков с акселерометром и гироскопом. In the claimed solution, the use of inertial sensors with an accelerometer and a gyroscope is specified.
Наиболее близким аналогом является виртуальная перчатка по патенту US9060385, опубл.: 16.06.2015. В прототипе описана перчатка виртуальной реальности, содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, и сенсоры положения рук,  The closest analogue is a virtual glove according to patent US9060385, publ .: 06/16/2015. The prototype describes a virtual reality glove containing sensors, gloves located on the fingers, and hand position sensors,
расположенные на фалангах пальцев перчатки, причем датчики подключены к микропроцессору. located on the phalanges of the fingers gloves, and the sensors are connected to the microprocessor.
Недостатком прототипа и иных известных решений является следующее.  The disadvantage of the prototype and other known solutions is the following.
Как известно, тактильный анализатор обладает высокой способностью к As you know, a tactile analyzer has a high ability to
пространственной локализации. Характерная его особенность - быстрое развитие адаптации (привыкания), т.е. исчезновение чувства прикосновения или давления. spatial localization. Its characteristic feature is the rapid development of adaptation (habituation), i.e. loss of feeling of touch or pressure.
Время адаптации зависит от силы раздражителя, для различных участков тела оно колеблется от 2 до 20 секунд. Благодаря адаптации мы не чувствуем прикосновение одежды к телу. См. [Экзерцева Екатерина Вадимовна, Тема 1.1. Общие вопросы безопасности жизнедеятельности, Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского (МАТИ), Лекции, The adaptation time depends on the strength of the stimulus, for different parts of the body it varies from 2 to 20 seconds. Thanks to the adaptation, we do not feel the touch of clothes to the body. See [Ekzertseva Ekaterina Vadimovna, Topic 1.1. General issues of life safety, Russian State Technological University. K.E. Tsiolkovsky (MATI), Lectures,
http://www.studfiles.ru/preview/854779/page:6/] Аналогичные проблемы работы с виртуальными перчатками вызывают и известные аналоги, что снижает эффект восприятия у пользователя с течением определенного времени работы в них. http://www.studfiles.ru/preview/854779/page:6/] Similar problems with working with virtual gloves are also caused by well-known counterparts, which reduces the effect of perception on the user over a certain period of work in them.
Кроме того, технической проблемой известных решений при использовании IMU- сенсоров без дополнительного внешнего "трекинга" является проблема "дрифта" - накоплению погрешности гироскопических/инерциальных датчиков, существенному отклонению получаемых данных от реальных и, как следствие, невозможности точного абсолютного позиционирования.  In addition, the technical problem of the known solutions when using IMU sensors without additional external tracking is the problem of drift - the accumulation of gyro / inertial sensor errors, a significant deviation of the obtained data from the real ones and, as a result, the impossibility of precise absolute positioning.
Задачей решения является устранение указанных проблем. Problem solving is the elimination of these problems.
Техническим результатом является возможность получать и передавать в компьютер или другое устройство данные о положении пальцев, кистей рук, локтевых и плечевых суставов, а также осуществлять тактильную обратную связь путем передачи вибрации на пальцы. The technical result is the ability to receive and transmit data on the position of fingers, hands, elbow and shoulder joints to the computer or other device, as well as to carry out tactile feedback by transmitting vibrations to the fingers.
Также техническим результатом является возможность фиксировать виртуальную модель руки не в локтевом суставе, а в плечевом и с высокой точностью распознавать и передавать на компьютер или иное устройство всех возможных движений руки, в том числе и в горизонтальной плоскости.  Also, the technical result is the ability to fix a virtual model of the hand not in the elbow joint, but in the shoulder and with high accuracy to recognize and transfer to the computer or other device all possible hand movements, including in the horizontal plane.
Еще одним преимуществом перед другими известными устройствами, основанными только на внешнем трекинге, является возможность использования вне стационарно оборудованных помещений, что удобно при использовании решения вместе с мобильными устройствами (смартфонами), или портативными решениями виртуальной и дополненной реальностей.  Another advantage over other known devices based only on external tracking is the ability to use outside stationary equipped rooms, which is convenient when using the solution with mobile devices (smartphones) or portable solutions of virtual and augmented reality.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлена перчатка виртуальной реальности, содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, причем датчики подключены к системной плате, отличающаяся тем, что в качестве датчиков использованы сенсоры IMU, расположенные внутри перчатки, выполненной из ткани, причем каждый из сенсоров IMU содержит в себе акселерометр, гироскоп и магнитометр, при этом четыре IMU сенсора расположены на предпоследних фалангах мизинца, безымянного, среднего и указательного пальцев, два IMU сенсора расположены на первой и второй фалангах большого пальца, один сенсор IMU расположен на системной плате; на пальцах перчатки закреплены вибрационные моторы, по одному на каждом пальце, причем на всех пальцах, кроме большого, вибрационные моторы закреплены на предпоследних фалангах пальцев, а на большом пальце вибрационный мотор закреплен на последней фаланге; на перчатке закреплена системная плата, где расположен вычислительный модуль; сенсоры IMU, вибромоторы, аккумулятор подключены к системной плате посредством проводов; совмещенный модуль с IMU сенсором и световым датчиком расположен на запястье перчатки. This technical result is achieved due to the fact that the virtual reality glove is declared, which contains sensors, gloves located on the fingers, and the sensors are connected to the system board, characterized in that IMU sensors located inside the glove made of fabric are used as sensors, each IMU sensors contain an accelerometer, a gyroscope and a magnetometer, with four IMU sensors located on the penultimate phalanges little finger, ring, middle and index fingers, two IMU sensors located on the first and second phalanges of the thumb, one IMU sensor located on the system board; on the fingers of the gloves are mounted vibration motors, one on each finger, and on all fingers except the big one, the vibration motors are fixed on the penultimate phalanges of the fingers, and on the thumb a vibration motor is fixed on the last phalanx; the glove holds the motherboard where the computing module is located; IMU sensors, vibration motors, battery connected to the motherboard through wires; Combined module with IMU sensor and light sensor located on the wrist of the glove.
При необходимости, системная плата и аккумулятор могут быть выполнены в едином корпусе из светопроницаемого пластика. If necessary, the motherboard and battery can be made in a single package of translucent plastic.
На системной плате установлены фотодиоды, подключенные к совмещенному модулю, содержащему фотодиод и IMU сенсор.  Photodiodes are installed on the motherboard, which are connected to a combined module containing a photodiode and an IMU sensor.
Предпочтительно, фотодиоды установлены на системной плате по ее краям  Preferably, the photodiodes are mounted on the system board at its edges.
равноудалено. equidistant.
Предпочтительно, на системной плате установлено четыре фотодиода.  Preferably, four photodiodes are mounted on the system board.
Дополнительный плечевой модуль может быть установлен на плече, и подключен к системной плате с помощью провода через совмещенный модуль, который выполнен содержащим соединительный коннектор. An additional shoulder module can be installed on the shoulder, and connected to the system board using a wire through a combined module, which is made containing a connecting connector.
Внутри плечевого модуля может быть установлен IMU-сенсор. An IMU sensor can be installed inside the shoulder module.
Плечевой модуль может быть выполнен содержащим модуль беспроводной связи и выполнен с возможностью соединения с системной платой по радиоканалу, причем в плечевом модуле расположен также аккумулятор.  The shoulder module can be made containing a wireless communication module and configured to connect to the system board over the air, and a battery is also located in the shoulder module.
Плечевой модуль, как вариант, содержит микроконтроллер и тензорезисторы, подключенные к нему.  The shoulder module, alternatively, contains a microcontroller and strain gauges connected to it.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На Фиг.1 показана схема устройства перчатки с использованием на запястье и IMU сенсора и без использования фотодиодов.  Figure 1 shows a diagram of the device gloves using on the wrist and IMU sensor and without the use of photodiodes.
На Фиг.2 показана схема устройства перчатки с использованием фотодиодов и расположенного на запястье совмещенного модуля, содержащего фотодиод и IMU сенсор. Figure 2 shows a diagram of the device gloves using photodiodes and located on the wrist of the combined module containing the photodiode and the IMU sensor
На Фиг.З показана схема устройства перчатки без использования фотодиодов в системной плате и расположенного на запястье совмещенного модуля, содержащего фотодиод и IMU сенсор.  Fig. 3 shows a diagram of the device of the glove without using photodiodes in the system board and located on the wrist of the combined module containing the photodiode and IMU sensor.
На Фиг.4 показана схема подключения к перчатке плечевого модуля.  Figure 4 shows the connection diagram to the glove of the shoulder module.
На чертежах: 1 - перчатка, 2 - инерционный датчик (сенсор) IMU, объединяющий в себе акселерометр, гироскоп и магнитометр, 3 - вибрационный мотор, предназначенный для передачи ощущений вибрации, 4 - системная плата, 5 - аккумулятор, 6 - провода, 7 - корпус, объединяющий системную плату и аккумулятор, 8 - фотодиод, 9 - совмещенный модуль, 10 - плечевой модуль, 11 - соединительный провод между совмещенным модулем и плечевым модулем. In the drawings: 1 - glove, 2 - inertial sensor (sensor) IMU, combining accelerometer, gyroscope and magnetometer, 3 - vibrating motor, designed to transmit vibration sensations, 4 - motherboard, 5 - battery, 6 - wires, 7 - the case that combines the motherboard and battery, 8 - photodiode, 9 - combined module, 10 - shoulder module, 11 - connecting wire between the combined module and the shoulder module.
Устройство (Фиг.2) состоит из перчатки (1), выполненной из ткани, внутри которой расположены: IMU сенсоры (2), каждый из которых содержит в себе акселерометр, гироскоп и магнитометр, при этом четыре IMU сенсора (2) расположены на The device (Figure 2) consists of a glove (1) made of a fabric inside which there are: IMU sensors (2), each of which contains an accelerometer, a gyroscope and a magnetometer, with four IMU sensors (2) located on
предпоследних фалангах мизинца, безымянного, среднего и указательного пальцев, два IMU сенсора (2) расположены на первой и второй фалангах большого пальца, один сенсор IMU (2) расположен на системной плате. the penultimate phalanxes of the little finger, ring, middle and index fingers, two IMU sensors (2) are located on the first and second phalanges of the thumb, one IMU sensor (2) is located on the system board.
На пальцах перчатки (1) также закреплены вибрационные моторы (3), по одному на каждом пальце, причем на всех пальцах, кроме большого, вибрационные моторы (3) закреплены на предпоследних фалангах пальцев, а на большом пальце вибрационный мотор (3) закреплен на последней фаланге.  The fingers of the gloves (1) also have vibration motors (3) fixed, one on each finger, and on all fingers except the big one, the vibration motors (3) are fixed on the penultimate phalanges of the fingers, and on the thumb a vibration motor (3) is fixed on the last phalanx.
На перчатке (1) закреплены системная плата (4), где расположен вычислительный модуль.  The motherboard (4) is fixed on the glove (1), where the computing module is located.
При этом модуль беспроводной связи Bluetooth, для связи с компьютером или иным устройством по радиоканалу, установлен на системной плате (4).  At the same time, the Bluetooth wireless communication module, for communication with a computer or other device via radio, is installed on the motherboard (4).
Системная плата (4) закреплена поверх аккумулятора (5), который закреплен на перчатке (1). The motherboard (4) is mounted on top of the battery (5), which is mounted on the glove (1).
Сенсоры IMU (2), вибромоторы (3), аккумулятор (5) подключены к системной плате (4) посредством проводов (б).  IMU sensors (2), vibration motors (3), battery (5) are connected to the system board (4) via wires (b).
При необходимости, системная плата (4) и аккумулятор (5) могут быть выполнены в едином корпусе (7) из светопроницаемого пластика. If necessary, the motherboard (4) and battery (5) can be made in single body (7) of translucent plastic.
На системной плате (4) также установлены фотодиоды (8), подключенные к  On the system board (4) there are also installed photodiodes (8) connected to
совмещенному модулю (9), содержащему фотодиод и IMU сенсор. combined module (9) containing a photodiode and an IMU sensor.
Предпочтительно, фотодиоды (8) могут быть установлены на системной плате (4) по ее краям равноудалено. Их может быть четыре. Preferably, the photodiodes (8) can be mounted on the system board (4) at its edges equidistant. There may be four.
Модуль (9) с IMU сенсором и световым датчиком располагают на запястье перчатки (1). Дополнительным преимуществом виртуальной перчатки (1) является использование плечевого модуля (10), который располагают на плече (бицепсе), и подключают к системной плате с помощью провода (11) через модуль (9), который выполняют содержащим соединительный коннектор (на чертежах не показан).  A module (9) with an IMU sensor and a light sensor is placed on the wrist of the glove (1). An additional advantage of the virtual glove (1) is the use of the shoulder module (10), which is placed on the shoulder (biceps), and connected to the system board with a wire (11) through the module (9), which is performed with a connecting connector (not shown in the drawings ).
Внутри плечевого модуля (10) может быть установлен IMU-сенсор. An IMU sensor can be installed inside the shoulder module (10).
Данное взаимное расположение IMU сенсоров с использованием сенсора, This mutual arrangement of IMU sensors using a sensor,
закрепленного в плечевом модуле (10), позволяет эффективно бороться с проблемой "дрифта" данных о положении пальцев и кисти рук в пространстве и более эффективно отслеживать движения плечевого сустава. В отличии от систем с внешним трекингом (основанным на фотодиодах или светодиодах и внешних камерах), данное решение может быть использовано без каких либо внешних устройств, что удобно для работы с мобильными устройствами (смартфонами). fixed in the shoulder module (10), allows you to effectively deal with the problem of "drift" data on the position of fingers and hand in space and more effectively track the movement of the shoulder joint. Unlike systems with external tracking (based on photodiodes or LEDs and external cameras), this solution can be used without any external devices, which is convenient for working with mobile devices (smartphones).
Плечевой модуль (10) может быть так же реализован в беспроводном варианте, и подключаться к вычислительному модулю по радиоканалу (Bluetooth или Wifi). В этом случае в едином модуле с датчиком (10) располагают аккумулятор и радиомодуль (на чертежах не показаны) и провод (11) не используют.  The shoulder module (10) can also be implemented in the wireless version, and connect to the computing module via radio (Bluetooth or Wifi). In this case, a battery and a radio module (not shown in the drawings) and a wire (11) are not used in a single module with a sensor (10).
Также плечевой модуль (10) может быть опционально реализован не с помощью IMU- сенсора, а с помощью одного или нескольких тензорезисторов (датчиков сгиба). В этом случае в плечевом модуле (10) устанавливается микроконтроллер, к которому подключают тензорезисторы, и через них агрегируют информацию и передают ее на основной вычислительный модуль системной платы (4).  Also, the shoulder module (10) can be optionally implemented not with the help of an IMU sensor, but with the help of one or several strain gauges (bend sensors). In this case, a microcontroller is installed in the shoulder module (10) to which the resistance strain gages are connected, and through them aggregates the information and transfers it to the main computing module of the motherboard (4).
Устройство работает следующим образом. The device works as follows.
Заявленное решение позволяет получать и передавать в компьютер или другое устройство данные о положении пальцев, кистей рук, локтевых и плечевых суставов, а также осуществлять тактильную обратную связь путем передачи вибрации на пальцы. Это достигается следующим образом. The claimed solution allows you to receive and transfer data on the position of fingers, hands, elbow and shoulder joints to a computer or other device, and also implement tactile feedback by transmitting vibrations to the fingers. This is achieved as follows.
На пальцы устанавливаются гироскопические/инерциальные датчики (IMU-сенсоры): на указательный, средний, безымянный пальцы и мизинец устанавливается по одному датчику в области предпоследней фаланги пальца, с внешней стороны ладони; на большой палец устанавливается два датчика - на первую и на вторую фалангу, с внешней стороны. Дополнительно аналогичные датчики устанавливаются на кисть руки, с внешней стороны, и на запястье, с внешней или внутренней стороны ладони.  Gyroscopic / inertial sensors (IMU-sensors) are mounted on fingers: on the index, middle, ring fingers and little finger one sensor is installed in the penultimate phalanx of the finger, on the outside of the palm; two sensors are installed on the thumb - on the first and second phalanx, from the outside. Additionally, similar sensors are mounted on the hand, from the outside, and on the wrist, from the outside or inside of the palm.
Датчики могут быть закреплены в данных позициях с помощью тряпичной перчатки, будучи вшитыми в необходимых позициях, либо каждый датчик может быть закреплен независимо с помощью тряпичного (или из другого материала) кольца (крепления), надеваемого на палец/кисть/запястье, либо любым другим способом, The sensors can be fixed in these positions with a rag glove, sewn into the required positions, or each sensor can be attached independently with a rag (or other material) ring (fastening) worn on the finger / hand / wrist or any other in the way
обеспечивающим неподвижность датчика относительно пальца/кисти/запястья соответственно. providing immobility of the sensor relative to the finger / hand / wrist, respectively.
В качестве IMU-сенсора может использоваться, например:  As an IMU-sensor can be used, for example:
https://www.digikey.com/product-detail/en/invensense/MPU-6000/1428-1005-l-https://www.digikey.com/product-detail/en/invensense/MPU-6000/1428-1005-l-
ND/4038006 ND / 4038006
Датчики с помощью кабеля подключаются к модулю управления, расположенному на внешней стороне ладони в пластиковом корпусе. Модуль управления содержит электронику управления на основе микроконтроллера, радиомодуль беспроводной связи, аккумулятор.  Sensors are connected via cable to the control module located on the outside of the palm in a plastic case. The control module contains microcontroller-based control electronics, a wireless radio module, and a battery.
Датчики постоянно собирают данные о движении и передают их микроконтроллеру, который по радиоканалу передает эти данные на компьютер или другое устройство. На компьютере (или другом устройстве) установлено программное обеспечение- драйвер, которое использует данные с датчиков (угловые скорости и векторы  Sensors constantly collect motion data and transmit it to the microcontroller, which transmits this data over the air to a computer or other device. A software driver is installed on the computer (or other device) that uses the data from the sensors (angular velocities and
ускорения) и преобразует их в кватернионы поворота пространства для следующих суставов: поворот(сгиб) последней фаланги пальца относительно ладони для acceleration) and converts them into quaternions turning space for the following joints: turning (bending) the last phalanx of the finger relative to the palm for
указательного, среднего, безымянного пальцев и мизинца, в вертикальной плоскости относительно ладони; поворот указательного, среднего, безымянного пальцев и мизинца в горизонтальной плоскости (плоскости ладони); поворот/сгиб большого пальца относительно ладони в пространстве; поворот/сгиб кисти(ладони) относительно локтевого сустава; поворот локтевого сустава относительно плечевого сустава. index, middle, ring fingers and little finger, in the vertical plane relative to the palm; rotation of the index, middle, ring fingers and little finger in the horizontal plane (palm plane); twist / fold of the thumb relative to the palm in space; rotate / fold the hand (palm) relatively elbow joint; rotation of the elbow joint relative to the shoulder joint.
Затем из полученных углов, с помощью алгоритмов инверсной кинематики (данных о связях суставов и их линейных размерах) вычисляются повороты всех остальных суставов и относительное положение всех суставов кисти руки. Then, from the angles obtained, using the inverse kinematics algorithms (data on the joints of the joints and their linear dimensions), the turns of all the other joints and the relative position of all the joints of the hand are calculated.
Полученные данные затем предоставляются для доступа в виде программного интерфейса приложения (API) и могут быть использованы сторонними The obtained data is then provided for access as a software application interface (API) and can be used by third-party
производителями программного обеспечения в любых целях. software manufacturers for any purpose.
Дополнительно, на внутренней стороне ладони, на предпоследней фалангах каждого пальца размещается вибрационный мотор, который крепится аналогичным IMU- сенсорам способом, и также с помощью кабеля подключается к системной плате и микроконтроллеру.  Additionally, on the inside of the palm, on the penultimate phalanx of each finger, a vibration motor is placed, which is mounted in the same way as using IMU sensors, and also connected to the motherboard and microcontroller using a cable.
Программный интерфейс приложения (API) позволяет запускать вибрационный мотор независимо на каждом из пальцев, задавая необходимые параметры иротно- импульсной модуляции (частоту/интенсивность вибрации).  The application programming interface (API) allows the vibration motor to be launched independently on each of the fingers, setting the required parameters of rotary modulation (vibration frequency / intensity).
Команда от программного интерфейса обрабатывается драйвером устройства и, через радиоканал, передается на микроконтроллер, который управляет непосредственно вибрационным мотором.  The command from the software interface is processed by the device driver and, via the radio channel, is transmitted to the microcontroller, which directly controls the vibration motor.
Таким образом, вибрация может контролироваться сторонними производителями программного обеспечения с помощью программного интерфейса приложения (API). В качестве вибрационного мотора может использоваться, например:  Thus, the vibration can be controlled by third-party software manufacturers using the application programming interface (API). As a vibration motor can be used, for example:
https://ru.aliexpress.com/item/50pcs-DC3V-0820-8-2-0mm-Mobile-phone-micro-flat- vibration-motor-Coin-motor-Mini-vibrator/32783671636.html https://ru.aliexpress.com/item/50pcs-DC3V-0820-8-2-0mm-Mobile-phone-micro-flat- vibration-motor-Coin-motor-Mini-vibrator / 32783671636.html
Недостатком использования IMU-сенсоров без дополнительного внешнего "трекинга" (трекинг - определение местоположения движущихся объектов во времени с помощью камеры) является проблема "дрифта" - накоплению погрешности  The disadvantage of using IMU-sensors without additional external "tracking" (tracking - determining the location of moving objects over time using the camera) is the problem of "drift" - the accumulation of errors
гироскопических/инерциальных датчиков, существенному отклонению получаемых данных от реальных и, как следствие, невозможности точного абсолютного gyroscopic / inertial sensors, a significant deviation of the received data from the real and, as a consequence, the impossibility of the exact absolute
позиционирования. positioning.
Для решения этой проблемы приходится накладывать ограничения на получаемые данные, ограничивая тем самым подвижность "виртуальной руки" - рука фиксируется в локтевом суставе. Таким образом, все движения интерпретируются в рамках полусферы, которую может описать кисть при зафиксированном локтевом суставе - движения руки в горизонтальной плоскости полностью игнорируются, что доставляет неудобства на практике. To solve this problem, it is necessary to impose restrictions on the data obtained, thereby limiting the mobility of the "virtual hand" - the hand is fixed in the elbow joint. Thus, all movements are interpreted within hemispheres that the hand can describe when the elbow joint is fixed - movements of the hand in the horizontal plane are completely ignored, which causes inconvenience in practice.
По причине чего на плечевом суставе дополнительно может быть закреплен еще один гироскопический/инерциальный датчик (IMU-сенсор), например, внутри плечевого модуля (10) (Фиг.4) и подсоединен к системной плате (4) с помощью кабеля (11) через разъем совмещенного модуля (9).  For this reason, one more gyroscopic / inertial sensor (IMU sensor) can be additionally attached to the shoulder joint, for example, inside the shoulder module (10) (Figure 4) and connected to the system board (4) using a cable (11) through socket module (9).
Данные с датчика, передаются на микроконтроллер, и далее через радиоканал - в программное обеспечение-драйвер, где они используются для вычисления поворота локтевого сустава относительно плечевого, а также вращения локтевого сустава в перпендикулярной ему плоскости. Это позволяет более точно вычислять положение кисти в пространстве и придать дополнительные степени свободы руке.  The data from the sensor is transmitted to the microcontroller, and then through the radio channel to the driver software, where they are used to calculate the rotation of the elbow joint relative to the shoulder joint, as well as the rotation of the elbow joint in a plane perpendicular to it. This allows you to more accurately calculate the position of the brush in space and give additional degrees of freedom to the hand.
Благодаря такому подходу, можно зафиксировать виртуальную модель руки не в локтевом суставе, а в плечевом и с высокой точностью распознавать и передавать на компьютер (или иное устройство) все возможные движения руки, в том числе и в горизонтальной плоскости. Thanks to this approach, it is possible to fix the virtual model of the hand not in the elbow joint, but in the shoulder and with high accuracy to recognize and transfer to the computer (or other device) all possible hand movements, including in the horizontal plane.
Для полного решения проблемы накапливаемой погрешности в вычисленной абсолютной позиции датчиков используется поддержка внешнего "трекинга". Для этого, на модуль управления размещаются два или более фотодиодов, реагирующие на вспышки света. При этом корпус для модуля управления изготавливается из  To completely solve the problem of accumulated error in the calculated absolute position of the sensors, support for external "tracking" is used. For this purpose, two or more photodiodes reacting to flashes of light are placed on the control module. In this case, the housing for the control module is made of
прозрачного материала, пропускающего свет, либо целиком, либо лишь в тех участках, где расположены фотодиоды. Еще один фотодиод располагается рядом с IMU- сенсором на запястье. Опционально еще один фотодиод также располагается вместе с IMU-сенсором на плечевом суставе. transparent material that transmits light, either entirely, or only in those areas where the photodiodes are located. Another photodiode is located next to the IMU-sensor on the wrist. Optionally, another photodiode is also located along with the IMU-sensor on the shoulder joint.
Фотодиоды регистрируют световые сигналы, посылаемые парой специальных внешних свето-излучателей, установленных стационарно, неподвижно и отдельно от  Photodiodes register light signals sent by a pair of special external light emitters installed stationary, stationary and separate from
описываемого контроллера (системной платы и набора сенсоров в виде перчатки или другой форме), по разные стороны от него. described controller (motherboard and a set of sensors in the form of gloves or other form), on opposite sides of it.
Излучатели запрограммированы особым образом и генерируют световые импульсы определенной длины, формы и направления, через определенные промежутки времени. Свет может излучаться как в видимом, так и в невидимых (инфракрасный, ультрафиолетовый) диапазонах. Emitters are programmed in a special way and generate light pulses of a certain length, shape and direction, at certain time intervals. Light can be emitted both in the visible and in the invisible (infrared, ultraviolet) ranges.
Например, излучатель может генерировать набор коротких импульсов света, а затем генерировать узкую полосу лазером, установленном на поворотном механизме, вращающемся в горизонтальной плоскости. Другой излучатель может параллельно (но в другие временные интервалы) делать тоже самое, но в вертикальной плоскости.  For example, the emitter can generate a set of short pulses of light, and then generate a narrow strip with a laser mounted on a rotating mechanism, rotating in a horizontal plane. Another emitter can do the same in parallel (but at different time intervals), but in the vertical plane.
Временные интервалы, последовательность световых импульсов, форму и характер импульсов (например форму пучка света лазера и скорость поворотного механизма) известны заранее, эти данные сопоставляются программным обеспечением-драйвером со временем регистрации фотодиодами различных импульсов света, благодаря чему вычисляется их позиция относительно излучателей, и таким образом - абсолютная позиция фотодиодов в пространстве. Затем эти данные используются для The time intervals, the sequence of light pulses, the shape and nature of the pulses (for example, the laser light beam shape and the speed of the turning mechanism) are known in advance, these data are compared by the software driver with the photodiode registration time of various light pulses, thereby calculating their position relative to the emitters, and so image - the absolute position of the photodiodes in space. This data is then used to
корректировки абсолютной позиции руки в пространстве, вычисленную с помощью IMU-сенсоров, и устранения накопленной погрешности. adjusting the absolute position of the hand in space, calculated using IMU-sensors, and eliminating the accumulated error.
В качестве фотодиода может использоваться, например: As a photodiode can be used, for example:
https://www.digikey.com/product-detail/en/osram-opto-semiconductors-inc/BPW-34-S- Z/475-2659-1-ND/1893861 https://www.digikey.com/product-detail/en/osram-opto-semiconductors-inc/BPW-34-S- Z / 475-2659-1-ND / 1893861
В качестве внешнего излучателя может использоваться, например:  As an external radiator can be used, for example:
https://www.microsoftstore.com/store/msusa/en_US/pdp/HTC-Vive-Base-https://www.microsoftstore.com/store/msusa/en_US/pdp/HTC-Vive-Base-
Station/productlD.5073718900 Station / productlD.5073718900
Заявленное решение может использоваться для анимации 3D моделей человеческой (или иной) руки в компьютерных программах, как способ взаимодействия с  The claimed solution can be used to animate 3D models of a human (or other) hand in computer programs, as a way to interact with
интерфейсами в виртуальной (VR - virtual reality) или дополненной (AR - augmented reality) реальностях, а также видеоиграх, симуляторах различных видов деятельности и в любых других задачах, где требуется получение, обработка, хранение или передача точных движений рук в пространстве. interfaces in virtual (VR - virtual reality) or augmented (AR - augmented reality) realities, as well as video games, simulators of various types of activities and in any other tasks that require receiving, processing, storing or transmitting precise hand movements in space.
Например, заявленное решение также может применяться в медицине, для пациентов с нарушениями моторики рук для отслеживания движений кистей и пальцев рук и стимулирования их активности.  For example, the claimed solution can also be used in medicine, for patients with impaired motility of the hands to track the movements of the hands and fingers and stimulate their activity.
Обратная связь с помощью вибромоторов может применяться для имитации ощущений прикосновения к предметам в виртуальной реальности, когда данные о положении руки и пальцев используются для определения коллизий с виртуальными предметами и, в случае их обнаружения, подавать на соответствующие месту контакта пальцы вибрации. При этом степень вибрации может зависеть от формы контакта - размера области пересечения, или от характеристик виртуального предмета. Другой возможный сценарий использования вибрации - подтверждение события взаимодействиями с виртуальными интерфейсами - например, нажатие на виртуальную кнопку. Feedback using vibration motors can be used to simulate the sensations of touching objects in virtual reality, when position data Hands and fingers are used to identify collisions with virtual objects and, if they are detected, apply vibration fingers to the corresponding contact point. The degree of vibration may depend on the shape of the contact - the size of the intersection area, or on the characteristics of the virtual object. Another possible scenario of using vibration is to confirm an event with interactions with virtual interfaces — for example, pressing a virtual button.
Заявленное решение предлагает новый принцип размещения IMU-сенсоров и, как следствие, высокую точность получаемых результатов: взаимное расположение датчиков позволяет получить необходимые углы, между пальцами, кистью, локтевым и плечевым суставами; во вторую очередь такое расположение сенсоров и The claimed solution offers a new principle of placement of IMU-sensors and, as a result, high accuracy of the results: the relative position of the sensors allows you to get the necessary angles between the fingers, hand, elbow and shoulder joints; secondly, the location of the sensors and
вибрационных моторов позволяет освободить последнюю фалангу пальцев, что удобно в практическом применении - пользователь может пользоваться сенсорными экранами, производить действия требующие мелкой моторики пальцев и т.п. Vibration motors allows you to release the last phalanx of fingers, which is convenient in practical application - the user can use touch screens, perform actions requiring fine motor skills of fingers, etc.
Преимуществом использования комбинированного подхода (применение IMU- сенсоров и внешнего трекинга в одной технологии) является высокая точность измерения пространственного перемещения, еще более высокая, чем любые The advantage of using a combined approach (using IMU sensors and external tracking in one technology) is the high accuracy of measuring spatial displacement, even higher than any
альтернативные методы, такие как тензорезисторы (датчики сгиба) или решения основанные только на IMU-сенсорах. Кроме того, в отличии от методов, основанных на внешнем оптическом или другом внешнем трекинге у данного подхода полностью отсутствуют "слепые зоны", даже если между светодиодом (фотодиодом) и камерой (свето-излучателем) не будет прямого обзора, заявленное решение все равно позволит достаточно точно вычислить позицию руки в пространстве. alternative methods such as strain gauges (fold sensors) or solutions based only on IMU sensors. In addition, unlike methods based on external optical or other external tracking, this approach completely lacks "blind spots", even if there is no direct view between the LED (photodiode) and the camera (light emitter), the stated solution will still allow quite accurately calculate the position of the arm in space.
Еще одним преимуществом перед другими известными устройствами, основанными только на внешнем трекинге, является возможность использования вне стационарно оборудованных помещений, что удобно при использовании решения вместе с мобильными устройствами (смартфонами), или портативными решениями виртуальной и дополненной реальностей.  Another advantage over other known devices based only on external tracking is the ability to use outside stationary equipped rooms, which is convenient when using the solution with mobile devices (smartphones) or portable solutions of virtual and augmented reality.

Claims

ФОРМУЛА FORMULA
1. Перчатка виртуальной реальности, содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, причем датчики подключены к системной плате, отличающаяся тем, что в качестве датчиков использованы сенсоры IMU, расположенные внутри перчатки, выполненной из ткани, причем каждый из сенсоров IMU содержит в себе акселерометр, гироскоп и магнитометр, при этом четыре IMU сенсора расположены на предпоследних фалангах мизинца, безымянного, среднего и указательного пальцев, два IMU сенсора расположены на первой и второй фалангах большого пальца, один сенсор IMU расположен на системной плате; на пальцах перчатки закреплены вибрационные моторы, по одному на каждом пальце, причем на всех пальцах, кроме большого, вибрационные моторы закреплены на предпоследних фалангах пальцев, а на большом пальце вибрационный мотор закреплен на последней фаланге; на перчатке закреплена системная плата, где расположен 1. A virtual reality glove containing sensors located on the fingers of gloves, moreover, the sensors are connected to the motherboard, characterized in that the sensors used are IMU sensors located inside the glove made of fabric, each of the IMU sensors contains an accelerometer, gyroscope and magnetometer, with four IMU sensors located on the penultimate phalanges of the little finger, ring, middle and index fingers, two IMU sensors located on the first and second phalanges of the thumb, one IMU sensor located on the system board; on the fingers of the gloves are mounted vibration motors, one on each finger, and on all fingers except the big one, the vibration motors are fixed on the penultimate phalanges of the fingers, and on the thumb a vibration motor is fixed on the last phalanx; the glove is fixed to the motherboard where
вычислительный модуль; сенсоры IMU, вибромоторы, аккумулятор подключены к системной плате посредством проводов; совмещенный модуль с IMU сенсором и световым датчиком расположен на запястье перчатки. computational module; IMU sensors, vibration motors, battery connected to the motherboard through wires; Combined module with IMU sensor and light sensor located on the wrist of the glove.
2. Перчатка по п.1, отличающаяся тем, что системная плата и аккумулятор могут быть выполнены в едином корпусе из светопроницаемого пластика.  2. Glove according to claim 1, characterized in that the motherboard and the battery can be made in a single package of translucent plastic.
3. Перчатка по п.1, отличающаяся тем, что на системной плате установлены фотодиоды, подключенные к совмещенному модулю, содержащему фотодиод и IMU сенсор.  3. Glove according to claim 1, characterized in that photodiodes are mounted on the motherboard, connected to the combined module containing the photodiode and the IMU sensor.
4. Перчатка по п.1, отличающаяся тем, что фотодиоды установлены на системной плате по ее краям равноудалено.  4. Glove according to claim 1, characterized in that the photodiodes are installed on the system board at its edges equidistant.
5. Перчатка по п.1, отличающаяся тем, что на системной плате установлено четыре фотодиода.  5. Glove according to claim 1, characterized in that the system board has four photodiodes.
6. Перчатка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно на плече установлен плечевой модуль и подключен к системной плате с помощью провода через совмещенный модуль, который выполнен содержащим соединительный коннектор.  6. Glove according to claim 1, characterized in that, in addition, a shoulder module is mounted on the shoulder and connected to the system board by means of a wire through a combined module, which is made containing a connecting connector.
7. Перчатка по п.7, отличающаяся тем, что внутри плечевого модуля установлен IMU- сенсор.  7. Glove according to claim 7, characterized in that an IMU sensor is installed inside the shoulder module.
8. Перчатка по п.7 или п.8, отличающаяся тем, что плечевой модуль выполнен содержащим модуль беспроводной связи и выполнен с возможностью соединения с системной платой по радиоканалу, причем в плечевом модуле расположен также аккумулятор. 8. The glove according to claim 7 or claim 8, characterized in that the shoulder module is made containing a wireless communication module and is configured to connect with system board over the air, and in the shoulder module is also a battery.
9. Перчатка по п.7, отличающаяся тем, что плечевой модуль содержит микроконтроллер и тензорезисторы, подключенные к нему.  9. The glove according to claim 7, characterized in that the shoulder module contains a microcontroller and strain gages connected to it.
PCT/RU2018/000630 2017-10-27 2018-09-28 Virtual reality glove WO2019083405A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137682 2017-10-27
RU2017137682 2017-10-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019083405A1 true WO2019083405A1 (en) 2019-05-02

Family

ID=66247568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2018/000630 WO2019083405A1 (en) 2017-10-27 2018-09-28 Virtual reality glove

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2019083405A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030048312A1 (en) * 1987-03-17 2003-03-13 Zimmerman Thomas G. Computer data entry and manipulation apparatus and method
US20100231505A1 (en) * 2006-05-05 2010-09-16 Haruyuki Iwata Input device using sensors mounted on finger tips
US9060385B1 (en) * 2007-04-20 2015-06-16 Lloyd Douglas Manning Universal bluetooth/wireless glove
RU156547U1 (en) * 2015-02-17 2015-11-10 Сергей Владимирович Тюлюсов INFORMATION INPUT DEVICE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030048312A1 (en) * 1987-03-17 2003-03-13 Zimmerman Thomas G. Computer data entry and manipulation apparatus and method
US20100231505A1 (en) * 2006-05-05 2010-09-16 Haruyuki Iwata Input device using sensors mounted on finger tips
US9060385B1 (en) * 2007-04-20 2015-06-16 Lloyd Douglas Manning Universal bluetooth/wireless glove
RU156547U1 (en) * 2015-02-17 2015-11-10 Сергей Владимирович Тюлюсов INFORMATION INPUT DEVICE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101666096B1 (en) System and method for enhanced gesture-based interaction
RU179301U1 (en) VIRTUAL REALITY GLOVE
RU187548U1 (en) VIRTUAL REALITY GLOVE
US10534431B2 (en) Tracking finger movements to generate inputs for computer systems
CN109313493B (en) Apparatus for controlling computer based on hand movement and position
CN111638801A (en) Controller for gesture recognition and gesture recognition method thereof
CN206162394U (en) A motion capture system for virtual reality environment based on tactile feedback
US20200201460A1 (en) Universal Handheld Controller of a Computer System
JP2010108500A (en) User interface device for wearable computing environmental base, and method therefor
RU2670649C1 (en) Method of manufacturing virtual reality gloves (options)
US11054923B2 (en) Automatic switching between different modes of tracking user motions to control computer applications
US20220155866A1 (en) Ring device having an antenna, a touch pad, and/or a charging pad to control a computing device based on user motions
US20230142242A1 (en) Device for Intuitive Dexterous Touch and Feel Interaction in Virtual Worlds
Kao et al. Novel digital glove design for virtual reality applications
Shigapov et al. Design of digital gloves with feedback for VR
KR102162922B1 (en) Virtual reality-based hand rehabilitation system with haptic feedback
RU176318U1 (en) VIRTUAL REALITY GLOVE
RU2673406C1 (en) Method of manufacturing virtual reality glove
JP6932267B2 (en) Controller device
US10409375B1 (en) Apparatus, system, and method for providing localized tactile feedback
WO2019083405A1 (en) Virtual reality glove
KR101686585B1 (en) A hand motion tracking system for a operating of rotary knob in virtual reality flighting simulator
RU186397U1 (en) VIRTUAL REALITY GLOVE
CN202230440U (en) Control system for controlling computer space drawing software
RU176660U1 (en) VIRTUAL REALITY GLOVE

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18871345

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18871345

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1