CN103677289A - 一种智能交互手套及交互方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能设备技术领域，尤其涉及一种智能交互手套及交互方法。所述智能交互手套包括手套主体和指套组，所述指套组设于所述手套主体的一端，所述手套主体包括动作传感器和无线模块，所述指套组包括弯曲传感器，所述动作传感器与弯曲传感器分别与所述无线模块信号连接，所述动作传感器用于获取人手位姿信息，所述弯曲传感器用于实时感应手指弯曲动作信息，所述无线模块用于与智能设备建立无线连接，并将人手位姿信息及手指弯曲动作信息传送至智能设备，实现人手与智能设备的交互。本发明结构简单，易于实现且成本较低，便于穿戴；本发明还设有脉搏传感器，根据脉搏信息适时发出过度使用警告。

Description

一种智能交互手套及交互方法

技术领域

本发明属于智能设备技术领域，尤其涉及一种智能交互手套及交互方法。

背景技术

随着计算机设备融入人类生活环境的方方面面，真实世界、电子世界和作为主体的人成为一个有机整体。人与环境的无缝沟通和自由互动的需求促使了人们动作识别成为未来多通道多模态交互研究的热点。人体动作识别是指计算机自动检测、分析和理解人体各类运动和行为，如手指、手腕、手臂、头部、面部或者身体姿态以及运动模式等，以判断人的意图并提供相应服务的过程。动作识别是“体感操作”的前提，引领着新一代的自然人机交互技术。其中，手作为丰富的运动载体在人机交互中占据了极为重要的位置，手指的运动是人手进行交互运动的主要方式，因此如何实时获取人手运动尤其是手指运动信息尤为重要。

现有的人体动作识别技术主要包括计算机视觉技术、运动测量技术和基于肌电信号的人体动作识别技术。计算机视觉技术，采用视觉设备和图像处理技术持续捕捉人体动作，具有追踪全身或局部肢体运动，并获取表情或手势等动作在摄像机平面投影的形状信息的功能。该技术的缺点是所获取信息容易受到摄像机视角和复杂的背景及光照等环境因素的影像，受限于图像精度和处理技术的准确性，很难察觉精细的人体动作，不仅如此，动作分割也是该技术的一大难点，第三方视角的信息捕获方式在某种程度上限制了该技术的易用性。基于运动测量的技术通过在用户身上安置各类传感器设备，例如加速计、磁力计、陀螺仪或数据手套等，通过各类传感器设备测量用户执行动作时产生的物理量，例如位移、角度、加速度或角加速度等，传感器与用户合为一体，无需借助外接设备。人的手作为丰富的运动载体在人机交互中占据了极为重要的位置，而数据手套是该技术中用于检测手势动作的典型设备，它利用位置、方向和弯曲传感器等检测手指与手的运动模式，可以有效反应手的姿态信息而具有较高的识别精度。现有的基于数据手套的识别技术的缺点在于：①较为笨重，不利于进行简约化的交互操作；②需要传感器的数量较多，成本较高；③频繁使用时，需要不停穿上脱下，较为繁琐。基于肌电信号的人体动作识别技术，通过测量控制肌肉活动的电信号来判断人的相应肌肉收缩情况，并推算出人体相应的肢体运动，进而进行人的动作识别。例如加拿大创业公司Thalmic Labs推出的MYO臂环，该臂环通过低功率的蓝牙设备与其他电子产品进行无线连接，可以佩戴在任何一条胳膊的肘关节上方，即可探测用户的肌肉产生的电活动，佩戴它的任何人只要动动手指或者手，就能操作科技产品，与之发生互动。现有基于肌电信号的人体动作识别技术的缺点在于：①精确度较低，只能产生定性的识别；②有效信号过于微弱，交互质量不易稳定；③环境适应性较差，如果在较强背景的电磁干扰下，系统可能不能有效工作。

发明内容

本发明提供了一种智能交互手套及交互方法，旨在解决现有的人体动作识别技术中计算机视觉技术很难察觉精细的人体动作且不利于动作分割、数据手套成本高昂且较为笨重、肌电信号识别技术精确度低、环境适应性差及交互质量不稳定的技术问题。

本发明提供的技术方案为：一种智能交互手套，包括手套主体和指套组，所述指套组设于所述手套主体的一端，所述手套主体包括动作传感器和无线模块，所述指套组包括弯曲传感器，所述动作传感器与弯曲传感器分别与所述无线模块信号连接，所述动作传感器用于获取人手位姿信息，所述弯曲传感器用于实时感应手指弯曲动作信息，所述无线模块用于与智能设备建立无线连接，并将人手位姿信息及手指弯曲动作信息传送至智能设备，实现人手与智能设备的交互。

本发明的技术方案还包括：所述手套主体为设于手背上方的壳体，所述动作传感器和无线模块设于壳体内，所述指套组设于壳体的一端，所述指套组还包括至少一个或以上的手指套，所述弯曲传感器分别设于每一个手指套内。

本发明的技术方案还包括：还包括腕带，所述腕带设于所述壳体的另一端且可自由拆卸，所述腕带包括紧固带和脉搏传感器，脉搏传感器设于所述紧固带内并与无线模块信号连接，用于实时监测用户的脉搏信息。

本发明的技术方案还包括：所述壳体还包括输入模块，所述输入模块设于壳体的外侧，用于控制智能交互手套的开关，并设定交互信息，所述输入模块为按键组合式的输入盘或触屏式的输入界面。

本发明的技术方案还包括：所述壳体还包括供电模块，所述供电模块设于壳体内，并分别与所述指套组、腕带、输入模块、无线模块和动作传感器电连接，用于向智能交互手套供电，所述供电方式包括独立电源供电或使用外接电源供电。

本发明的技术方案还包括：所述动作传感器为陀螺仪或方向传感器和加速度传感器的组合，弯曲传感器为电容式弯曲传感器或力学弯曲传感器，所述无线模块的连接方式包括WIFI或蓝牙。

本发明提供的另一技术方案为：一种智能交互方法，包括：

步骤a：佩戴智能交互手套，并通过无线模块与智能设备建立无线连接；

步骤b：通过智能交互手套内的动作传感器获取人手位姿信息，并通过弯曲传感器实时感应手指弯曲动作信息；

步骤c：通过无线模块将人手位姿信息及手指弯曲动作信息传送至智能设备，实现人手与智能设备的交互。

本发明的技术方案还包括：在所述步骤a中，所述佩戴智能交互手套的佩戴方式为：将腕带戴在手腕上，将手套主体一端的指套组佩戴在手指指根处，并将手套主体的另一端与腕带进行连接，通过腕带对智能交互手套进行固定。

本发明的技术方案还包括：所述步骤b还包括：通过腕带内的脉搏传感器实时监测用户的脉搏信息；所述步骤c还包括：通过无线模块将脉搏信息传输至智能设备。

本发明的技术方案还包括：所述步骤c后还包括：通过智能设备接收人手位姿信息、手指弯曲动作及脉搏信息，通过分析人手位姿信息识别用户的手势动作，通过分析手指弯曲信息获取用户手指动作信息，通过手势动作和手指动作信息实现人手与智能设备的交互；并通过分析脉搏信息判断用户的身体状态，对于过度使用或身体兴奋度过高的情况激发警报。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明实施例的智能交互手套及交互方法通过在手套主体内设置动作传感器实时获取人手位姿信息，在手指套内设置弯曲传感器实时感应手指弯曲动作，智能设备通过分析人手位姿信息手指弯曲动作识别用户手势动作及手指动作，从而实现人手与智能设备的交互；本发明系统结构简单，易于实现且成本较低，便于穿戴且不会对其他工作造成影响；传感器数据可直接使用而无需复杂化处理，实现方式更为简单；另外，本发明设有脉搏传感器，根据脉搏信息对用户适时发出过度使用警告，使用更加人性化；同时，本发明系统稳定性强，并可自定义交互功能，有利于提升用户体验。

附图说明

附图1是本发明实施例的智能交互手套的结构示意图；

附图2是本发明实施例的智能交互方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，为本发明实施例的智能交互手套的结构示意图。本发明实施例的智能交互手套包括手套主体、腕带和指套组，其中，手套主体为设于手背上方的壳体，指套组设于壳体的一端，腕带设于壳体的另一端且可自由拆卸；腕带包括紧固带和脉搏传感器，脉搏传感器设于紧固带内，在使用智能交互手套时，将紧固带穿戴在手腕上，通过紧固带内的脉搏传感器实时监测用户的脉搏信息；其中，腕带可独立穿戴，并可根据用户的腕部大小调节腕带的长度；指套组包括至少一个或以上的手指套和弯曲传感器，弯曲传感器分别设于每一个手指套内，在使用智能交互手套时，将手指套佩戴在手指指根处，通过手指套内的弯曲传感器实时感应对应手指的弯曲动作；手指套的数量可根据实际需求进行设置，在本发明实施例中，手指套的数量为4个，可以理解，手指套的数量也可以为一个或多个，弯曲传感器为电容式弯曲传感器或力学弯曲传感器。

壳体还包括输入模块、供电模块、无线模块和动作传感器，输入模块设于壳体的外侧，用于控制智能交互手套的开关，并设定或输入交互信息；其中，输入模块为硬质输入盘，其可以是按键组合式的输入盘或触屏式的输入界面，用户可通过输入模块自定义各个手指或手势对应的交互功能，交互更为灵活；供电模块、无线模块和动作传感器分别设于壳体内，供电模块分别与指套组、腕带、输入模块、无线模块和动作传感器电连接，用于向智能交互手套供电，其供电方式包括独立电源供电或使用外接电源供电；弯曲传感器、脉搏传感器、输入模块及动作传感器分别与无线模块信号连接，无线模块与智能设备无线连接，用于传输交互信号，其连接方式包括WIFI或蓝牙等；动作传感器用于获取人手位姿信息，并实时追踪人手动作；其中，动作传感器为陀螺仪或方向传感器和加速度传感器的组合；壳体的内侧为软衬设计，用户在穿戴时更加舒适。

本发明实施例的智能交互手套的工作方式为：开始使用前，先将腕带戴在手腕上，根据手腕大小调节腕带的长度，便于脉搏传感器能够准确获取用户的脉搏信息；将指套组佩戴在手指指根处，并将手套主体的另一端与腕带进行连接，通过腕带对手套主体进行固定；通过输入模块上的开关按键开启交互功能，并通过无线模块与智能设备建立无线连接；其中，智能设备包括个人计算机、平板电脑、智能眼镜、智能手机、智能头盔或智能手表等；开始使用时，通过动作传感器获取人手位姿信息，实时追踪人手动作，并将人手位姿信息传输至无线模块；通过弯曲传感器实时感应手指弯曲动作，并将手指弯曲信息传输至无线模块；通过脉搏传感器实时监测用户的脉搏信息，并将脉搏信息数据传输至无线模块；通过无线模块实时接收动作传感器、弯曲传感器及脉搏传感器传输的数据，并将人手位姿信息、手指弯曲信息及脉搏信息实时传输至智能设备，智能设备通过分析人手位姿信息的变化可以感知人手的实时动作，从而识别用户的手势动作，通过分析手指弯曲信息可以获知用户手指动作信息，通过手势动作和手指动作信息实现人手与智能设备的交互；由于用户在交互操作过程中通常会有大量或较为剧烈的交互动作，可能会导致用户的兴奋度逐渐增加，通过脉搏传感器感应到的脉搏信息判断用户的身体状态，对于过度使用或身体兴奋度过高的情况激发警报，在本发明另一实施例中，还可通过输入模块对操作时间进行定时，如果超过该定时时间则激发警报对用户进行提醒，从而提醒用户合理使用交互设备。

本发明实施例的智能交互手套还可用于智能设备的鼠标类的交互工具，通过输入模块将智能设备上的鼠标光标与人手位姿信息以及手指弯曲信息进行关联，通过手的位姿移动对应智能设备上光标的移动，而手指的弯曲则对应于鼠标的点击操作，还可通过输入模块对不同的手指弯曲动作对应的交互功能进行自定义设置，以实现更为复杂的鼠标操作；同时，还可以通过两只智能交互手套的配合使用达到更为高级的交互方式，例如，可通过手部动作对应智能设备模拟键盘上的虚拟手操作，通过手部的移动对应虚拟手的移动，通过手指弯曲对应相应虚拟手指的敲击等，进行基本的键盘式输入，在游戏过程中，还可通过自定义手势实现各种复杂的游戏操作，有利于提升用户交互体验。

请参阅图2，是本发明实施例的智能交互方法的流程图。本发明实施例的智能交互方法包括以下步骤：

步骤100：将腕带戴在手腕上，根据手腕大小调节腕带的长度；

步骤200：将手套主体一端的指套组佩戴在手指指根处，并将手套主体的另一端与腕带进行连接，通过腕带对智能交互手套进行固定；

步骤300：通过输入模块设定交互信息、开启交互功能，并通过无线模块与智能设备建立无线连接；

在步骤300中，无线连接包括WIFI或蓝牙等，智能设备包括个人计算机、平板电脑、智能眼镜、智能手机、智能头盔或智能手表等。

步骤400：通过动作传感器获取人手位姿信息，实时追踪人手动作，通过弯曲传感器实时感应手指弯曲动作，通过脉搏传感器实时监测用户的脉搏信息，并通过无线模块将人手位姿信息、手指弯曲动作及脉搏信息传输至智能设备；

步骤500：通过智能设备接收人手位姿信息、手指弯曲动作及脉搏信息，通过分析人手位姿信息识别用户的手势动作，通过分析手指弯曲信息获取用户手指动作信息，通过手势动作和手指动作信息实现人手与智能设备的交互；

在步骤500中，智能交互手套还可用于智能设备的鼠标类的交互工具，通过输入模块将智能设备上的鼠标光标与人手位姿信息以及手指弯曲信息进行关联，通过手的位姿移动对应智能设备上光标的移动，而手指的弯曲则对应于鼠标的点击操作，还可通过输入模块对不同的手指弯曲动作进行自定义，以实现更为复杂的鼠标操作；同时，还可以通过两只智能交互手套的配合使用达到更为高级的交互方式，例如，可通过手部动作对应智能设备模拟键盘上的虚拟手操作，通过手部的移动对应虚拟手的移动，通过手指弯曲对应相应虚拟手指的敲击等，进行基本的键盘式输入，在游戏过程中，还可通过自定义手势实现各种复杂的游戏操作，有利于提升用户交互体验。

步骤600：通过分析脉搏传感器感应到的脉搏信息判断用户的身体状态，对于过度使用或身体兴奋度过高的情况激发警报。

在步骤600中，还可通过输入模块对操作时间进行定时，如果超过该定时时间则激发警报对用户进行提醒，从而提醒用户合理使用交互设备。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：本发明实施例的智能交互手套及交互方法通过在手套主体内设置动作传感器实时获取人手位姿信息，在手指套内设置弯曲传感器实时感应手指弯曲动作，智能设备通过分析人手位姿信息手指弯曲动作识别用户手势动作及手指动作，从而实现人手与智能设备的交互；本发明系统结构简单，易于实现且成本较低，便于穿戴且不会对其他工作造成影响；传感器数据可直接使用而无需复杂化处理，实现方式更为简单；另外，本发明设有脉搏传感器，根据脉搏信息对用户适时发出过度使用警告，使用更加人性化；同时，本发明系统稳定性强，并可自定义交互功能，有利于提升用户体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能交互手套，其特征在于，包括手套主体和指套组，所述指套组设于所述手套主体的一端，所述手套主体包括动作传感器和无线模块，所述指套组包括弯曲传感器，所述动作传感器与弯曲传感器分别与所述无线模块信号连接，所述动作传感器用于获取人手位姿信息，所述弯曲传感器用于实时感应手指弯曲动作信息，所述无线模块用于与智能设备建立无线连接，并将人手位姿信息及手指弯曲动作信息传送至智能设备，实现人手与智能设备的交互。

2.根据权利要求1所述的智能交互手套，其特征在于，所述手套主体为设于手背上方的壳体，所述动作传感器和无线模块设于壳体内，所述指套组设于壳体的一端，所述指套组还包括至少一个或以上的手指套，所述弯曲传感器分别设于每一个手指套内。

3.根据权利要求2所述的智能交互手套，其特征在于，还包括腕带，所述腕带设于所述壳体的另一端且可自由拆卸，所述腕带包括紧固带和脉搏传感器，脉搏传感器设于所述紧固带内并与无线模块信号连接，用于实时监测用户的脉搏信息。

4.根据权利要求3所述的智能交互手套，其特征在于，所述壳体还包括输入模块，所述输入模块设于壳体的外侧，用于控制智能交互手套的开关，并设定交互信息，所述输入模块为按键组合式的输入盘或触屏式的输入界面。

5.根据权利要求2至4任一项所述的智能交互手套，其特征在于，所述壳体还包括供电模块，所述供电模块设于壳体内，并分别与所述指套组、腕带、输入模块、无线模块和动作传感器电连接，用于向智能交互手套供电，所述供电方式包括独立电源供电或使用外接电源供电。

6.根据权利要求1所述的智能交互手套，其特征在于，所述动作传感器为陀螺仪或方向传感器和加速度传感器的组合，所述弯曲传感器为电容式弯曲传感器或力学弯曲传感器，所述无线模块的连接方式包括WIFI或蓝牙。

7.一种智能交互方法，包括：

步骤a：佩戴智能交互手套，并通过无线模块与智能设备建立无线连接；

步骤b：通过智能交互手套内的动作传感器获取人手位姿信息，并通过弯曲传感器实时感应手指弯曲动作信息；

步骤c：通过无线模块将人手位姿信息及手指弯曲动作信息传送至智能设备，实现人手与智能设备的交互。

8.根据权利要求7所述的智能交互方法，其特征在于，在所述步骤a中，所述佩戴智能交互手套的佩戴方式为：将腕带戴在手腕上，将手套主体一端的指套组佩戴在手指指根处，并将手套主体的另一端与腕带进行连接，通过腕带对智能交互手套进行固定。

9.根据权利要求8所述的智能交互方法，其特征在于，所述步骤b还包括：通过腕带内的脉搏传感器实时监测用户的脉搏信息；所述步骤c还包括：通过无线模块将脉搏信息传输至智能设备。

10.根据权利要求7或9所述的智能交互方法，其特征在于，所述步骤c后还包括：通过智能设备接收人手位姿信息、手指弯曲动作及脉搏信息，通过分析人手位姿信息识别用户的手势动作，通过分析手指弯曲信息获取用户手指动作信息，通过手势动作和手指动作信息实现人手与智能设备的交互；并通过分析脉搏信息判断用户的身体状态，对于过度使用或身体兴奋度过高的情况激发警报。

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