CN105868738B - 一种智能手环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能手环，包括手环本体、附属套件以及腕带；所述手环本体表面设置有LED显示屏，在手环本体的靠近手指的一侧面设置了两个间隔一定距离的CMOS传感器，手环本体内部有集成有微处理器、存储器、图形处理器、陀螺仪传感单元以及无线通信单元的PCB板；所述腕带上设置有用于安装附属套件的安装槽，腕带具有一定的刚性且腕带大小可调节以适应不同人的手腕。

Description

一种智能手环

技术领域

本发明涉及一种智能手环，属于智能穿戴产品领域，具体涉及一种手部动作识别手环及其附属套件。使用范围可以是虚拟现实、增强现实、混合现实、影像现实等场合。

背景技术

随着虚拟现实技术的发展，以虚拟现实头盔为载体的虚拟现实游戏与应用层出不穷，虚拟现实头盔的使用者对虚拟现实场景内视角的变化与切换往往是通过集成在头盔内部的传感器或通过手柄的方式来实现的，而集成这些传感器和模块的结果是加重头盔的重量以及增加佩戴虚拟现实头盔使用者的摇头次数，这些会给使用者带来各种不适，增加眩晕感。

虽然目前国外已经有像leap motion等公司制作出手部动作识别装置，产品形态往往都是固定不动或者以手套等方式呈现；动作识别装置不能根据手部移动而移动，必须将手放置在固定装置的识别空间中，且该空间的边界使用者无法感知，这样极大降低了使用者参与虚拟现实场景的沉浸感，不断地调节手部位置以适应装置的感知边界也会增加使用者在操控时的疲劳；而以弯曲变形或是压力传感等手套类型的手部动作捕捉设备，则因为使用者在使用过程中必须将手部放置在密闭空间内，散热及外形不美观一直都难以被消费者接受。

在虚拟场景中展示物体时，为了追求逼真感，往往需要对现实物体进行三维建模再将其在虚拟空间中进行展示。在照相机时代获取的是单镜头的二维图像，进入虚拟现实以后，视觉信息的交互将向三维过渡。

在虚拟场景中进行游戏娱乐时，单纯依赖手势进行人物控制、物品抓取、武器使用等动作，很难让游戏玩家得到真实的沉浸感，进行虚拟场景中的游戏动作需要一套设备对其进行反馈，让玩家在真实世界能感受到抓取，射击等操作。

因此，有必要设计一种虚拟现实设备的操控智能手环：通过将传感和控制集中在智能手环上，减轻虚拟现实头盔的重量以及减少使用者在使用过程中摇摆头的次数；通过将装置固定在手腕，随手部一起运动，使用者可以实现无感应边界的手部操控；通过三维成像原理和图像识别算法，完美捕捉到手部动作。同时，设备还将三维物体扫描建模作为附属功能，方便对现实世界物体三维数据的提取。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种智能手环。

本发明采用的技术方案是：

一种智能手环，包括手部动作识别手环及附属套件。

所述手部动作识别手环包括手环本体以及腕带，所述手环本体表面设置有LED显示屏，在手环本体的一侧面设置了两个间隔一定距离的CMOS传感器，所述两个CMOS传感器中间或附近安装有一颗或多颗LED补光灯，所述LED补光灯可以为白LED补光灯或者红外LED补光灯。

所述手环本体内部还集成设置有微处理器、存储器、图形处理器、陀螺仪传感单元以及无线通信单元的PCB板，手环本体的另一侧面设置有DC-5V充电接口和USB-TypeC接口，所述充电接口既可以为手环内部充电池充电，也可以通过USB转接头连接在其他带有USB端口的设备上持续给手环供电，手环通过USB-TypeC接口与外界进行数据通信。所述腕带上设置有用于安装附属套件的安装槽，腕带具有一定的刚性且腕带大小可调节以适应不同人的手腕；所述手环本体与所述腕带内部连通，手环本体和腕带的内部有走线设计；所述腕带的安装槽上设置有连接到手环本体的电源接口和数据接口，手环本体通过安装槽上的电源接口和数据接口为安装在腕带上的附属套件供电和数据通信。

手环本体与外界进行的通信接口并不局限于USB-TypeC标准，还可设置成其他的标准接口；由于USB-TypeC标准也兼具充电功能，手环本体还可以不包含DC-5V充电接口而直接采用USB-TypeC接口同时进行充电和数据传输。

手环本体与其他外围设备通信时采用无线通信或有线通信。

在不接通其他任何附属套件的情况下，手部动作识别手环能够单独对操作者简单的手指动作进行识别，通过对简单的手指动作识别，手部动作识别手环可以作为空中鼠标使用。在不接通其他任何附属套件的情况下，通过手部动作识别手环的手环本体上的CMOS传感器对物体拍照能得到物体的三维数据，照片经过手环本体内部的微处理器、存储器、图形处理器的处理能够将三维数据直接显示在手环本体的LED显示屏上或发送给其他外围设备。

所述附属套件还包括手指动作识别套件和游戏套件。

手指动作识别套件安装到腕带上后，将操作者的手掌处于CMOS传感器感应范围内，智能手环通过CMOS传感器采集手指的数据，通过手环本体1内的微处理器对采集到的数据进行整理和分析，配合相应的算法对手指进行三维建模而具有精确的手指识别功能，能够为与智能手环连接的虚拟现实、增强现实、混合现实、影像现实等设备提供手部追踪与控制功能。

将游戏套件安装在腕带上后，智能手环能够为三种以上的游戏场景提供游戏内角色控制功能，增加游戏玩家的临场感。

所述安装槽为开口小、底面大的梯形结构凹槽。

本发明的有益效果是：通过手环实现空间鼠标功能，通过在手环上接驳手指动作识别套件来实现精确的手指识别功能，通过在手环上接驳游戏套件对游戏内的任务或是剧情发展进行控制。

附图说明

图1为本发明智能手环的结构示意图；

图2为本发明智能手环安装手指动作识别套件的结构示意图；

图3为本发明智能手环安装游戏操作套件的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，智能手环包括手部动作识别手环及附属套件，所述手部动作识别手环包括手环本体1以及腕带2；所述手环本体1表面设置有LED显示屏17，手环本体1通过充电口11给手环本体1内部充电电路进行供电，USB-TypeC接口13不接内部充电电路，设计在充电期间不影响手环本体1的正常使用功能，因此，在电量消耗大的使用场合，可以利用外部设备的USB端口通过USB转接头对手环本体1及其它附属套件进行供电。腕带2上设置有用于安装附属套件的安装槽3，安装槽3上设置有电源接口和数据接口，所述附属套件固定在安装槽3上，其中，手环本体1与腕带2之间内部连通，其内部有充电线路和数据线路的走线设计，该充电线路和数据线路的一端连接到手环本体1内部，一端连接到安装槽3的充电接口和数据接口，当在安装槽3上安装附属套件后，手环本体1能够为附属套件进行供电和数据通信。腕带2采用具有一定刚性的材料制造，且腕带的大小可调节，以适应不同的操作者手腕大小，保证手环在手部的位置固定，此外，在手环与手部接触部位采用人体工程学设计，接触面设计有海绵或是泡沫等材料做成的缓冲区，提高使用者在佩戴时的舒适度。

在不连接任何其他附属套件的情况下，手部动作识别手环能够单独对操作者简单的手指动作进行识别，手环本体1通过无线或有线的方式连接附近智能设备，如手机、虚拟现实头盔，个人电脑等，通过对操作者简单的手指动作进行识别，手部动作识别手环可以作为空中鼠标使用，比如操作者的手指握拳时，手部动作识别手环识别其为“确定”，操作者的手指松开到一定程度时，手部动作识别手环识别其为“取消”，类似的还可以设定一些其他的程序实现其他的功能；在不连接任何其他附属套件时，手部动作识别手环还能实现采集三维数据，其具体实现过程是：适当向内弯曲手腕，将手环本体1侧面的CMOS传感器14、15对物体拍照能够得到物体的三维数据并通过LED显示屏17显示数据，CMOS传感器根据不同的需要搭配不同的镜头，不仅如此，手环本体1还可以实时发送数据给外部设备。

智能手环在配合虚拟现实头盔中使用时，通过CMOS传感器14、15可以使操作者在不移动头部的情况下发现手部所处的位置以及手部周围的空间影像，准确地在现实空间中找到物体，光线不足的情况下自动开启LED补光灯16。

如图2所示，将手指动作识别套件4安装到腕带2上，手环本体1通过电源开关12开启，通过CMOS传感器41、43对操作者的手指进行识别，在光线不足的情况下自动开启LED补光灯16补光；通过在LED显示屏17上操作或使用相应的手指动作来对手环本体1内部的电路功能进行设置，并在LED显示屏17上显示操作信息，与操作者进行交互。将手部动作识别附属套件4固定连接到智能手环腕带2上的安装槽3上后，智能手环采集到的手部动作数据相比单独使用手部动作识别手环采集的手部动作更加详细与精确。智能手环通过CMOS传感器采集手部动作的数据后，通过手环本体1内的微处理器对采集到的数据进行整理和分析，配合相应的算法，比如使用双目立体视觉匹配算法，可以得到最接近真实的手部特别是手指的三维影像，而使智能手环具有精确的手指动作识别功能，能够为与智能手环连接的虚拟现实、增强现实、混合现实、影像现实等设备提供手部追踪与控制功能，该功能用途不局限于虚拟现实领域，在增强现实，工业设计，高危作业等领域也有相当大的使用空间。

如图3所示，将游戏套件5连接到手部动作识别手环腕带2上的固定槽3上后，智能手环配合游戏套件5为三种以上的游戏场景提供游戏内角色控制功能，增加游戏玩家的临场感；游戏套件5内部还设置有充电模块，可通过充电口57进行充电，以满足长时间的游戏用电需求；功能按键设置有发射按钮51，扳机键52，以及分别用中指、无名指、小指操控的其他3个自定义功能键，为了防止勿触，上述3个自定义功能键采用靠近手柄与中指、无名指、小指对应的流线型凹槽内部，需要伸长对应的手指到一定程度才能摁压到相应按键，手握部分整体采用人体工程学的流线型设计，减轻操作时的不适与局部肌肉疲惫。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

Claims (3)

1.一种智能手环，包括手部动作识别手环及附属套件，所述手部动作识别手环包括手环本体(1)以及腕带(2)，所述附属套件包括手指动作识别套件(4)和游戏套件(5)；所述手环本体(1)表面设置有LED显示屏(17)，在所述手环本体(1)的一侧面设置了两个间隔一定距离的CMOS传感器(14、15)，所述CMOS传感器(14、15)中间或附近安装有一颗或多颗LED补光灯(16)；所述手环本体(1)内部集成设置有微处理器、存储器、图形处理器、陀螺仪传感单元以及无线通信单元的PCB板；所述手环本体的另一侧面设置有DC-5V充电接口(11)、电源开关(12)和USB-TypeC接口(13)，所述充电接口(11)为手环本体内部充电池充电，或者通过USB转接头连接在其他带有USB端口的设备上持续给手环本体(1)供电，所述手环本体(1)通过USB-TypeC接口(13)与外界进行数据通信；其特征在于：

所述腕带(2)上设置有用于安装附属套件的安装槽(3)，腕带大小可调节；所述手环本体(1)与所述腕带(2)内部连通，手环本体(1)和腕带(2)的内部有走线设计；所述腕带(2)的安装槽(3)上设置有连接到手环本体(1)的电源接口和数据接口，手环本体(1)通过安装槽(3)上的电源接口和数据接口为安装在腕带上的附属套件供电和数据通信；

在不连接其他任何附属套件的情况下，所述手部动作识别手环能够单独对操作者手指动作进行识别，当操作者的手指握拳时，所述手部动作识别手环识别该动作为“确定”，当操作者手指松开到一定程度时，手部动作识别手环识别该动作为“取消”；

在不连接其他任何附属套件时，手部动作识别手环通过CMOS传感器(14，15)拍照采集物体的三维数据并通过LED显示屏(17)显示数据；

当将手指动作识别套件(4)固定连接到安装槽(3)上后，通过所述手指动作识别套件(4)上的CMOS传感器(41、43)对手指进行识别，在光线不足时自动开启所述手指动作识别套件(4)上的LED补光灯(42)补光，所述手指动作识别套件(4)上的所述CMOS传感器(41、43)采集手部动作后，通过手环本体(1)内的微处理器对采集到的数据进行整理和分析，使用双目立体视觉匹配算法得到手指的三维影像；

当将游戏套件(5)连接到安装槽(3)上后，所述智能手环配合游戏套件(5)为游戏场景提供游戏内角色控制功能，增加游戏玩家的临场感，所述游戏套件(5)内设置有充电模块，通过充电口(57)进行充电，满足长时间的游戏用电需求，所述游戏套件(5)设置有发射按钮(51)和扳机键(52)以及三个自定义功能键(53、54、55)，所述三个自定义功能键采用靠近手柄与中指、无名指、小指对应的流线型凹槽内部。

2.根据权利要求1所述的智能手环，其特征在于：所述LED补光灯(16、42)为白LED补光灯或者红外LED补光灯。

3.根据权利要求1或2所述的智能手环，其特征在于：所述手环本体与其他外围设备通信时采用无线通信或有线通信。

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