CN106445168A - 一种智能手套及其使用方法 - Google Patents

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魏秋平
杜亚军
郭宗昌
周科朝
马莉
余志明
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Abstract

本发明公开了一种智能手套及其使用方法，该智能手套包括手套基体以及设置在手套基体上的传感器组件、通信模块、处理模块以及供电模块；所述传感器组件、通信模块以及供电模块均与处理模块相连；所述通信模块与云端服务器通信相连；通过集成多种传感器芯片，可以对指纹进行识别，对手指及手掌运动轨迹进行精确测算，对指尖及手掌触碰物体时的压力参数进行收集处理、对手部肌肉的运动等进行监测，再通过中央数据处理芯片将传感器收集到的数据进行预处理并传送给云端服务器，以手机或其他智能设备为终端实现指令的实现；极大地实现输入操作方式的改进。

Description

一种智能手套及其使用方法
技术领域
本发明涉及智能穿戴设备领域，尤其是一种智能手套及其使用方法。
背景技术
近年来，科技的迅猛发展给人类生活带来巨大的便利，也促使人们对生活品质的追求日益提高。电子信息技术的快速发展促使智能设备大量涌现，智能手机、智能手表(环)等智能设备的出现正在慢慢改变人们的生活学习方式，但继智能手机和智能手表(环)之后仍未出现一款从工作、学习、娱乐上彻底改变人们生活方式的产品，更多的只是模仿和改进，没有颠覆性理念的设计，无法带给人们的极具魅力操作体验，而且目前市场上的智能穿戴设备样式单一、设计雷同，难以引领时代潮流，带给人们良好的审美体验。
智能穿戴是计算机发展史上的一次变革，将传统基于前端硬件的运算与储存转向了后端，是移动互联网、云计算、大数据三者融合下所产生的新的科技理念。智能穿戴设备在目前尚不能完全替代PC、平板电脑、智能手机等智能终端设备，所以智能穿戴设备就更应基于智能终端对智能手机、的概念进行广泛的拓展，在智能穿戴设备和智能终端设备的协同中来提供更好的设备操作体验，满足人们对高品质的生活的追求。在科技的快速发展下，VR眼镜、全息投影、智能服饰等也在快速发展，基于万物互联的思想，智能穿戴也应该和这些新兴的科技产品进行结合。另一方面智能穿戴设备应该拥有非常好的的审美效果，能引领潮流时尚。
现有技术中也有对于智能手套的研究，中国专利“CN105575219A—智能手套”和“CN105653038A—一种智能手套”都是针对用户手势进行识别，但是手势识别非常复杂，由于生活习惯个体差异较大，故识别准确度不高。另一方面，上述两种手套仅仅局限于手套本身，可以实现的功能非常单一，难以满足用户的多种品质需求。
发明内容
本发明提供了一种智能手套及其使用方法，利用传感器组件采集的数据传输至云端服务器处理后，实现与其他智能设备的协同，改变传统操作方式，提高办公行政效率。
一种智能手套，包括手套基体以及设置在手套基体上的传感器组件、通信模块、处理模块以及供电模块；
所述传器组件、通信模块以及供电模块均与处理模块相连；
所述通信模块与云端服务器通信相连，利用云端服务器对信号进行分析处理，并将处理后的信号通过通信模块回传至处理模块；
所述传感器组件至少包括指尖压力传感器、手指弯曲度传感器、空间距离传感器、指尖轨迹追踪传感器、掌心轨迹追踪传感器、肌肉运动传感器以及指纹识别传感器；
所述指尖轨迹追踪传感器和掌心轨迹追踪传感器至少包括陀螺仪、压阻式加速度传感器、方向感应器以及变磁阻式传感器。
优选地，还包括设置在手套基体上的NFC芯片。
优选地，还包括设置在手套基体上的反馈部件，所述反馈部件包括设置在手套基体的手指指肚上的马达振子芯片和/或设置在手套基体腕部的发光模块；
所述马达振子芯片和发光模块均与所述处理模块相连。
优选地，所述指尖轨迹追踪传感器和掌心轨迹追踪传感器分别设置在手套基体指尖和掌心处。
优选地，所述指尖压力传感器设置在手套基体上对应的手指指肚和手掌肌肉位置。
优选地，所述手指弯曲度传感器设置在手套基体对应各关节的手指指背位置
在食指、中指、无名指、小指处覆盖远节指骨、中节指骨、近节指骨与掌骨之间的三个关节上方，在大拇指处覆盖远节指骨、近节指骨与掌骨之间的两处关节，以实时检测出手指弯曲的程度。
优选地，所述肌肉运动传感器安装在手套基体对应的手掌拇短展肌和掌短肌位置。
用以精确感知手部姿态，提高对手势识别的精确度。
优选地，所述空间距离传感器安装在手套基体对应的手掌掌心和手掌靠近小拇指的边缘位置或需要进行坐标定位和距离测算的部位。
用以实现手部定位和与智能设备的距离测算。
优选地，所述供电模块为可弯曲的柔性电池。
优选地，所述手套基体的本体和腕部之间为可拆卸设置，两者通过端口连接，且所述处理模块设置在腕部。
一种智能手套的使用方法，所述方法通过利用上述智能手套中的通信模块与终端和云端服务器相连，再通过通信模块将智能手套生成手掌运动识别指令传输至云端服务器，云端服务器对手掌运动识别指令进行分析处理后，将处理结果发送至于智能手套匹配的终端，触发终端响应；
利用肌肉传感器监测肌肉运动时神经微电流来感知肌肉运动情况，协同轨迹追踪传感器感知手部运动。
优选地，所述手掌运动识别指令包括：
1)由指尖轨迹追踪传感器、掌心轨迹追踪传感器、空间距离传感器以及加速度传感器采集的数据，经处理模块生成的手指和手掌实时运动过程中的位置识别指令；
2)由指尖轨迹追踪传感器，掌心轨迹追踪传感器，肌肉运动传感器，手指弯曲度传感器采集的数据，经处理模块生成的手指和手掌实时运动过程中的手势识别指令。
优选地，所述手掌运动识别指令还包括由指尖压力传感器采集的数据，经处理模块生成触感识别指令，触感识别指令传输到云端服务器，进行分析运算后再将信号输出至马达振子芯片，产生不同强度的震动触感反馈。
优选地，所述手掌运动识别指令还包括由指纹识别传感器进行指纹识别后生成身份识别指令，利用身份识别指令激发NFC芯片。
手套基体由皮革，合成纤维，棉布，丝绸等缝制而成，可以为用户提供舒适的佩戴感和高端的审美体验。
安装于手套上的通信模块包括蓝牙通信模块、wifi通信模块和2G/3G/4G/5G通信模块等，实现智能手套与网络数据(大数据)的交互。
通过安装在手腕部位的多个微型发光器件的不同发光模式(如闪烁和常量等)及发光颜色，对手套工作模式状态进行标记。以便使用者对手套所处状态进行识别，防止指令混乱。
所述工作模式状态是指智能手套用于某种具体模式，例如，用于虚拟键盘输入模式，用于三维创建模式或者手语模式等。
手套基体和手腕部位的数据处理器可以作为两个部分，手套拿下以后带有处理模块的手腕部可以作为智能手环使用，用以实现手套的简化。
利用处理模块控制对各传感器采集的数据的响应状态，通过对在不同的软件应用(界面)下只特定识别并处理部分传感器的数据，以免产生数据混乱。例如在画笔模式下只对手指指尖的轨迹传感器数据进行处理，而对掌心轨迹传感器等传感器数据不响应。
利用云端服务器上设置的错误指令识别修正系统，对用户手势指令进行揣测，校正用户手势的微小错误，(如使用画板工具只需要在空中粗略画一个圈就可以实现标准圆指令的输出)使手套使用者不必准确进行手势展现，实现快捷方便的手势输入操控。
有益效果
本发明提供了一种智能手套及其使用方法，该智能手套包括手套基体以及设置在手套基体上的传感器组件、通信模块、处理模块以及供电模块；所述传感器组件、通信模块以及供电模块均与处理模块相连；所述通信模块与云端服务器通信相连；通过集成多种传感器芯片，可以对指纹进行识别，对手指及手掌运动轨迹进行精确测算，对指尖及手掌触碰物体时的压力参数进行收集处理、对手部肌肉的运动等进行监测，再通过中央数据处理芯片将传感器收集到的数据进行预处理并传送给云端服务器，以手机或其他智能设备为终端实现指令的实现；极大地实现输入操作方式的改进。
本发明集成传感器组件、通信模块、处理模块、供电模块，处理模块分析处理传感器组件、通信模块、供电模块的信息并集成，由通信模块上传至服务端依据不同的需求进行最终信息处理，巧妙的借鉴了云计算的思想，将智能手套赋予其不同的功能。
附图说明
图1为本发明所述智能手套的结构示意图；
图2为应用本发明进行轨迹跟踪示意图；
图3为应用本发明使用虚拟键盘输入示意图；
图4为应用本发明进行手语识别示意图；
图5为应用本发明生成三维模型示意图；
标号说明：1-手套基体；2-指尖轨迹追踪传感器；3-肌肉运动传感器；4-手指弯曲度传感器；5-掌心轨迹追踪传感器，6-空间距离传感器；7-处理模块。
具体实施方式
下面就手部轨迹追踪，虚拟键盘创建，手语识别翻译，高级模型生成的具体实现过程进行详细说明。
如图1所示，一种智能手套，包括手套基体以及设置在手套基体上的传感器组件、通信模块、处理模块以及供电模块；
所述传器组件、通信模块以及供电模块均与处理模块相连；
所述通信模块与云端服务器通信相连，利用云端服务器对信号进行分析处理，并将处理后的信号通过通信模块回传至处理模块；
所述传感器组件至少包括指尖压力传感器、手指弯曲度传感器、空间距离传感器、指尖轨迹追踪传感器、掌心轨迹追踪传感器、肌肉运动传感器以及指纹识别传感器；
所述指尖轨迹追踪传感器和掌心轨迹追踪传感器至少包括陀螺仪、压阻式加速度传感器、方向感应器以及变磁阻式传感器。
优选地，还包括设置在手套基体上的NFC芯片。
优选地，还包括设置在手套基体上的反馈部件，所述反馈部件包括设置在手套基体的手指指肚上的马达振子芯片和/或设置在手套基体腕部的发光模块；
所述马达振子芯片和发光模块均与所述处理模块相连。
优选地，所述指尖轨迹追踪传感器和掌心轨迹追踪传感器分别设置在手套基体指尖和掌心处。
优选地，所述指尖压力传感器设置在手套基体上对应的手指指肚和手掌肌肉位置。
优选地，所述手指弯曲度传感器设置在手套基体对应各关节的手指指背位置
在食指、中指、无名指、小指处覆盖远节指骨、中节指骨、近节指骨与掌骨之间的三个关节上方，在大拇指处覆盖远节指骨、近节指骨与掌骨之间的两处关节，以实时检测出手指弯曲的程度。
优选地，所述肌肉运动传感器安装在手套基体对应的手掌拇短展肌和掌短肌位置。
用以精确感知手部姿态，提高对手势识别的精确度。
优选地，所述空间距离传感器安装在手套基体对应的手掌掌心和手掌靠近小拇指的边缘位置或需要进行坐标定位和距离测算的部位。
用以实现手部定位和与智能设备的距离测算。
优选地，所述供电模块为可弯曲的柔性电池。
优选地，所述手套基体的本体和腕部之间为可拆卸设置，两者通过端口连接，且所述处理模块设置在腕部。
一种智能手套的使用方法，所述方法通过利用上述智能手套中的通信模块与终端和云端服务器相连，再通过通信模块将智能手套生成手掌运动识别指令传输至云端服务器，云端服务器对手掌运动识别指令进行分析处理后，将处理结果发送至于智能手套匹配的终端，触发终端响应；
利用肌肉传感器监测肌肉运动时神经微电流来感知肌肉运动情况，协同轨迹追踪传感器感知手部运动。
优选地，所述手掌运动识别指令包括：
1)由指尖轨迹追踪传感器、掌心轨迹追踪传感器、空间距离传感器以及加速度传感器采集的数据，经处理模块生成的手指和手掌实时运动过程中的位置识别指令；
2)由指尖轨迹追踪传感器，掌心轨迹追踪传感器，肌肉运动传感器，手指弯曲度传感器采集的数据，经处理模块生成的手指和手掌实时运动过程中的手势识别指令。
优选地，所述手掌运动识别指令还包括由指尖压力传感器采集的数据，经处理模块生成触感识别指令，触感识别指令传输到云端服务器，进行分析运算后再将信号输出至马达振子芯片，产生不同强度的震动触感反馈。
优选地，所述手掌运动识别指令还包括由指纹识别传感器进行指纹识别后生成身份识别指令，利用身份识别指令激发NFC芯片。
手套基体由皮革，合成纤维，棉布，丝绸等缝制而成，可以为用户提供舒适的佩戴感和高端的审美体验。
安装于手套上的通信模块包括蓝牙通信模块、wifi通信模块和2G/3G/4G/5G通信模块等，实现智能手套与网络数据(大数据)的交互。
通过安装在手腕部位的多个微型发光器件的不同发光模式(如闪烁和常量等)及发光颜色，对手套工作模式状态进行标记。以便使用者对手套所处状态进行识别，防止指令混乱。
所述工作模式状态是指智能手套用于某种具体模式，例如，用于虚拟键盘输入模式，用于三维创建模式或者手语模式等。
手套基体和手腕部位的数据处理器可以作为两个部分，手套拿下以后带有处理模块的手腕部可以作为智能手环使用，用以实现手套的简化。
利用处理模块控制对各传感器采集的数据的响应状态，通过对在不同的软件应用(界面)下只特定识别并处理部分传感器的数据，以免产生数据混乱。例如在画笔模式下只对手指指尖的轨迹传感器数据进行处理，而对掌心轨迹传感器等传感器数据不响应。
利用云端服务器上设置的错误指令识别修正系统，对用户手势指令进行揣测，校正用户手势的微小错误，(如使用画板工具只需要在空中粗略画一个圈就可以实现标准圆指令的输出)使手套使用者不必准确进行手势展现，实现快捷方便的手势输入操控。
下面以几种具体实例对智能手套的使用进行具体说明。
1手部轨迹追踪
图2中为手在空间画出3Dmax字样的示意图(3Dmax字样为不间断曲线)当手指呈图中姿态时，安装在手套上的手指弯曲度传感器和肌肉运动传感器可以识别出手指所处姿态，安装在指尖的轨迹追踪集成芯片能测算出手指运动的各个参数(陀螺仪传感器和加速度传传感器可以测出指尖运动三个方向的加速度，角加速度和角度，变磁阻式传感器可以测出指尖的位移数据)，然后通过中央数据处理器拟合出指尖运动的轨迹(和光电鼠标原理相同)，再将轨迹数据传送至手机(或云端服务器)，由相应的应用软件(手写识别软件)处理，然后生成对应的命令。如图2中所示的3Dmax字样，识别完成后就对应打开手机版的3Dmax软件。也可以利用自定义手势指令开启相应的软件，并不局限于这种复杂的手势轨迹。利用手指运动轨迹操控智能家居的过程与上述过程类似，只是通过云端服务器将相应的指令传达到对应的智能设备执行。
2虚拟键盘创建
图3为以手机为参考使用虚拟键盘的示意图，首先利用空间距离传感器可以在距手机一定距离(可根据个人习惯设定)生成虚拟键盘，虚拟键盘尺寸和普通键盘尺寸相当(也可根据个人习惯设定)。
虚拟键盘实现虚拟输入的具体过程如下：当手指按压平面时，压力传感器测算手指敲击桌面力度，振动器可以给予手指相应的触感反馈，加速度传感器，陀螺仪传感器，激光距离感应器(激光距离感应器精度可以达到1mm以内)等可以测出所按压位置到手机的距离，从而识别出所按压位置代表的字母，以此实现虚拟键盘输入。手套钢琴琴键创建与此实现过程类似，故不再赘述。
3手语识别翻译
图4为利用手势识别进行手语翻译为语音的示意图，利用轨迹追踪集成芯片能够拟合出手掌手指的运动轨迹，结合肌肉运动传感器芯片,加速度传感器，陀螺仪传感器等可以实现手势的准确识别。(肌肉运动传感器芯片可以在皮肤表面测量运动时肌肉和神经发出微电流的传感器，根据微电信号可以分析出肢体运动的状态)然后将手部运动数据传输至中央数据处理器进行预处理，再将信号传输到云端服务器进行分析处理，再传输至手机手语发音软件，然后拟合出相应的声音播放。结合手机的语言软件也可以将手语翻译成多种外语。
4三维模型和概念图的生成
图5为空间模具建立的示意图，利用肌肉运动传感器芯片可以感知手的姿态，方向感应器能够识别手掌水平，竖直或和水平面呈一定的角度(和手机重力感应类似)，如图中手掌水平四指展开拇指紧靠手掌，肌肉运动传感器芯片可以分析出手部姿态，方向感应器能够识别手在空间的方向，利用加速度传感器和陀螺仪传感器可以测出手部运动的参数，轨迹追踪集成芯片能够拟合出手掌手指的运动轨迹，结合变磁阻式传感器测量出的手部精确位移，将这些数据传输至中央数据处理器进行预处理，再将信号传输到云端服务器，运用服务器强大的处理系统可以对手的运动方式进行拟合，然后和手势数据库匹配，识别出手部所要建立的模型，再呈现在手机屏幕上进行修改或者后续处理。平面概念图的建立和手部轨迹追踪的实现方式类似，故不赘述。
本发明所提出的智能手套能够实现文字、示意图、结构图和立体模型等工作需求表达的简单创建；实现钢琴的便携，随时随地满足人的表演欲；变革操控方式，可以连接任何智能设备(比如VR眼镜和智能家居)，通过自定义的手势操作可以实现对智能设备的操控。
例如建筑师在突然有灵感的时候动动手就可以创建自己想要的建筑模型，企业高管在会议中可以利用手部运动直接生成模型图提高会议沟通效率等。这种操作方式的变革可以极大的提高工作效率，解放目前智能办公设备对人的束缚。
例如钢琴演奏家朗朗在任何地方任何时间演奏钢琴曲。作为一个钢琴爱好者，无论是休闲聚会，还是在工作之余放松娱乐，都可以不受钢琴体积重量的限制，追求对音乐的享受。作为另一个优点，本设计可以在不打扰他人的情况下弹奏钢琴，这是传统钢琴所不能实现的。
比如手指画一个GO，你的智能汽车就可以从车库开到别墅门口，挥一下手就可以实现“VR购物”中衣服颜色的更换。
以上3点是对本智能手套的实际应用的例示，不是对本手套的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以有多种形式的用途。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (14)

1.一种智能手套，其特征在于，包括手套基体以及设置在手套基体上的传感器组件、通信模块、处理模块以及供电模块；
所述传器组件、通信模块以及供电模块均与处理模块相连；
所述通信模块与云端服务器通信相连，利用云端服务器对信号进行分析处理，并将处理后的信号通过通信模块回传至处理模块；
所述传感器组件至少包括指尖压力传感器、手指弯曲度传感器、空间距离传感器、指尖轨迹追踪传感器、掌心轨迹追踪传感器、肌肉运动传感器以及指纹识别传感器；
所述指尖轨迹追踪传感器和掌心轨迹追踪传感器至少包括陀螺仪、压阻式加速度传感器、方向感应器以及变磁阻式传感器。
2.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，还包括设置在手套基体上的NFC芯片。
3.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，还包括设置在手套基体上的反馈部件，所述反馈部件包括设置在手套基体的手指指肚上的马达振子芯片和/或设置在手套基体腕部的发光模块；
所述马达振子芯片和发光模块均与所述处理模块相连。
4.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，所述指尖轨迹追踪传感器和掌心轨迹追踪传感器分别设置在手套基体指尖和掌心处。
5.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，所述指尖压力传感器设置在手套基体上对应的手指指肚和手掌肌肉位置。
6.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，所述手指弯曲度传感器设置在手套基体对应各关节的手指指背位置。
7.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，所述肌肉运动传感器安装在手套基体对应的手掌拇短展肌和掌短肌位置。
8.根据权利要求1所述的智能手套，其特征在于，所述空间距离传感器安装在手套基体对应的手掌掌心和手掌靠近小拇指的边缘位置或需要进行坐标定位和距离测算的部位。
9.根据权利要求1-8任一项所述的智能手套，其特征在于，所述供电模块为可弯曲的柔性电池。
10.根据权利要求9所述的智能手套，其特征在于，所述手套基体的本体和腕部之间为可拆卸设置，两者通过端口连接，且所述处理模块设置在腕部。
11.一种智能手套的使用方法，其特征在于，所述方法通过利用权利要求1-10任一项所述的智能手套通过通信模块与终端和云端服务器相连，通过通信模块将智能手套生成手掌运动识别指令传输至云端服务器，云端服务器对手掌运动识别指令进行分析处理后，将处理结果发送至于智能手套匹配的终端，触发终端响应；
利用肌肉传感器监测肌肉运动时神经微电流来感知肌肉运动情况，协同轨迹追踪传感器感知手部运动。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述手掌运动识别指令包括：
1)由指尖轨迹追踪传感器、掌心轨迹追踪传感器、空间距离传感器以及加速度传感器采集的数据，经处理模块生成的手指和手掌实时运动过程中的位置识别指令；
2)由指尖轨迹追踪传感器，掌心轨迹追踪传感器，肌肉运动传感器，手指弯曲度传感器采集的数据，经处理模块生成的手指和手掌实时运动过程中的手势识别指令。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述手掌运动识别指令还包括由指尖压力传感器采集的数据，经处理模块生成触感识别指令，触感识别指令传输到云端服务器，进行分析运算后再将信号输出至马达振子芯片，产生不同强度的震动触感反馈。
14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其特征在于，所述手掌运动识别指令还包括由指纹识别传感器进行指纹识别后生成身份识别指令，利用身份识别指令激发NFC芯片。
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