CN107943288B - 智能穿戴装置、智能穿戴设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能穿戴装置、智能穿戴设备和控制方法，该智能穿戴装置包括刚性本体、至少一个铰链机构、制动器和控制器；所述铰链机构设置于所述刚性本体，包括第一转动部、第二转动部以及二者之间的枢轴；利用所述铰链机构，所述刚性本体的连接所述铰链机构第一转动部和第二转动部的两部分能够沿着第一方向相对枢转；所述制动器连接所述铰链机构，所述制动器能够接收所述控制器的第一控制信号，制动所述铰链机构，使所述刚性本体的两部分停止相对枢转。本申请提出的智能穿戴装置、智能穿戴设备及控制方法，通过让使用者的手指关节不能继续握紧，从而产生抓握的感觉，让使用者能够更真实地感受到抓握虚拟场景中的物体的感觉。

Description

智能穿戴装置、智能穿戴设备及控制方法

技术领域

本申请涉及人机交互领域，特别是涉及一种智能穿戴装置、智能穿戴设备及控制方法。

背景技术

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术是现代仿真技术的重要发展方向，其产生和现实世界中相同的反馈信息，使人们得到与真实世界中同样的感受。随着显示技术、图形图像处理技术、多媒体技术、跟踪技术以及并行处理技术等方面的迅速发展，虚拟现实技术已逐渐广泛地应用于许多领域。

在虚拟现实、增强现实等人机交互技术领域中，如果虚拟场景中存在一个物体，例如水杯、花朵等，如何让使用者感受到在虚拟场景中“抓住”或“抓握”的感觉，是本领域从业者一直以来希望能够解决的问题。

作为一种现有的实现方式，相关从业者发明一种可以让手部感觉到虚拟现实中的物体的装置。该装置类似手套，其手掌的一面设置多个活动凹凸点，当模拟虚拟场景中的物体时，该装置可以根据游戏内容调整凹凸点，实时反映相对应的触觉。此外，经过调节之后凹凸点能够模拟出硬物以及柔软的触感，模拟现实世界中触碰物体的感觉。

作为另一种现有的实现方式，相关从业者发明一种可以握在手上的控制器，该控制器上有多个传感器，用来捕捉手部的相关动作。当使用者希望抓握虚拟场景中的物体，在现实场景中，该使用者可以通过手抓握该控制器。或者针对该控制器进行抓起、握住、放开等动作，这样在虚拟场景中，即可对虚拟对象执行抓起、握住、放开等动作。

但是，现有技术提出的方式或者只能体验触碰的感觉，或者需要抓握特定大小的控制器，设置较为僵化，无法模拟虚拟场景中抓握不同大小物体的感觉，使用感受不够真实。

发明内容

鉴于上述问题，本发明一实施例提出一种智能穿戴装置、智能穿戴设备及控制方法，以解决现有技术存在的问题。

为解决上述问题，本发明公开一种智能穿戴装置，包括：刚性本体、至少一个铰链机构、制动器和控制器；

所述铰链机构设置于所述刚性本体，包括第一转动部、第二转动部以及二者之间的枢轴；

利用所述铰链机构，所述刚性本体的连接所述铰链机构第一转动部和第二转动部的两部分能够沿着第一方向相对枢转；

所述制动器连接所述铰链机构，所述制动器能够接收所述控制器的第一控制信号，制动所述铰链机构，使所述刚性本体的两部分停止相对枢转。

在本发明智能穿戴装置的一实施例中，所述智能穿戴装置包括多个铰链机构和分别用于制动多个铰链机构的多个制动器，每一个铰链机构连接刚性本体的两部分。

在本发明智能穿戴装置的一实施例中，所述多个铰链机构和多个制动器的设置位置与手部的关节位置对应。

在本发明智能穿戴装置的一实施例中，所述制动器能够制动所述第一方向的枢转，并允许与第一方向相反的第二方向的枢转。

在本发明智能穿戴装置的一实施例中，所述智能穿戴装置还包括穿戴部分，所述穿戴部分包括对应于手部的手指和/或手掌的套体、环体或系带，所述穿戴部分与所述刚性本体固定连接。

在本发明智能穿戴装置的一实施例中，所述制动器为离合器，所述离合器包括离合器外圈、离合器内圈和阻塞件；所述离合器外圈和离合器内圈一者连接铰链机构的第一转动部，另一者连接所述铰链机构的第二转动部，所述阻塞件能够伸入所述所述离合器外圈和离合器内圈之间，以限制所述离合器外圈和所述离合器内圈的相对转动。

在本发明智能穿戴装置的一实施例中，所述离合器为超越离合器，所述超越离合器的内圈包括开槽和设置在所述开槽中的弹簧，所述阻塞件能够伸入所述开槽中，所述弹簧能够抵顶于所述阻塞件，以提供作用力限制所述离合器外圈和所述离合器内圈的相对转动；当所述离合器内圈和离合器外圈其中一者速度超过另一者时，所述超越离合器制动所述第一方向的枢转，并允许与第一方向相反的第二方向的枢转。

本发明还公开一种智能穿戴设备，包括如上述智能穿戴装置，还包括主机和位置传感器；

所述主机提供虚拟场景，所述位置传感器用于采集所述智能穿戴装置的至少一个现实位置，并计算出所述智能穿戴装置在虚拟场景中的至少一个对应的虚拟位置；

当所述智能穿戴装置在虚拟场景中的虚拟位置与物体的边界部分重合时，所述主机输出控制信号至所述智能穿戴装置的控制器，以通过制动器制动对应的铰链机构。

在本发明智能穿戴设备的一实施例中，所述位置传感器设置在所述智能穿戴装置上，或与所述智能穿戴装置分离设置。

本发明还公开一种智能穿戴设备的控制方法，包括：

获取目标控制对象的至少一个现实位置；

通过所述现实位置计算出所述目标控制对象在虚拟场景中的虚拟位置；

当判断出所述虚拟位置与虚拟物体的边界位置至少部分重合时，输出控制信号，制动所述目标控制对象的至少一个铰链机构沿第一方向的转动。

本申请实施例提出的智能穿戴装置、穿戴设备和控制方法，包括以下优点：

本申请提出的智能穿戴装置、智能穿戴设备及控制方法，通过让使用者的手指关节不能继续握紧，从而产生抓握的感觉，让使用者能够更真实地感受到抓握虚拟场景中的物体的感觉，解决了现有的VR装置的抓握真实感的问题。相比于现有技术，本发明并未继续从增加或改进传感器的角度改进智能穿戴装置，而是另辟蹊径地从使用者抓握的感觉入手，从根本上为该智能穿戴装置的使用者提供抓握物体的感觉。

附图说明

图1是本申请实施例的智能穿戴装置的主视图。

图2是本申请实施例的智能穿戴装置的侧视图。

图3是图1和图2所示的智能穿戴装置所使用的超越离合器的剖面示意图。

图4是智能穿戴设备的示意图。

图5是智能穿戴设备的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

第一实施例

本发明实施例提出了一种智能穿戴装置。如图1所示为智能穿戴装置100的主视图，图2为智能穿戴装置100沿着另一角度的侧视图。

如图1和图2所示，该智能穿戴装置100例如为一种与VR(virtual reality虚拟现实)或者AR(Augmented Reality，增强现实)装置配合的VR手套或AR手套，包括：刚性本体10、至少一个铰链机构20、制动器30和控制器40。

在一可选实施例中，智能穿戴装置100还可以包括穿戴部分(图未示)。例如为软性的手套、软性或刚性的套环、绑带等，用于与使用者的手掌固定连接。在一可选实施例中，智能穿戴装置还可以包括供电装置(图未示)，用于提供电力。

在本实施例中，刚性本体10的形状例如可以与使用者的手掌的形状对应，包括手指部分和手掌部分。刚性本体10上设置有铰链机构20。铰链机构20例如为多个，位置分别与使用者的手部的关节对应。如图1左上方的铰链机构20和刚性本体10的连接关系，可知刚性本体10在此处被铰链结构20分隔为第一部分11和第二部分12。

如图2所示，铰链机构20包括第一转动部21、第二转动部22以及二者之间的枢轴23。利用所述铰链机构20，所述刚性本体10的连接所述铰链机构20的第一转动部21的第一部分11和连接铰链机构20的第二转动部22能够沿着第一方向相对枢转。第一方向例如与使用者手部关节弯曲的方向相同。

所述制动器30连接所述铰链机构20，所述制动器30能够接收所述控制器发出的第一控制信号，制动所述铰链机构20，使所述刚性本体10的第一部分11和第二部分12停止相对枢转。

控制器40可以如图1所示设置在刚性本体10上，也可以设置在智能穿戴装置的其他位置。

在一可选实施例中，如图1所示，所述智能穿戴装置100包括多个铰链机构20和分别用于制动多个铰链机构20的多个制动器30，每一个铰链机构20都连接刚性本体10的两部分，使得这两部分能够以该铰链机构20枢转。

在一可选实施例中，所述多个铰链机构20和多个制动器30的设置位置与使用者的手部的关节位置对应，以便于该智能穿戴装置更贴合用户的手，使得感觉更加真实。

在一可选实施例中，所述刚性本体10的连接所述铰链机构20的第一部分11和第二部分12还能够沿着第二方向相对枢转，所述第二方向与所述第一方向相反。在一可选实施例中，所述制动器30能够制动所述第一方向的枢转，并允许与第一方向相反的第二方向的枢转。

在一可选实施例中，所述制动器30为离合器，如图3所示，所述离合器包括离合器外圈31、离合器内圈32和阻塞件33。

所述离合器外圈31和离合器内圈32一者连接铰链机构20的第一转动部21，另一者连接所述铰链机构20的第二转动部22，所述阻塞件33能够伸入所述所述离合器外圈31和离合器内圈32之间，以限制所述离合器外圈31和所述离合器内圈32的相对转动，从而限制刚性本体10的第一部分11和第二部分12的相对运动。

在一可选实施例中，所述离合器为超越离合器，所述超越离合器的内圈32包括沿着超越离合器的轴向方向的开槽32a和设置在所述开槽32a中的上述阻塞件33和弹簧34。从图3所示的截面方向看，开槽32a是一个一端截面较大而另一端截面较小的开槽，该开槽32a靠近弹簧34一端截面较大，而与其相对的一端截面较小。该开槽32a的截面形状可以是图示的扇形，或者三角形、锥形等其他形状，本发明并不限定。

所述阻塞件33可以为圆柱，其能够伸入所述开槽32a中，所述弹簧34能够抵顶于所述阻塞件33，以提供作用力限制所述离合器外圈31和所述离合器内圈32的相对转动。

在一般情况下，超越离合器的阻塞件33并未伸入开槽32a中，因此外圈31和内圈32互不干涉地运动；对应地，其所连接的铰链机构20的第一转动部21和第二转动部22，以及刚性本体10的第一部分11和第二部分12也相互无干涉地运动；但是需要制动时，供电装置可以提供电力，驱动阻塞件33伸入离合器内圈32的开槽32a中，并且由弹簧34抵住阻塞件33，使得离合器外圈31不能相对于离合器内圈32朝向第一方向M运动。对应地，铰链机构20的第一转动部21和第二转动部22，以及刚性本体10的第一部分11和第二部分12也无法朝向第一方向M运动。

举例来说，离合器内圈32连接铰链机构20的第一转动部21并间接连接刚性本体10的第一部分11，离合器外圈31连接铰链机构20的第二转动部22并间接连接刚性本体10的第二部分12。在正常工作时，使用者在虚拟情景之下想要握住物体时，刚性本体10的第二部分12不动，第一部分11朝向第二部分12枢转靠近；但是当虚拟场景之中物体的边界与使用者手部位置重合时，使用者不能再握持，所以此时控制器40发出指令，供电装置驱动阻塞件33插入离合器外圈31和离合器内圈32之间，使得离合器外圈不能再沿着第一转动方向M相对于离合器内圈32运动。使用者感受到不能继续握紧手，则认为自己握到了虚拟场景中的物体。

但是，当使用者希望松开握住的手时，由于开槽32a的一端的截面大于另一面，随着离合器外圈31朝向与第一方向M相反的第二方向运动，阻塞件33被推挤到了截面较大的一部分，因此这时利用该超越离合器，允许与第一方向相反的第二方向的枢转。

本领域技术人员可以明确的是，以上是利用超越离合器举例进行说明，但是本领域技术人员可以进行任何可实施的替换，例如将超越离合器替换成任何单向或者双向制动的普通离合器。当使用者需要握持虚拟场景中的物体时，在使用者的手的位置的边界与物体的边界至少部分重合后，控制器(例如智能穿戴装置的控制设备或者其他外接的控制设备)发出信号，控制离合器启动，制动第一方向的转动。对于单向离合器来说，第二方向的转动并未被制动；对于双向离合器来说，如果感测到使用者的手有朝向第二方向运动(松开该物体)的趋势时，可以利用控制信号解除离合器的制动。在此并不限制。

在一可选实施例中，所述多个铰链机构20包括对应于手指关节设置的第一部分铰链机构——例如图1中手指对应的铰链机构，还包括对应设置在手掌中部的第二部分铰链机构——例如图1中手掌中的两个长的铰链机构，这些长的铰链机构可以不连接制动器，用于被动弯曲。

由上述可知，本申请提出的智能穿戴装置，通过让使用者的手指关节不能继续握紧，从而产生抓握的感觉，让使用者能够更真实地感受到抓握虚拟场景中的物体的感觉。相比于现有技术，本发明并未继续从增加或改进传感器的角度改进智能穿戴装置，而是另辟蹊径地从使用者抓握的感觉入手，从根本上为该智能穿戴装置的使用者提供抓握物体的感觉。

在本申请优选的方案中，利用超越离合器等单向离合器，可以制动一个方向的转动而允许另一方向的转动，当使用者希望“松开”虚拟场景中的某物时，其动作不受限制，提高了使用的真实感。

第二实施例

本发明第二实施例还提出一种智能穿戴设备，包括上述的智能穿戴装置100，如图4所示为本发明一实施例的智能穿戴设备还包括主机200和位置传感器300。

所述主机200能够通过内置的软件和硬件提供虚拟场景，所述位置传感器300用于采集所述智能穿戴装置100的至少一个现实位置，并计算出所述智能穿戴装置100在虚拟场景中的至少一个对应的虚拟位置。

在一实施例中，如图4所示，位置传感器300设置在智能穿戴装置100上，例如VR手套上。在其他实施例中，位置传感器300还可以设置在其他位置，例如在使用者手部单独穿戴位置传感器300，或者设置在其他位置而用于感测手部活动的传感器等。该位置传感器300与智能穿戴装置100独立。

位置传感器300可以为一个或多个。如果位置传感器300为多个，则可以根据实际采集到的位置数据，模拟使用者的手部形态和当前位置，并利用转换程序转换到虚拟场景中，从而获得使用者在虚拟场景中的手的形状、位置和边界。如果位置传感器300为一个，位置传感器300可以采集当前手的位置，并利用主机安装的软件内置的模拟程序，结合一般人手的大小，模拟出手的位置，并利用转换程序转换到虚拟场景中，从而获得使用者在虚拟场景中的手的形状、位置和边界。

在虚拟场景中存在的物体在虚拟场景中有其对应的坐标；通过位置传感器可以获得并计算出使用者的手的各点在虚拟场景中的位置。因此，当所述智能穿戴装置100在虚拟场景中的虚拟位置与物体的边界部分重合时，所述主机200可以输出控制信号至所述智能穿戴装置100的控制器40，控制器40向制动器30发出信号，通过制动器30制动对应的铰链机构30，从而制动刚性本体10的第一部分11和第二部分12的相对枢转。

由上述可知，本申请提出的智能穿戴设备，包含了主机、位置传感器和智能穿戴装置，位置传感器用于获取位置并转换为虚拟场景中的位置，智能穿戴装置通过让使用者的手指关节不能继续握紧，从而产生抓握的感觉，让使用者能够更真实地感受到抓握虚拟场景中的物体的感觉。相比于现有技术，本发明并未继续从增加或改进传感器的角度改进智能穿戴装置，而是从使用者抓握的感觉入手，从根本上为该智能穿戴装置的使用者提供抓握物体的感觉。

在本申请优选的方案中，可以结合第一实施例中智能穿戴装置的相关描述，利用超越离合器等单向离合器，可以制动一个方向的转动而允许另一方向的转动，当使用者希望“松开”虚拟场景中的某物时，其动作不受限制，提高了使用的真实感。

第三实施例

本发明第三实施例提出了一种智能穿戴设备的控制方法，如图5所示，该方法可以包括如下步骤：

S501，获取目标控制对象的至少一个现实位置；

在这一步骤中，目标控制对象例如是使用者的手、或者前述的智能穿戴装置等。通过智能穿戴设备的位置传感器可以采集该目标控制对象的一个或多个现实位置，用于后续计算处理。

S502，通过所述现实位置计算出所述目标控制对象在虚拟场景中的虚拟位置；

在这一步骤中，智能穿戴设备的主机可以通过软件计算出现实位置对应的虚拟场景中的虚拟位置。例如，现实位置可以按照传感器能够采集到的坐标系(例如长、宽、高各n米的空间)的坐标进行标定，获得三维坐标(x，y，z)表示的现实位置；在现实位置传输到软件中时，计算出另一个虚拟坐标空间中的坐标位置(x1，y1，z1)。利用现实位置计算虚拟位置的方案是本领域已有的，在此不再赘述。

S503，当判断出所述虚拟位置与虚拟物体的边界位置至少部分重合时，输出控制信号，制动所述目标控制对象的至少一个铰链机构沿第一方向的转动。

在这一步骤中，虚拟场景中有一个使用者待握持的虚拟物体，该虚拟物体具有边界位置，该边界位置例如是由多个坐标点组成的。当目标控制对象的虚拟位置与该边界位置至少部分重合时，则制动所述目标控制对象的至少一个铰链机构沿第一方向的转动，以让目标控制对象对应的使用者产生握住的感觉。

由上述可知，本申请提出的智能穿戴设备的控制方法，其能够根据虚拟位置和虚拟物体的边界位置控制智能穿戴装置，让使用者产生抓握的感觉，以能够更真实地感受到抓握虚拟场景中的物体的感觉。相比于现有技术，本发明从根本上为该智能穿戴装置的使用者提供抓握物体的真实感觉。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种智能穿戴装置、智能穿戴设备和控制方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种智能穿戴装置，其特征在于，包括：刚性本体、至少一个铰链机构、制动器和控制器；

所述铰链机构设置于所述刚性本体，包括第一转动部、第二转动部以及二者之间的枢轴；

利用所述铰链机构，所述刚性本体的连接所述铰链机构第一转动部和第二转动部的两部分能够沿着第一方向相对枢转；

所述制动器连接所述铰链机构，所述制动器能够接收所述控制器的第一控制信号，制动所述铰链机构，使所述刚性本体的两部分停止相对枢转；

其中，所述制动器能够制动所述第一方向的枢转，并允许与第一方向相反的第二方向的枢转；

所述制动器为超越离合器，所述超越离合器包括离合器外圈、离合器内圈和阻塞件；所述离合器外圈和离合器内圈一者连接铰链机构的第一转动部，另一者连接所述铰链机构的第二转动部，所述阻塞件能够伸入所述离合器外圈和离合器内圈之间，以限制所述离合器外圈和所述离合器内圈的相对转动；

其中，所述智能穿戴装置包括多个铰链机构和分别用于制动多个铰链机构的多个制动器，每一个铰链机构连接刚性本体的两部分。

2.根据权利要求1所述的智能穿戴装置，其特征在于，所述多个铰链机构和多个制动器的设置位置与手部的关节位置对应。

3.根据权利要求1所述的智能穿戴装置，其特征在于，所述智能穿戴装置还包括穿戴部分，所述穿戴部分包括对应于手部的手指和/或手掌的套体、环体或系带，所述穿戴部分与所述刚性本体固定连接。

4.根据权利要求1所述的智能穿戴装置，其特征在于，所述超越离合器的内圈包括开槽和设置在所述开槽中的弹簧，所述阻塞件能够伸入所述开槽中，所述弹簧能够抵顶于所述阻塞件，以提供作用力限制所述离合器外圈和所述离合器内圈的相对转动；当所述离合器内圈和离合器外圈其中一者速度超过另一者时，所述超越离合器制动所述第一方向的枢转，并允许与第一方向相反的第二方向的枢转。

5.一种智能穿戴设备，包括如权利要求1-4中任一项所示的智能穿戴装置，还包括主机和位置传感器；

所述主机提供虚拟场景，所述位置传感器用于采集所述智能穿戴装置的至少一个现实位置，并计算出所述智能穿戴装置在虚拟场景中的至少一个对应的虚拟位置；

当所述智能穿戴装置在虚拟场景中的虚拟位置与物体的边界部分重合时，所述主机输出控制信号至所述智能穿戴装置的控制器，以通过制动器制动对应的铰链机构。

6.根据权利要求5所述的智能穿戴设备，其特征在于，所述位置传感器设置在所述智能穿戴装置上，或与所述智能穿戴装置分离设置。

7.一种智能穿戴设备的控制方法，用于控制如权利要求5中的智能穿戴设备，其特征在于，包括：

获取目标控制对象的至少一个现实位置；

通过所述现实位置计算出所述目标控制对象在虚拟场景中的虚拟位置；

当判断出所述虚拟位置与虚拟物体的边界位置至少部分重合时，输出控制信号，制动所述目标控制对象的至少一个铰链机构沿第一方向的转动。

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