CN108654080A - 一种控制输入设备及控制输入方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种控制输入设备及控制输入方法，包括手套本身，包括多个手指部和手背部，在所述手指部和手背部上均设有数据传输单元，用于传输对应位置的运动数据，然后控制模块进行接收运动数据并将运动数据计算为外部主机能够识别的手势信息，因为每个手指和手背均有独立的数据传输模块，从而使得手指和手背之间不需要线材连接，简化了游戏手套的结构，并且能够对单个手指功能进行开发。

Description

一种控制输入设备及控制输入方法

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，具体涉及一种控制输入设备及控制输入方法。

背景技术

随着电子技术日益发展，越来越多的应用领域需要更多元化及客制化的人机操作界面，常用的操作媒介例如鼠标、键盘或者触控面板已不敷使用，因此，类似微软等公司已开发出一种人机操作技术，该技术利用影像辨识技术来分析使用者肢体动作的技术，已逐渐导入各种不同的应用系统。

手势是一种重要的、含义丰富的人体动作，手势识别是一种新型的人机交互方式，具有灵活、体验感好、控制方便等优点。随着社会的快速发展，手势识别技术也开始运用到各个领域，比如在体感游戏、虚拟展厅、会议、工业控制等方面都有很好的应用。

现有技术中，手势识别的方法也多种多样，主要可大致分为三种技术：基于光技术的图像识别技术、基于惯性传感器的动作捕捉技术以及基于机械结构的手部形态仿真技术。现有技术中的手势识别还存在着一些明显的缺陷：对于手部关节的精细动作无法还原；不能进行空间绝对定位，通过各部分肢体姿态信息进行积分运算，得到的空间位置信息造成不同程度的积分漂移。无法进行手部动作的精准定位；容易受周围环境铁磁体的影响而降低精度。例如当手势识别应用在电竞游戏技术中时，游戏机控制手柄有多种结构，主要有手柄、键盘、方向盘等，随着游戏产业的蓬勃发展，玩家需要更加便利敏捷的用双手来控制游戏，增强体感，目前体感游戏大多使用手柄，遥控器等外设备来实现对游戏的控制，但是不能精准反馈玩家的手部运动细节。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种控制输入设备，解决了现有技术中游戏手套手指和手背之间需要线材连接，而且设备需要改变时需要重新进行整体设计的问题。

本发明一实施例提供的一种控制输入设备，包括：

手套本体，包括至少一个手指部和/或手背部；

分别设置于至少一个所述手指部和/或所述手背部上的至少一个数据传输模块，用于分别传输对应位置的运动数据；以及，

计算模块，用于接收所述至少一个数据传输模块传输的所述运动数据，并根据所述运动数据获取对应位置的手势信息。

其中，所述数据传输模块包括：

运动传感器，用于获取运动数据；

与所述运动传感器电连接的微控制器，用于将所述运动传感器获取的所述运动数据计算为对应位置的空间位置数据；

与所述微控制器电连接的数据发射单元，用于将所述空间位置数据传输给所述计算模块。

其中，所述计算模块包括：

与所述数据传输模块一一对应的数据接收单元，分别用于接收对应的所述数据发射单元传输的所述空间位置数据；以及，

与所述数据接收单元电连接的控制器，用于将所述数据接收单元接收的所述空间位置数据计算成为所述外部主机能够识别的对应位置的所述手势信息。

进一步，所述手背部上的所述数据传输模块还包括柔性电路板，其中所述运动传感器、所述微控制器、所述数据发射单元均设计在所述柔性电路板上。

其中，所述运动传感器为压力传感器、陀螺仪、第一地磁传感器中的至少一种或多种组成。

进一步，所述运动传感器包括所述第一地磁传感器，其中，所述数据传输模块还包括第二地磁传感器，其中，所述第二地磁传感器与所述微控制器；

其中所述微控制器进一步配置为获取所述第一地磁传感器与所述第二地磁传感器之间的磁场数据；

其中，所述数据发设单元进一步配置为将所述磁场数据发送给所述计算模块；

其中，所述计算模块进一步配置为，当所述磁场数据偏离预设磁场数据时，在计算所述手势信息时降低所述磁场数据所对应的所述空间位置数据的计算权重

其中，设于所述手指部上的所述数据传输模块位于所述手指部的至少一个弯曲处。

其中，所述计算模块与外部主机通过通用串行总线进行连接。

其中，所述数据发射单元与所述计算模块通过蓝牙方式连接。

其中，所述控制器采用四元数的计算方法对所述数据发送单元发送的所述空间位置数据进行计算。

作为本发明的另一面，本发明一实施例还提供了一种控制输入方法，适用于前述所述的控制输入设备，所述方法包括：

分别获取至少一个所述手指部和/或所述手背部的空间位置数据；

将获取到的所述手指部和/或所述手背部的所述空间位置数据一一传输至所述计算模块；

将所述手指部或所述手背部的所述空间位置数据进行计算，以获取所述外部主机能够识别的手势信息；以及，

将所述手势信息传输至外部主机。本发明的实施例所提供的一种控制输入设备及控制输入方法，通过在游戏手套的每个手指部和手背部均设有数据传输模块，用于传输对应位置的运动数据，然后控制模块进行接收运动数据并将运动数据计算为外部主机能够识别的手势信息，因为每个手指和手背均有独立的数据传输模块，从而使得手指和手背之间不需要线材连接，简化了游戏手套的结构，并且能够对单个手指功能进行开发。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种控制输入设备的结构示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的数据传输模块的结构示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的计算模块的结构示意图。

图4所示为本发明一实施例提供的一种控制输入设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明一实施例提供的控制输入设备的结构示意图，如图1所示，该控制输入设备包括手套本体1，其中手套本体1包括五个手指部11和一个手背部12；分别设在五个手指部11和手背部12上的数据传输模块2，其中设在手指部11上的数据传输模块2为手指部数据传输模块21，设在手背部12上的数据传输模块2为手背部数据传输模块22，其中数据传输模块2用于传输对应位置的运动数据；计算模块3，用于接收数据传输模块2传输的运动数据并根据所述运动数据获取对应的手势信息。然后计算模块3将计算得到的手势信息传输给外部主机4，使得手套使用者将自己的手势信息在外部主机4上显示出来，实现远程操作，其中手势信息是根据设备中的手指部11、手背部12的运动形态，例如手指部11移动、弯曲，手背部12向上下左右移动等，组合形成的手势信息，例如捏、拍、切、按、推、托等基本动作、挥手动作、抓握动作、抓握放大缩小动作、抓握/旋转/平移组合动作等。

应当理解，外部主机4可以为电脑、手机、平板电脑、游戏机、显示器、可用于显示的屏幕等。

其中，当外部主机4为电脑、手机、平板电脑、游戏机、显示器等含有显示面板的设备时，外部主机4和计算模块3之间可以通过通用串行总线(USB)方式进行连接，也可以通过WIFI的方式进行连接，还可以通过蓝牙方式进行连接，本发明对此不作限定。

当外部主机仅仅是个简单的能够用于显示的屏幕时，例如用于投影仪的显示屏幕，计算模块3获取的手势信息可以通过投影仪将手势信息投影到大屏幕上。

应当理解，无论手势信息时通过何种方式呈现出来的，当用户在外部主机4的显示面板上或者屏幕上看到的则是手的动作，例如手在挥舞，手正在往下拍，手在握成一个拳头等。应当理解，手套本体1上的全部手指部11是否均需要设有数据传输模块2，可根据实际需求进行设计，可以设计每个手指部11均设有数据传输模块2，也可以部分手指部11设有数据传输模块2，本发明对此不作限定。

还应当理解，外部主机4可以为电脑，手机，平板或者游戏机。

其中，外部主机4和计算模块3之间可以通过通用串行总线(USB)方式进行连接，也可以通过无线WIFI方式进行连接，还可以通过蓝牙方式进行连接，本发明对此不作限定。

还应当理解，该控制输入设备可以适用于游戏场景，虚拟现实，家庭影院、远程观摩医生手术场景、避光操作的实验过程的观摩等。

本实施例提供的控制输入设备在手套本体上的每个手指部、手背部均设有独立的数据传输模块，每个手指部之间，每个手指部与手背部之间均没有线材连接，简化了手套本体的结构，并且手指部和手背部可以随时更换，并且能够更好地开发单个手指部或者手背部的功能。

尤其是当该设备应用在游戏场景中时，该设备即为游戏手套，游戏手套是一种通过捕捉手状态的输入设备，它的出现能够准确的将玩家的手部运动细节反馈给游戏主机，增强了玩家的体验感，在目前的虚拟现实设备中较为常见，目前的游戏手套均为整套的手套，手指需要和手背进行线材连接，这样限制了设备的互换和单手指功能的开发。

在本发明一实施例提供的控制输入设备中，如图2所示，数据传输模块2包括运动传感器23，用于获取对应位置处的运动数据；与运动传感器23电连接的微控制器24，用于将运动传感器23获取的运动数据计算为对应位置的空间位置数据；以及与微控制器24电连接的数据发射单元25，用于将微控制器24计算得到的空间位置数据传输给计算模块3。

在本发明一实施例中，数据发射单元25与计算模块3之间通过蓝牙的方式进行空间位置数据的传输，应当理解，数据发射单元25与计算模块3之间还可以通过其他方式进行传输空间位置数据，本发明对此不作限定。

为了更好的获取手背部12处的运动数据，本发明一实施例中设置在手背部12的数据传输模块是基于柔性电路板上制备而成的，因为柔性电路板具有较好的柔性，从而能够保证电路板与手背部12更好的贴合，更准确的获取手背部12的运动数据。

本发明与一实施例提供的控制输入设备，手指部11上的数据传输模块2位于手指部11的至少一个弯曲处，即手指部11上的至少一个弯曲处设有数据传输模块2，可以在手指部11上的第二个弯曲节点处设置数据传输模块2，也可以分别在手指部11的第二个弯曲节点、第三个弯曲节点均设有数据传输模块2。此设计在保证能够准确获取手指部11的运动数据的同时，便于手指部11的活动。

为了更好的感知手指部11、手背部12的运动数据，数据传输模块2中的运动传感器23可采用压力传感器、陀螺仪、第一地磁传感器中的至少一种组成，在本发明一实施例中，运动传感器23采用了由三轴压力传感器、三轴陀螺仪和三轴第一地磁传感器组成的九轴传感器，在本发明其他实施例中，运动传感器还可以采用三轴压力传感器和三轴陀螺仪组成的六轴传感器。

当运动传感器23中包括第一地磁传感器时，当该设备所处的周边环境中存在磁场时，在获取运动数据时，第一地磁传感器23便会受到干扰，从而造成获取的运动数据不准确，进而造成计算模块3所计算出的手势信息不准确，因此本发明一实施例提供的控制输入设备中，手背部12和/或手指部11上的数据传输模块2还包括第二地磁传感器26，与相应的微控制器24电连接，如图3所示，其中微控制器24进一步的配置为获取第一地磁传感器23与第二地磁传感器26之间的磁场数据，数据发射单元25将该磁场数据和相应位置处的空间数据信息一起发送给计算模块3，当该磁场数据偏离预设的磁场数据时，计算模块3在计算手势信息时降低该磁场数据对应的空间位置数据的计算权重，从而保证了手势信息的准确性；例如当手背部12上的第一地磁传感器23和第二地磁传感器26之间的磁场数据偏离预设的磁场数据时，计算模块3在计算手势信息时，降低手背部12位置处的空间位置数据的计算权重，从而避免因磁场干扰而导致的手势信息不准确。提高了手势信息的准确度。

本发明实施例中的控制输入设备，数据传输模块2不仅能够获取对应位置的运动数据，而且对运动数据进行计算，实现了每个手指部11、手背部12均同时具有计算和发射两个功能，从而使得手指部之间彼此互相独立，实现多通道传输，每个手指部之间、手指和手背之间彼此不受影响。

实际应用中，计算模块3接收到数据传输模块2输送的运动数据时，计算模块对运动数据进行进一步计算才能够形成外部主机4能够识别的手势信息，在计算过程中，由于数据量较大，计算模块3需要的功耗也较大，本发明一实施例提供的控制输入设备中，如图4所示，计算模块3包括五个数据接收单元31，数据接收单元31与数据传输模块2一一对应，用于接收与之对应的数据传输模块2中的数据发射单元25传输的空间位置数据；以及分别与五个数据接收单元31电连接的控制器32，用于将数据接收单元31接收的空间位置数据再一次进行计算为外部主机4能够识别的对应的手势信息。

本发明一实施例中，控制器32采用四元数的计算方法对数据发射单元25发送的空间位置数据进行计算，在本发明其他实施例中，控制器32也可以采用其他计算方式进行计算，本发明对此不作限定。

应当理解，计算模块3中的数据接收单元31的数量是与数据传输模块2的数量一一对应的，因此，在其他实施例中，数据接收单元31可以为除五个之外的其他数量。

本发明实施例提供的控制输入设备，将设备中的计算模块进行独立接收、计算，形成整个设备中的手势运动数据的计算、传输、接收均相互独立，完全实现了多通道传输、接收，能够在低耗情况下进行大数量的传输，在数据传输尖峰时采用6通道同时传输，提高了传输的实时性，同时在数据量低峰时降低传输频次达到低功耗的特点；而且每个手指部11、手背部12可以单独的工作，还可以自由组合，如果需要增加或者减少手指部11的数量时，也不必重新进行整体的设计。

本发明一实施例还提供了一种控制输入方法，该方法适用于前述所述的控制输入设备，其中，该方法包括：分别获取至少一个手指部11和/或手背部12的空间位置数据；将获取到的手指部11和/或手背部12的空间位置数据一一传输至计算模块3；将手指部11或手背部12的空间位置数据进行计算，以获取外部主机能够识别的手势信息；以及，将手势信息传输至外部主机。

本发明实施例所提供的控制输入方法，能够将设备中的手指部11和/或手背部12的运动信息一一传输至计算模块3，手指部11和手背部12的运动信息在传输过程中互不影响，能够使得手指部和手背部可以随时更换，并且能够更好地开发单个手指部或者手背部的功能。

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、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种控制输入设备，其特征在于，包括：

手套本体，包括至少一个手指部和/或手背部；

分别设置于至少一个所述手指部和/或所述手背部上的至少一个数据传输模块，用于分别传输对应位置的运动数据；以及，

计算模块，用于接收所述至少一个数据传输模块传输的所述运动数据，并根据所接收的所述运动数据获取对应位置的手势信息。

2.根据权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述数据传输模块包括：

运动传感器，用于获取运动数据；

与所述运动传感器电连接的微控制器，用于将所述运动传感器获取的所述运动数据计算为对应位置的空间位置数据；

与所述微控制器电连接的数据发射单元，用于将所述空间位置数据传输给所述计算模块。

3.根据权利要求2所述的输入设备，其特征在于，所述计算模块包括：

与所述数据传输模块一一对应的数据接收单元，用于接收对应的所述数据发射单元传输的所述空间位置数据；以及，

与所述数据接收单元电连接的控制器，用于将所述数据接收单元接收的所述空间位置数据计算成为外部主机能够识别的对应位置的所述手势信息。

4.根据权利要求2输入设备，其特征在于，所述手背部上的所述数据传输模块还包括柔性电路板，其中所述运动传感器、所述微控制器、所述数据发射单元均设计在所述柔性电路板上。

5.根据权利要求2所述的输入设备，其特征在于，所述运动传感器为压力传感器、陀螺仪、第一地磁传感器中的至少一种或多种组成。

6.根据权利要求5所述的输入设备，其特征在于，所述运动传感器包括所述第一地磁传感器，其中，所述数据传输模块进一步包括第二地磁传感器，其中，所述第二地磁传感器与所述微控制器电连接；

其中，所述微控制器进一步配置为获取所述第一地磁传感器与所述第二地磁传感器之间的磁场数据；

其中，所述数据发射单元进一步配置为将所述磁场数据发送给所述计算模块；

其中，所述计算模块进一步配置为，当所述磁场数据偏离预设磁场数据时，在计算所述手势信息时降低所述磁场数据所对应的所述空间位置数据的计算权重。

7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的输入设备，其特征在于，设于所述手指部上的所述数据传输模块位于所述手指部的至少一个弯曲处。

8.根据权利要求1至6任一项权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述计算模块与外部主机通过通用串行总线进行连接。

9.根据权利要求2至6任一项权利要求1所述的输入设备，其特征在于，所述数据发射单元与所述计算模块通过蓝牙方式连接。

10.根据权利要求3所述的输入设备，其特征在于，所述控制器采用四元数的计算方法对所述数据发送单元发送的所述空间位置数据进行计算。

11.一种控制输入方法，其特征在于，所述方法适用于权利要求1至10任一权利要求所述的控制输入设备，所述方法包括：

分别获取至少一个所述手指部和/或所述手背部的空间位置数据；

将获取到的所述手指部和/或所述手背部的所述空间位置数据一一传输至所述计算模块；

将所述手指部或所述手背部的所述空间位置数据进行计算，以获取所述外部主机能够识别的手势信息；以及，

将所述手势信息传输至外部主机。