CN109460153B - 一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，包括手臂支撑机构、手势识别机构，所述的手臂支撑机构、手势识别机构通过连接板相互连接；手臂支撑机构包括若干弧形夹板、一个柔性套筒以及若干调节束带，调节束带的两端分别与相邻弧形夹板上的方扣连接；弧形夹板上还设置有可调连接机构，可调连接机构包括与弧形夹板固定连接的槽板以及扣板。本发明所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其结构合理，具有结构简单、使用方便、触觉反馈效果好、对手部束缚小、识别精度高等优点，有效解决现有手势识别设备使用效果不佳的问题。

Description

一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置

技术领域

本发明涉及虚拟现实设备领域，尤其是涉及一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置。

背景技术

在虚拟现实技术中，为了达到与虚拟场景进行交互的目的，通常需要外接设备进行操作，最常见的交互设备是手柄，手柄操作主要依靠按键，因为眼部被虚拟现实设备完全遮挡，按键时完全靠摸索，且需要一直握着手柄，交互体验不佳。通过手势识别进行交互符合日常行为习惯，因而越来越多的交互设备往手势识别方向发展。目前交互设备主要通过摄像头和手势识别手套进行手势识别。

手势识别手套使用时，需要在手上佩戴大量传感器，因为手套本身具有弹性，在使用中容易产生移位和变形，进而影响交互手势的识别，对手部也有束缚感，不够自然。使用摄像头识别交互手势时，虽然不需要在手上佩戴任何设备，却需要将手放在摄像头的拍摄范围内才可识别，容易造成手部疲劳，且摄像头对于光线、温度等环境因素的要求较多，实际使用效果不佳且较难推广，且以上两种手势识别方法都不具有触觉反馈功能，交互过程不够真实。所以有必要发明一种对手部束缚小、识别精度高、具有触觉反馈、不过分依赖使用环境因素、交互效果好的手势识别装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供了一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其结构合理，具有结构简单、使用方便、触觉反馈效果好、对手部束缚小、识别精度高等优点，有效解决现有手势识别设备使用效果不佳的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，包括手臂支撑机构、手势识别机构，所述的手臂支撑机构、手势识别机构通过连接板相互连接；

所述的手臂支撑机构包括若干贴合手臂表面结构的弧形夹板、一个柔性套筒以及若干调节束带；所述的弧形夹板是设置于柔性套筒外表面，且相邻弧形夹板之间留有沿手臂纵向的间隔，弧形夹板上还设置有方扣，所述调节束带的两端分别与相邻弧形夹板上的方扣连接；

所述的弧形夹板上还设置有可调连接机构，可调连接机构包括与弧形夹板固定连接的槽板以及扣板；所述的槽板上开设有T形槽，T形槽内设有连接孔，扣板与槽板的开口适配扣合，且扣板上还设有与连接孔适配的连接柱；

所述的柔性套筒是由弹性透气布料或者弹性胶质材料制成，柔性套筒内埋设有若干用于感应肌肉活动的应变片；

所述的手势识别机构整体呈套筒状结构，手势识别机构包括若干壳体、阵列以及电路板；所述的壳体的一端设有调节板，调节板伸入相邻壳体的内腔并与之卡接；

所述的电路板是设置在壳体的内腔中；所述的阵列包括若干用于检测具体手势的红外接近传感器以及若干用于触觉反馈的超声波换能器，红外接近传感器、超声波换能器相互间隔且均匀的设置在壳体内壁上，红外接近传感器、超声波换能器均是与电路板连接；

所述的连接板具有S形结构，连接板的一端是与壳体相互固定连接，连接板的另一端上设有若干连接孔，连接板具有连接孔的一端伸入槽板的T形槽，扣板与槽板开口扣合，连接柱穿过连接板以及槽板上的连接孔将两者固定连接。

进一步地，所述的弧形夹板表面包裹编织物，用于连接调节束带的方扣是对称设置在相邻弧形夹板的编织物上。

进一步地，所述的调节束带的两端分别设有用于相互连接的魔术贴。

进一步地，所述的柔性套筒是一体式套筒结构或者由若干固定设置在相邻弧形夹板间隙下方的片状结构组成。

进一步地，所述的调节板表面设置有圆弧形凹槽，壳体上设置有连通内腔的开口，开口内设置有V字形结构的弹簧片。

进一步地，所述的弹簧片的一端与壳体固定连接，弹簧片的另外一端与壳体表面抵接，弹簧片的中部伸入开口并与圆弧形凹槽抵接。

进一步地，所述的壳体内壁上设置有内衬，红外接近传感器、超声波换能器的顶部与内衬平齐。

本发明的有益效果是：一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，通过红外接近传感器阵列实时检测手势变化，通过超声波换能器阵列在手部产生挤压，模拟虚拟现实场景中事物的外形以及触感，手掌部位完全不受束缚，且装置时刻跟随手的移动，交互操作区域不限限制，外部环境因素对手势识别的影响小，采用应变片和红外接近传感器阵列同时检测手势，提高检测精度，部件连接采用可调式设计，可适用于体型的用户；其结构合理，具有结构简单、使用方便、触觉反馈效果好、对手部束缚小、识别精度高等优点，有效解决现有手势识别设备使用效果不佳的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置的整体结构示意图；

图2是本发明所述一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置的可调连接机构与连接板连接结构示意图；

图3是本发明所述一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置的手势识别机构结构示意图。

附图中标记分述如下：

1、手臂支撑机构，11、弧形夹板，12、柔性套筒，121、应变片，13、调节束带，14、可调连接机构，141、槽板，142、连接孔，143、扣板，144、连接柱，2、手势识别机构，21、壳体，22、阵列，23、红外接近传感器，24、超声波换能器，25、调节板，26、弹簧片，27、电路板，3、连接板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，包括手臂支撑机构1、手势识别机构2，所述的手臂支撑机构1、手势识别机构2通过连接板3相互连接；使用时手臂支撑机构1套设在手部小臂上，手掌伸入手势识别机构2内。

所述的手臂支撑机构1包括若干贴合手臂表面结构的弧形夹板11、一个柔性套筒12以及若干调节束带13；所述的弧形夹板11是设置于柔性套筒12外表面，起到主要的支撑和定形作用。

相邻弧形夹板11之间留有沿手臂纵向的间隔，该间隔用于弧形夹板11之间的相互距离调整，以适应不同粗细的手臂。弧形夹板11上还设置有方扣，所述调节束带13的两端分别与相邻弧形夹板11上的方扣连接，通过调节束带13固定相邻弧形夹板11之间的位置关系。

所述的弧形夹板11上还设置有可调连接机构14。

如图2所示，可调连接机构14包括与弧形夹板11固定连接的槽板141以及扣板143；所述的槽板141上开设有T形槽，T形槽内设有连接孔142，准确的说是沿槽板141的纵向在T形槽的底部均匀设有连接孔142。扣板143与槽板141的开口适配扣合，这里说的开口是位于槽板141横向上的T形槽开口，而非纵向两端的开口，且扣板143上还设有与连接孔142适配的连接柱144，连接柱144的轴向与连接孔142的轴向相同，鉴于此，在一种可能的实施例中，连接柱144与连接孔142均是采用相对于槽板141横向倾斜45°范围内的倾斜结构，以增加连接柱144与连接孔142连接时的稳固性。

如图1所示，所述的柔性套筒12是由弹性透气布料或者弹性胶质材料制成，柔性套筒12内埋设有若干用于感应肌肉活动的应变片121；应变片121对应检测小臂上肌肉运动导致的外形变化，因为做出不同手势时，都对应着特定的肌肉活动，肌肉活动引起小臂表面形变，所以通过检测小臂对应位置的形变即可得出肌肉的运动状态，进而得出目前的手势。

所述的手势识别机构2整体呈套筒状结构。

如图3所示，手势识别机构2包括若干壳体21、阵列22以及电路板27；所述的壳体21的一端设有调节板25，调节板25伸入相邻壳体21的内腔并与之卡接，从而构成手势识别机构2的整体框架，通过调节调节板25伸入壳体21内腔的长度，可调节手势识别机构2的内腔大小，方便手掌不同大小的人使用。

所述的电路板27是设置在壳体21的内腔中；所述的阵列33包括若干用于检测具体手势的红外接近传感器23以及若干用于触觉反馈的超声波换能器24，红外接近传感器23、超声波换能器24相互间隔且均匀的设置在壳体21内壁上，红外接近传感器23、超声波换能器24均是与电路板27连接。

红外接近传感器23检测手部上某点与某一红外接近传感器23之间的距离，由于红外接近传感器23成阵列分布，可以检测到手部不同点到红外接近传感器23的距离，若干点的距离数据整合成线、面，直至整合成立体结构，经过计算可得出当前手部的大致形态。

超声波换能器24与外部超声波电源连接，将电能转化为超声波，根据超声波的物理特性，超声波在压力之下会产生形状的改变，并且模拟出一种虚构的形状和力度，即超声波挤压手部表面，使得皮肤产生“触觉”。根据虚拟现实场景中的事物形状，并结合现实中手部所处的位置，通过控制超声波的强度、频率和方向可在手部皮肤上产生不同方向、力度的挤压，从而模拟出“触感”。

如图1所示，所述的连接板3具有S形结构，连接板3的一端是与壳体21相互固定连接。

如图2所示，连接板3的另一端上设有若干连接孔142，该连接孔142与槽板141上的连接孔142制式一样，连接板3具有连接孔142的一端伸入槽板141的T形槽，扣板143与槽板141开口扣合，连接柱144穿过连接板3以及槽板141上的连接孔142将两者固定连接。此结构方便调节手势识别机构2与手臂支撑机构1的相互连接距离。

在一种实施例中，所述的弧形夹板11表面包裹编织物，用于连接调节束带13的方扣是对称设置在相邻弧形夹板11的编织物上。

在一种实施例中，所述的调节束带13的两端分别设有用于相互连接的魔术贴，调节束带13两端相互连接呈环形结构。

在一种可能的实施例中，调节束带13的一端与一侧弧形夹板11上的方扣固定连接，另一端穿过另一侧弧形夹板11上的方扣后折回与固定端上的魔术贴连接。

在一种实施例中，所述的柔性套筒12是一体式套筒结构或者由若干固定设置在相邻弧形夹板11间隙下方的片状结构组成，主要起到隔离弧形夹板11与小臂皮肤的作用，同时方便埋设应变片121。

在一种实施例中，所述的调节板25表面设置有圆弧形凹槽，壳体21上设置有连通内腔的开口，开口内设置有V字形结构的弹簧片26。所述的弹簧片26的一端与壳体21固定连接，弹簧片26的另外一端与壳体21表面抵接使其不易滑动脱出，弹簧片26的中部伸入开口并与圆弧形凹槽抵接，通过抬起该端可快速调节调节板25。

在一种实施例中，所述的壳体21内壁上设置有内衬，红外接近传感器23、超声波换能器24的顶部与内衬平齐，防止元器件磕碰损坏，同时防止手部碰伤。

在一种实施例中，所述位于壳体21两端开口边沿的红外接近传感器23以及超声波换能器24均朝壳体21开口方向倾斜，靠近壳体21前端开口就向前端开口倾斜，靠近壳体21后端开口就向后端开口倾斜，为手部可能超出壳体21内腔的部分提供手势识别和触觉反馈。

本装置与虚拟现实设备连接使用。

本发明所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其结构合理，通过红外接近传感器阵列实时检测手势变化，通过超声波换能器阵列在手部产生挤压，模拟虚拟现实场景中事物的外形以及触感，手掌部位完全不受束缚，且装置时刻跟随手的移动，交互操作区域不限限制，外部环境因素对手势识别的影响小，采用应变片和红外接近传感器阵列同时检测手势，提高检测精度，部件连接采用可调式设计，可适用于体型的用户；其结构合理，具有结构简单、使用方便、触觉反馈效果好、对手部束缚小、识别精度高等优点，有效解决现有手势识别设备使用效果不佳的问题。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：包括手臂支撑机构（1）、手势识别机构（2），所述的手臂支撑机构（1）、手势识别机构（2）通过连接板（3）相互连接；

所述的手臂支撑机构（1）包括若干贴合手臂表面结构的弧形夹板（11）、一个柔性套筒（12）以及若干调节束带（13）；所述的弧形夹板（11）是设置于柔性套筒（12）外表面，且相邻弧形夹板（11）之间留有沿手臂纵向的间隔，弧形夹板（11）上还设置有方扣，所述调节束带（13）的两端分别与相邻弧形夹板（11）上的方扣连接；

所述的弧形夹板（11）上还设置有可调连接机构（14），可调连接机构（14）包括与弧形夹板（11）固定连接的槽板（141）以及扣板（143）；所述的槽板（141）上开设有T形槽，T形槽内设有连接孔（142），扣板（143）与槽板（141）的开口适配扣合，且扣板（143）上还设有与连接孔（142）适配的连接柱（144）；

所述的柔性套筒（12）是由弹性透气布料或者弹性胶质材料制成，柔性套筒（12）内埋设有若干用于感应肌肉活动的应变片（121）；

所述的手势识别机构（2）整体呈套筒状结构，手势识别机构（2）包括若干壳体（21）、阵列（22）以及电路板（27）；所述的壳体（21）的一端设有调节板（25），调节板（25）伸入相邻壳体（21）的内腔并与之卡接；

所述的电路板（27）是设置在壳体（21）的内腔中；所述的阵列（22）包括若干用于检测具体手势的红外接近传感器（23）以及若干用于触觉反馈的超声波换能器（24），红外接近传感器（23）、超声波换能器（24）相互间隔且均匀的设置在壳体（21）内壁上，红外接近传感器（23）、超声波换能器（24）均是与电路板（27）连接；

所述的连接板（3）具有S形结构，连接板（3）的一端是与壳体（21）相互固定连接，连接板（3）的另一端上设有若干连接孔（142），连接板（3）具有连接孔（142）的一端伸入槽板（141）的T形槽，扣板（143）与槽板（141）开口扣合，连接柱（144）穿过连接板（3）以及槽板（141）上的连接孔（142）将两者固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：所述的弧形夹板（11）表面包裹编织物，用于连接调节束带（13）的方扣是对称设置在相邻弧形夹板（11）的编织物上。

3.根据权利要求1所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：所述的调节束带（13）的两端分别设有用于相互连接的魔术贴。

4.根据权利要求1所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：所述的柔性套筒（12）是一体式套筒结构或者由若干固定设置在相邻弧形夹板（11）间隙下方的片状结构组成。

5.根据权利要求1所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：所述的调节板（25）表面设置有圆弧形凹槽，壳体（21）上设置有连通内腔的开口，开口内设置有V字形结构的弹簧片（26）。

6.根据权利要求5所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：所述的弹簧片（26）的一端与壳体（21）固定连接，弹簧片（26）的另外一端与壳体（21）表面抵接，弹簧片（26）的中部伸入开口并与圆弧形凹槽抵接。

7.根据权利要求1所述的一种具有触觉反馈功能的传感阵列手势交互识别装置，其特征是：所述的壳体（21）内壁上设置有内衬，红外接近传感器（23）、超声波换能器（24）的顶部与内衬平齐。

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