CN204463536U - 一种可识别手势的手套乐器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可识别手势的手套乐器，其属于电子乐器技术领域，主要解决了现有电子乐器演奏需要平台、携带不便等问题。该电子乐器通过手套五个手指的弯曲和手上下左右前后的动作，可以演奏出多种音调，并且手势和音调的映射关系可以通过上位机进行设置，同时，该手套乐器还可通过LED给初学者提示音调所对应的手指，从而实现了示教功能。该电子乐器具有不受演奏的平台限制，单手即可演奏、音调可调、示教功能完善、便于携带等特点。

Description

一种可识别手势的手套乐器

技术领域

    本实用新型属于电子乐器领域，具体的说，是涉及一种通过手套的手指动作和手套的手势变换实现演奏多种音调的新型电子乐器。

背景技术

随着可穿戴设备逐步进入我们的生活，乐器领域也出现了各种穿戴式的电子乐器，普遍都通过手套上加装触点开关或压力传感器来实现模拟的琴键，同时通过外置音乐合成器来实现控制或转化演奏的声音的功能。但目前普遍存在的问题是演奏音调较少，手套的使用时需要手指接触到物体。

现有方案如CN203689893U的实用新型专利《手指琴》，其通过指套上的压力感应部件将信号传输至声音合成器，声音合成后在合成器端或通过手掌套上的发声器发出声音。其缺陷在于，外置的声音合成器不能和手套本身融为一体，导致操作或者携带时不便。

现有方案如CN201780772U的实用新型专利《一种音乐手套》，其通过锁定夹将微处理器固定于手套上，微处理器具有音调控制、演奏乐器类型设置等功能。其缺陷在于：一是没有示教功能，不能满足初学者或者指法练习人员的需求；二是其只能通过手指上的触点开关的数量和位置来决定音调的数目，其演奏的音调的数目也是屈指可数。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种可识别手势的手套乐器，其通过五个指头和手势的组合控制，能够演奏出多种音调，同时，具有示教功能，且可通过上位机定义示教音乐、调整音调映射关系、添加和替换多种音色。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型由以下几部分构成：手套1、手指姿态传感器7、手掌姿态传感器2、微处理器4、电源5、扬声器6组成，还可包含示教LED灯3、上位机等部分。其原理框图如图1所示，其余各部分原理和功能分别如下。

手套部分，如图2所示，其同普通的分指手套一样，有五个指头，可采用多种材质制作而成，手套1有内外两层，内外两层之间形成一个夹层。其作为一个载体，将手指姿态传感器、手掌姿态传感器、示教灯、微处理器、电源、扬声器等元器件组织在一起，并通过导线或电路连接将手指姿态传感器、手掌姿态传感器、示教灯、电源、扬声器与连通微处理器，优选的，以上元器件置于手套的夹层内。

手指姿态传感器,它共有5个，分别位于手套的5个手指上，对于全指手套，可设置于指端，对于露指手套，可设置在离手掌最近的一节手指上，露指手套上的传感器优选的固定在手套外侧。手指姿态传感器包含但不限于六轴传感器、三轴磁场传感器（电磁罗盘）、霍尔传感器、陀螺仪，主要功能是检测手指的运动姿态，并将手指的运动参数传送给微处理器。所述六轴传感器优选三轴陀螺仪加三轴速度计，它可检测加速度、角速度、角度等参数。当手指姿态传感器选用霍尔传感器和三轴磁场传感器（电磁罗盘）时，需要在手套的手掌心位置加设一个小磁铁8，作为电子罗盘或霍尔传感器的一个组成部分，进行信号的感应。

手掌姿态传感器，优选六轴传感器，主要功能是检测整个手套的上下、左右、前后三轴运动和绕三轴旋转六个方向的活动情况，并将手掌的运动参数传送给微处理器，其可固定于手套夹层中的手背或手腕位置。

示教灯部分，如图3所示，示教灯由位于手指上的5个LED灯和位于手背面的6个LED灯构成，示教的主要原理是，操作者可以选择要学习的乐曲，并将手套设置为示教模式，手套的微处理器会根据乐曲音调的变化，控制乐曲相对应音调的手指或手势的LED点亮，从而引导初学者晃动亮灯的手指或者挥舞相应的姿势。LED灯的对应关系为：位于指端5个示教LED灯与5个手指演奏的音调一一对应，位于掌面的6个LED与手的上下左右前后六个手势一一对应，为了更加方便用户使用，可选用彩色的LED灯珠，实现不同模式时LED灯亮不同颜色进行区分。

微处理器，包含但不限于单片机、ARM处理器，它主要是检测来自传感器的信号，尔后将采集到的信号及其组合映射到不同的音调，并调取用户选择的乐器所对应的波表，最后将声音信号发送到扬声器，同时，还实现对通讯模块的控制。

通讯模块可采用有线或者无线两种方式，主要是将微处理器同上位机之间建立连接，实现控制信号的发送和接收。有线连接包含但不限于USB连接，无线连接包含但不限于蓝牙、WIFI连接。

存储器，主要用于存放乐器所对应的波表及用户存储的乐曲，配合微处理器调用相应的音调。

扬声器，数量为一个或多个，主要是将微处理器上送来的电信号转化为声音。

电源，它主要是为微处理器及其他各部分提供工作电源，电源部分包含但不限于电池供电和USB供电，采用电池供电时，还可设置电池仓，或将其固定于手套的手腕附近。

上位机部分，主要通过运行在硬件上的软件实现。硬件包含但不限于电脑、手机、pad。软件主要实现的功能有：选择需要演奏的乐器类型、自定义5个手指姿态传感器信号和手掌姿态传感器的6个信号与音调的映射关系、示教音乐的设置、演奏的评分等功能。上位机部分的演奏乐器类型设置可以根据用户的喜好，导入不同乐器的波表，从而打破了当前电子乐器只有出厂时设计的有限波表的局限。

手套的手势和演奏音调的关系可以通过上位机进行设置。因为每个手指姿态传感器可以有相对运动和无相对运动（或者运动和静止，弯曲和非弯曲）两种状态，5个手指姿态传感器的运动状态的数学组合共有32种，手掌姿态传感器还有上、下、左、右、前、后共六种状态，这六种状态与前面的32种状态配合使用和控制，可以产生多达32*6=192种音调。

    本实用新型达到了利用一个手套进行演奏的目的，而且手套的手指不需要接触到物体表面，其在空中的挥舞就可以实现音乐的演奏。除此之外，还可左右手各戴一个手套，分别设置不同的音调，利用两个手套组合进行演奏，从面实现更多的音调。

本实用新型有如下有益效果：

（1）演奏不受场地约束。本乐器将电子乐器的功能集成在了一个手套上，演奏时，不在需要专门的演奏台或乐器架，只需把乐器手套戴在手上，坐着、躺着、走着都可以进行演奏，可以随时随地、随心所欲的进行。

（2）音调和手指的关系可自行定制。用户可以根据自己的喜好，通过上位机软件定义手势的动作和音调之间的关系，从而实现了每个用户都可以拥有适合自己的演奏习惯的乐器。

（3）示教好，利于初学。由于设计了LED灯示教功能，使得初学者可以按照手套上LED灯的提示进行动作，从而便于初学者指法练习和乐曲演奏。

（4）可演奏音调多。由于采用了组合控制原理，实现了通过手套5个指尖的组合控制和手掌姿态传感器的6个姿态，通过上位机软件的设置，单个手套可以演奏多达192种音调。

附图说明

图1为本实用新型原理框图。

图2为本实用新型手套的手背面视图。

图3为本实用新型手套的掌心面视图。

其中，附图标记所对应的名称：1-手套， 2-手掌姿态传感器，3 -示教灯，4-微处理器，5-电源，6-扬声器，7-手指姿态传感器，8-小磁铁。

具体实施方式

下面对本实用新型作进一步说明。本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

本例提供了一种音乐手套，该音乐手套由手套、手指姿态传感器、手掌姿态传感器、示教灯，微处理器、扬声器、电源、上位机部分组成。

手套内层采用棉布材质，外层采用皮材质，中间夹层中固定了其余的部件，各电子元器件间通过可伸缩的导线连接。

手指姿态传感器部分选用霍尔传感器。在手套的每个手指指端部位固定一个霍尔传感器，手套的手掌部位，固定一小块磁铁，通过导线将霍尔传感器与手腕上的微处理器相连接，当手指弯曲时，微处理器可通过霍尔传感器检测到磁场强度变化从而判断手指是否弯曲，有几个手指同时弯曲。微处理器与霍尔传感器通过I2C进行通信。因为不论手在空间中如何移动，手掌心的小磁铁与指尖的霍尔传感器的相对位置是不变的，所以用户在使用时手可以随意移动，也不需要指尖去接触按压外在表面或做任何其他动作，仅需弯曲手指即可，这样用户便可以做到演奏歌唱舞蹈同步进行。

手掌姿态传感器部分，手掌姿态传感器选用陀螺仪和速度传感器组成，检测整个手套的上、下、左、右、前、后六个方向的活动情况，并将相应的活动转化为电信号后传送给微处理器，其固定于手套的掌背位置。

示教灯选用三色LED灯，共11个，5个固定于手套的每个手指端，另外6个固定于掌背部。

微处理器部分，采用单片机AT89C51作为微处理器，通讯模块采用蓝牙无线方式与上位机进行通讯。

电源部分采用电池供电，将其固定于手套的手腕附近，。

上位机部分，使用智能手机作为上位机，安装相应的手机APP应用软件，软件可以选择需要演奏的乐器类型、自定义音调的映射关系、示教音乐的设置、演奏的评分、录制分享等功能。例如用户启动录制分享模式后，微处理器会按时间记录用户弯曲的手指，即演奏的音乐，并生成简谱，供用户分析修改以及分享，用户启动演奏打分模式后，会匹配分析用户的演奏与标准乐曲的差别并进行打分反馈。

在音调的对应关系上，将五个手指单独动作及任意两个手指组合的两个组合，映射为“哆，睐，咪，发，嗦，拉，西”这七个音调，同时，将手掌姿态传感器的6个变量中的五个变量分别映射为低音域、次低音域、中音域、次高音域、高音域。手势与音调的映射关系通过上位机进行设置。按照上述设置，可以实现较广音域35个音调的实现。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种可识别手势的手套乐器，由手套（1）、5个手指姿态传感器（7）、手掌姿态传感器（2）、微处理器（4）、电源（5）、扬声器（6）组成，其特征在于，所述手套有五个指头，手套有内外两层，内外两层之间形成一个夹层，夹层中固定了手指姿态传感器、手掌姿态传感器、微处理器、扬声器、电源，所述手指姿态传感器、手掌姿态传感器、扬声器、电源分别与微处理器通过导线或电路相连接。

2.根据权利要求1所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，还包含存储器，它固定于手套的夹层中，它与微处理器通过导线或电路相连接。

3.根据权利要求1或2所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，所述手指姿态传感器有5个，置于手套夹层中的手指端位置，手指姿态传感器为六轴传感器、三轴磁场传感器、霍尔传感器、陀螺仪中的一种，手掌姿态传感器为六轴传感器，所述电源包含电池供电、USB线供电。

4.根据权利要求1或2所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，还包含通讯模块，其包含有线通讯、无线通讯两种方式。

5.根据权利要求4所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，还包含上位机，所述上位机是一种能够运行软件的硬件设备，包含PC机、手机、PAD。

6.根据权利要求1或2所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，每个手势对应的音调可通过上位机进行设置。

7.根据权利要求2所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，还包含示教LED灯（3），所述示教灯由置于手指上的5个LED灯和位于手背上的6个LED灯构成，LED灯与微处理器相连。

8.根据权利要求1所述的可识别手势的手套乐器，其特征在于，所述手套为单只或者一双，可单戴在一个手上操作，也可分别戴于左右两只手上，通过设置组合使用。