CN204790857U - 一种手势控制器及一种虚拟现实系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种手势控制器及一种虚拟现实系统，手势控制器用于控制主机，包括指部跟踪器、定位部、连接件、处理器和操纵件，指部跟踪器和处理器电连接，指部跟踪器和处理器固定在定位部上，操纵件通过连接件可拆卸的与定位部相连，其中：指部跟踪器，用于监测指部的状态信息，并将监测到的状态信息传递给处理器；操纵件，用于对其指控、触摸后生成主机的控制信号；处理器，用于将指部跟踪器发送的状态信息转换成输出信号发送给主机；定位部，用于将指部跟踪器和处理器固定在手部。本实用新型能够提高体验的自由度，手掌处于展平状态，也能够对主机进行相关的控制，从而可更好/地实现人机互动，提高参与者的乐趣。

Description

一种手势控制器及一种虚拟现实系统

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实领域，特别是涉及一种手势控制器及一种虚拟现实系统。

背景技术

随着娱乐产业、视讯控制产业等的蓬勃发展，对向主机输入操作信息的输入装置需求也随之大增。现有输入装置，如控制器，其主要通过操作控制器上相应的按键进行信号的输入。但是，该种按键的操作过于呆板且互动性不佳，参与者必须用手握住直接操控按键，才能进行参与者融入视讯显示界面中。该种控制器的输入方式不够友善，造成使用者在玩这类时难以尽兴，无法尽情融入到情景中达到休闲娱乐的作用。如在参与者无法实时将手势信息直接反馈给主机中。因此，有必要提供一种可更好地实现人机互动，提高参与者的乐趣的手套。

申请号为201010131895.4的中国专利提供一种游戏手套，包括手套本体以及微机电压力感测模组。该手套本体包括手腕部、掌心部以及手指部。该微机电压力感测模组包括手指压力感应囊、第一微机电压力传感器、处理单元以及为该处理单元供电的供电单元。该手指压力感应囊设置在该手指部，该手指压力感应囊在该手指部弯曲时承受相应的压力。该第一微机电压力传感器与该手指压力感应囊相连以感测该手指压力感应囊承受的压力并将该压力转换成压力感测信号。该处理单元与该第一微机电压力传感器相连以获取该压力感测信号。但现有技术只是将手势信号反馈到主机中，存在无法进一步提供较大自由度控制的体验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种手势控制器，能够提供较大自由度控制的体验。如在展开手指后，控制器与手脱离接触，也能够进行控制。从而可更好地实现人机互动，提高参与者的乐趣。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：

一种手势控制器，用于控制主机，包括指部跟踪器、定位部、连接件、处理器和操纵件，指部跟踪器和处理器电连接，指部跟踪器固定在定位部上，操纵件通过连接件可拆卸的与定位部相连。

其中：指部跟踪器，用于监测指部的状态信息，并将监测到的状态信息传递给处理器；

操纵件，用于对其指控后生成主机的控制信号；

处理器，用于将指部跟踪器发送的状态信息和操纵件生成的控制信号处理后发送给主机。

其中，连接件可以是魔术贴或套筒。

前述的一种手势控制器中，所述指部跟踪器包括加速度传感器、角速度传感器、磁力计和微处理器，所述的加速度传感器、角速度传感器和磁力计分别与微处理器电连接；所述处理器固定在定位部上。所述状态信息包括手势弯曲信息和指间位置信息，所述操纵件生成的控制信号包括按键信息、扳机的行程信息、摇杆的方向信息、触摸板的定位、压力信息和距离感应信息中的一种或多种。

其中，加速度传感器用于测量手掌位移时的加速度信号，角速度传感器用于测量手掌旋转的角速度信号，磁力计用于测量地磁信号。微处理器接收加速度信号、角速度信号及地磁信号，对角速度信号进行积分，生成方位信息。然后根据加速度信号及地磁信号对积分误差进行修正，生成修正的方位信息，并将所述的地磁信号、加速度信号及方位信息修正的输出给主机的中央处理器。中央处理器通过数据传输总线连接微处理器，接收微处理器输出的地磁信号、加速度信号及修正的方位信息，进一步处理后生成位移信息。

前述的一种手势控制器中，所述指部跟踪器包括第一触觉反馈器，第一触觉反馈器和处理器电连接。所述处理器接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到指部跟踪器中，产生触觉反馈。

前述的一种手势控制器中，还包括第二触觉反馈器，第二触觉反馈器安装在定位部上，第二触觉反馈器和处理器电连接。所述处理器接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到定位部中，产生触觉反馈。

前述的一种手势控制器中，还包括第三触觉反馈器，第三触觉反馈器安装在操纵件上，第三触觉反馈器和处理器电连接。所述处理器接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到操纵件中，产生触觉反馈。

通过在指部跟踪器、定位部和操纵件上均设置触觉反馈器，能够给用户更多的触觉反馈，从而给用户更加逼真的体验。当用户接触并操作计算机生成的虚拟物体时触觉反馈器会发生震动，给用户更加真切的体验。

前述的一种手势控制器中，定位部成分指手套状，指部跟踪器位于定位部的背部的手指部。

前述的一种手势控制器中，定位部还包括腕部定位环，操纵件安装在分指手套状的定位部的掌心位置处，连接件一端连接腕部定位环，另一端与操纵件可拆卸式连接。

前述的一种手势控制器中，定位部成指环状。

前述的一种手势控制器中，连接件为软性套筒、卡接式部件或黏贴式部件，连接件一端与分指手套状的定位部的指部相连，另一端与操纵件相连。

前述的一种手势控制器中，操纵件的数量大于或者等于1，且至少一个操纵件成棒状、球状或环状。

本实用新型还提供了一种虚拟现实系统，包括头部显示器、主机和以上所述的手势控制器,头部显示器和处理器无线通讯连接或通过导线相连，主机和头部显示器电连接。

与现有技术相比，本实用新型能够提高操作体验的自由度，可以通过手势对主机进行相关操作，并且即使手掌处于展平状态，操纵件也不会从手上脱落，也就是说，手掌处于展平状态，也能够对主机进行相关的控制，从而可更好地实现人机互动，提高参与者的乐趣。

附图说明

图1是定位部的一种实施例的结构示意图；

图2是定位部的另一种实施例的结构示意图；

图3是定位部的又一种实施例的结构示意图；

图4是定位部、连接件和操纵件的一种实施例的配合方式示意图；

图5是本实用新型的手势控制器的连接方式示意图；

图6是手势控制器的一种实施例的部分元件连接关系示意图；

图7是本实用新型的虚拟现实系统的信号传递方式示意图；

图8虚拟现实系统的控制原理示意图；

图9是棒状操纵件的一种实施例的结构示意图；

图10是连接件的一种实施例的结构示意图。

附图标记：1-定位部，2-操纵件，3-连接件，4-指部跟踪器，5-加速度传感器，6-角速度传感器，7-磁力计，8-微处理器，9-处理器，10-第一触觉反馈器，11-第二触觉反馈器，12-第三触觉反馈器，13-腕部定位环。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。

具体实施方式

本实用新型的实施例1：如图1至图6所示，一种手势控制器，用于控制主机，包括指部跟踪器4、定位部1、连接件3、处理器9和操纵件2，指部跟踪器4和处理器9电连接，指部跟踪器4固定在定位部1上，操纵件2通过连接件3可拆卸的与定位部1相连，其中：

指部跟踪器4，用于监测指部的状态信息，并将监测到的状态信息传递给处理器9；

操纵件2，用于对其指控后生成主机的控制信号；可以理解为，所述指控可以包括指部控制和/或被控制动作、指部触摸动作、指部感应动作等。

处理器9，用于将指部跟踪器4发送的状态信息和操纵件2生成的控制信号处理后发送给主机。

指部跟踪器4包括加速度传感器5、角速度传感器6、磁力计7和微处理器8，所述的加速度传感器5、角速度传感器6和磁力计7分别与微处理器8电连接；所述处理器9固定在定位部1上；所述状态信息包括手势弯曲信息和指间位置信息，所述操纵件2生成的控制信号包括按键信息、扳机的行程信息、摇杆的方向信息、触摸板的定位、压力信息和距离感应信息中的一种或多种。

指部跟踪器4包括第一触觉反馈器10，第一触觉反馈器10和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到指部跟踪器4中，产生触觉反馈。

还包括第二触觉反馈器11，第二触觉反馈器11安装在定位部1上，第二触觉反馈器11和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到定位部1中，产生触觉反馈。

还包括第三触觉反馈器12，第三触觉反馈器12安装在操纵件2上，第三触觉反馈器12和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到操纵件2中，产生触觉反馈。

定位部1成分指手套状，指部跟踪器4位于定位部1的背部的手指部，指部跟踪器4也可以设置在定位部1的手心处或手背处，还可以设置在定位部1内。

定位部1还包括腕部定位环13，操纵件2安装在分指手套状的定位部1的掌心位置处，连接件3一端连接腕部定位环13，另一端与操纵件2可拆卸式连接。

连接件3为软性套筒，连接件3一端与分指手套状的定位部1的指部相连，另一端与操纵件2相连。

操纵件2的数量大于或者等于1，且至少一个操纵件2成棒状，连接件3可以成凹字形，凹字形的连接件3用于卡接棒状的操纵件2(见图9和图10)。

实施例2：如图1至图6所示，一种手势控制器，用于控制主机，包括指部跟踪器4、定位部1、连接件3、处理器9和操纵件2，指部跟踪器4和处理器9电连接，指部跟踪器4固定在定位部1上，操纵件2通过连接件3可拆卸的与定位部1相连，其中：

指部跟踪器4，用于监测指部的状态信息，并将监测到的状态信息传递给处理器9；

操纵件2，用于对其指控后生成主机的控制信号；

处理器9，用于将指部跟踪器4发送的状态信息和操纵件2生成的控制信号处理后发送给主机。

指部跟踪器4包括加速度传感器5、角速度传感器6、磁力计7和微处理器8，所述的加速度传感器5、角速度传感器6和磁力计7分别与微处理器8电连接；所述处理器9固定在定位部1上；所述状态信息包括手势弯曲信息和指间位置信息，所述操纵件2生成的控制信号包括按键信息、扳机的行程信息、摇杆的方向信息、触摸板的定位、压力信息和距离感应信息中的一种或多种。

指部跟踪器4包括第一触觉反馈器10，第一触觉反馈器10和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到指部跟踪器4中，产生触觉反馈。

还包括第二触觉反馈器11，第二触觉反馈器11安装在定位部1上，第二触觉反馈器11和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到定位部1中，产生触觉反馈。

还包括第三触觉反馈器12，第三触觉反馈器12安装在操纵件2上，第三触觉反馈器12和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到操纵件2中，产生触觉反馈。

其特征在于，定位部1成指环状。

操纵件2的数量大于或者等于1，且至少一个操纵件2成球状，连接件3可以成凹字形，凹字形的连接件3用于卡接球状的操纵件2(见图10)。

实施例3：如图1至图6所示，一种手势控制器，用于控制主机，包括指部跟踪器4、定位部1、连接件3、处理器9和操纵件2，指部跟踪器4和处理器9电连接，指部跟踪器4固定在定位部1上，操纵件2通过连接件3可拆卸的与定位部1相连，其中：

指部跟踪器4，用于监测指部的状态信息，并将监测到的状态信息传递给处理器9；

操纵件2，用于对其指控后生成主机的控制信号；

处理器9，用于将指部跟踪器4发送的状态信息和操纵件2生成的控制信号处理后发送给主机。

指部跟踪器4包括加速度传感器5、角速度传感器6、磁力计7和微处理器8，所述的加速度传感器5、角速度传感器6和磁力计7分别与微处理器8电连接；所述处理器9固定在定位部1上；所述状态信息包括手势弯曲信息和指间位置信息，所述操纵件2生成的控制信号包括按键信息、扳机的行程信息、摇杆的方向信息、触摸板的定位、压力信息和距离感应信息中的一种或多种。

指部跟踪器4包括第一触觉反馈器10，第一触觉反馈器10和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到指部跟踪器4中，产生触觉反馈。

还包括第二触觉反馈器11，第二触觉反馈器11安装在定位部1上，第二触觉反馈器11和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到定位部1中，产生触觉反馈。

还包括第三触觉反馈器12，第三触觉反馈器12安装在操纵件2上，第三触觉反馈器12和处理器9电连接；所述处理器9接受外部动作驱动信息，并将动作驱动信息反馈到操纵件2中，产生触觉反馈。

定位部1成分指手套状，指部跟踪器4位于定位部1的背部的手指部。

定位部1还包括腕部定位环13，操纵件2安装在分指手套状的定位部1的掌心位置处，连接件3一端连接腕部定位环13，另一端与操纵件2可拆卸式连接。

连接件3为黏贴式部件，连接件3一端与分指手套状的定位部1的指部相连，另一端与操纵件2相连。

操纵件2的数量大于或者等于1，且至少一个操纵件2成环状。

如图7和图8所示，本实用新型还公开了一种虚拟现实系统应用于游戏视频显示控制领域中，包括头部显示器、主机和以上实施例所述的一种手势控制器,头部显示器和处理器9无线通讯连接或通过导线相连，主机和头部显示器电连接。

本实用新型的一种实施例的工作原理：本实用新型通过将定位部1和操纵件2以连接件3可拆卸的连接在一起，能够将操纵件2固定在定位部1上，即使不用手握住操纵件2，操纵件2也能够位于手附近，所以，用户不用手握操纵件2，也能够通过操纵件2控制的主机。从而提高手势操作的自由度，使得操纵件2与手脱离接触后，仍然可以方便的操控主机，能够更好地实现人机互动。本申请实施例中的虚拟现实系统中，由于操纵件与定位部的可拆卸接口设计，使得接口可以实现标准化。进而即使不同的操纵者，如不同的大人、小孩，不同胖瘦、不同位置的使用者可以通过标准化的可拆卸接口实现迅速切换。这样通过不同大小、位置的肢体实现快速切换，特别是在多人操纵时的迅速切换，极大的增加体验感。

定位部1可以是集成有处理器的手套式器件，定位部1接收到指部跟踪器4与操纵件2的控制信号后，以无线或有线方式连接主机的虚拟环境仿真器的接口上，输出控制信号。虚拟环境仿真器通过多个信号接口以无线或有线方式连接到第一触觉反馈器、第二触觉反馈器和第三触觉反馈器。指部跟踪器4可以通过粘扣带裹附在手指上，或者定位部1包括指环状的结构，指部跟踪器4通过指环状的结构固定在用户的手指上。通过指部跟踪器4收集各种手势信息，如：手掌的位移信息、手势弯曲信息、指间距离信息等。

虚拟环境仿真器产生一个3D虚拟环境，该虚拟环境包括一个虚拟场景，如原野、建筑物内等，一个与用户对应的角色以及一系列的虚拟对象如物品、动物等。当仿真软件运行后，它会产生一个虚拟环境，这个环境包括一个虚拟场景，如原野、建筑物内等，一个与用户对应的虚拟角色以及一系列的虚拟对象如物品、动物等。三者之间可以如真实世界一样进行相互作用并符合一定的真实世界的物理联系。虚拟环境仿真器产生一个对应于用户的虚拟角色以及环绕该虚拟角色的虚拟环境，并把接收到的所述方位信息及位移信息映射到所述虚拟角色上，从而使虚拟角色同步产生现实中人体相同的动作。

根据虚拟角色的视角以及虚拟角色与虚拟环境的相互作用情况，虚拟环境仿真器可以把对应的视频、音频、力及触觉控制信号分别通过的不同的信号接口发送给第一触觉反馈器、第二触觉反馈器和第三触觉反馈器，产生触觉反馈到人体。

定位部1接收到指部跟踪器4与操纵件2的控制信号后，以无线或有线方式连接虚拟环境仿真器的接口上，把指部跟踪器4捕捉到手势状态动作；指间状态动作等完整的信息代入虚拟世界，当现实世界人体产生运动时，虚拟世界的角色同步地产生相应的动作。

另外定位部1还通过的触觉反馈器接收虚拟环境仿真器根据虚拟世界人体与外界的相互作用信息，从而提供现实世界中人体在虚拟世界中的感知。例如，当手指接触到虚拟环境中的枪支时，通过接口控制相应的力反馈器件或者电刺激贴片等致动器件使现实世界中的人体产生相应的力的感知。比如，在虚拟环境中去抓一个物体，定位部1还通过的触觉反馈器接收虚拟环境仿真器产生一个控制信号，进而实现力反馈手套上控制手套相应部位的驱动器产生力作用到人手的相应部位，使人产生真的抓住了那个物体的感觉。

为进一步说明本实用新型与现有技术的不同，结合上述场景，特别的说明本实用新型通过具有套设于四肢的定位部1，进一步通过连接件3实现了定位部1与操纵件2可拆卸式连接，提高了手势操作的自由度，使得控制器与手脱离接触后，仍然可以方便的操控控制器，在不脱离控制器的同时能够进行抓取等动作，手掌不用握住控制器，控制器也不会脱离手指的操作范围。进而在3D虚拟环境中手势的姿态、手指的动作可以结合具体的应用场景做更自由的动作提现，更好地实现人机互动，提高参与者体验虚拟环境的乐趣和自由度。

Claims (11)

1.一种手势控制器，用于控制主机，其特征在于，包括指部跟踪器(4)、定位部(1)、连接件(3)、处理器(9)和操纵件(2)，所述的指部跟踪器(4)固定在定位部(1)上并与处理器(9)电连接，操纵件(2)通过连接件(3)可拆卸的与定位部(1)相连。

2.根据权利要求1所述的一种手势控制器，其特征在于，所述的指部跟踪器(4)包括加速度传感器(5)、角速度传感器(6)、磁力计(7)和微处理器(8)，所述的加速度传感器(5)、角速度传感器(6)和磁力计(7)分别与微处理器(8)电连接；所述处理器(9)固定在定位部(1)上。

3.根据权利要求1所述的一种手势控制器，其特征在于，所述的指部跟踪器(4)包括第一触觉反馈器(10)，第一触觉反馈器(10)和处理器(9)电连接。

4.根据权利要求3所述的一种手势控制器，其特征在于，还包括第二触觉反馈器(11)，第二触觉反馈器(11)安装在定位部(1)上，第二触觉反馈器(11)和处理器(9)电连接。

5.根据权利要求4所述的一种手势控制器，其特征在于，还包括第三触觉反馈器(12)，第三触觉反馈器(12)安装在操纵件(2)上，第三触觉反馈器(12)和处理器(9)电连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种手势控制器，其特征在于，定位部(1)成分指手套状，指部跟踪器(4)位于定位部(1)的背部的手指部。

7.根据权利要求6所述的一种手势控制器，其特征在于，定位部(1)还包括腕部定位环(13)，操纵件(2)安装在分指手套状的定位部(1)的掌心位置处，连接件(3)一端连接腕部定位环，另一端与操纵件(2)可拆卸式连接。

8.根据权利要求5所述的一种手势控制器，其特征在于，定位部(1)成指环状。

9.根据权利要求6所述的一种手势控制器，其特征在于，连接件(3)为软性套筒、卡接式部件或黏贴式部件，连接件(3)一端与分指手套状的定位部(1)的指部相连，另一端与操纵件(2)相连。

10.根据权利要求6所述的一种手势控制器，其特征在于，操纵件(2)的数量大于或者等于1，且至少一个操纵件(2)成棒状、球状或环状。

11.一种虚拟现实系统，其特征在于，包括头部显示器、主机和权利要求1至10任一项所述的手势控制器,头部显示器和处理器(9)无线通讯连接或通过导线相连，主机和头部显示器电连接。