CN204891215U - 一种基于手势轨迹识别的玩具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于手势轨迹识别的玩具，通过设置手势轨迹识别机构，对用户的手势轨迹进行识别、根据用户的不同手势轨迹控制玩具的相应功能。无需使用遥控器或接触玩具，只需采用手势动作进行操作，操作简单、方便，而且可识别用户手势的划动轨迹，如向前、向后、向左、向右、画圈等手势动作，用户只需采用单次的手势即可实现多种不同的功能控制，大大提高了用户的体验感。

Description

一种基于手势轨迹识别的玩具

技术领域

本实用新型涉及一种玩具及其控制方法，特别是一种基于手势轨迹识别的玩具及其识别、控制方法。

背景技术

目前，一般的遥控玩具，通常只能够通过遥控器实现玩具的前后、上下运动，无法通过实现更好的互动性。

例如现有的玩具车、遥控飞行器，只能通过遥控控制其各个方位的运动，其互动性不够好。

申请人在先申请了一种红外手势感应式玩具及其应用实用新型专利，通过设置红外手势感应机构，将检测到用户的手势信号反馈给内置在玩具主体内的主控电路，主控电路控制玩具启动、切换运动模式或关机停止。

但是上述手势感应方式只是通过感应用户手势的有、无和用户手势的次数、手势维持时间的方式进行进行相应的功能控制，并没有对用户的手势轨迹进行识别的功能，使用上仍然不够方便。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能识别用户手势轨迹的玩具。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

一种基于手势轨迹识别的玩具，包括玩具主体和运动机构，所述玩具主体上设置有用于感应并识别用户手势轨迹的手势轨迹识别机构，所述手势轨迹识别机构包括手势轨迹识别处理器和多个分布设置于玩具主体上、用于感应用户手势停留位置的手势感应器，所述手势轨迹识别处理器与手势感应器连接获取用户的手势运动轨迹，并将用户手势运动轨迹反馈给内置在玩具主体内的主控电路，主控电路根据相应的用户手势运动轨迹控制玩具。

进一步，所述手势轨迹识别机构为红外手势轨迹识别机构，所述手势感应器包括红外手势信号接收器和多个红外手势信号发射器。红外手势信号发射器发射手势感应信号，红外手势信号接收器接收用户手势的反射信号，手势轨迹识别处理器通过红外手势信号接收器接收并识别由不同红外手势信号发射器所发射、经用户手势所反射的信号次序获知用户的手势运动轨迹。

优选地，所述红外手势信号接收器设置有一个，所述的多个红外手势信号发射器分布设置在红外手势信号接收器的四周。

进一步，作为上述的另一种改进，所述手势轨迹识别机构为电场感应手势轨迹识别机构，所述手势感应器包括用于产生电场的发送器电极和多个用于感应不同位置电场变化的接收器电极。所述手势轨迹识别处理器通过接收器电极接收并识别由于用户手势而产生的电场变化次序获知用户的手势运动轨迹。

进一步，所述手势感应器包括设置于玩具主体上的感应电极板，所述感应电极板为双层结构，所述的多个接收器电极设置于上层、所述发送器电极设置于下层。

具体地，所述主控电路和手势轨迹识别处理器分别设置或所述手势识别处理器集成在主控电路中。

进一步，所述玩具主体上还设置有用于反馈显示用户手势运动轨迹的显示模块，所述显示模块与主控电路连接。

进一步，所述玩具主体包括玩具壳体，所述显示模块包括由多个LED显示单元组成的LED显示矩阵，所述LED显示矩阵埋藏在玩具壳体下方，透过玩具壳体向外发射光线。

进一步，所述的多个LED显示单元分别设置于手势感应器相对应的位置上。当手势感应器依次感应到用户手势的停留位置后，主控电路实时点亮对应手势感应器LED显示单元和/或根据最终所识别的用户手势停留位置次序依次点亮LED显示单元。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用的一种基于手势轨迹识别的玩具，通过设置手势轨迹识别机构，对用户的手势轨迹进行识别、根据用户的不同手势轨迹控制玩具的相应功能。无需使用遥控器或接触玩具，只需采用手势动作进行操作，操作简单、方便，而且可识别用户手势的划动轨迹，如向前、向后、向左、向右、画圈等手势动作，用户只需采用单次的手势即可实现多种不同的功能控制，大大提高了用户的体验感。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型红外手势轨迹识别机构的结构视图；

图2是本实用新型红外手势轨迹识别机构的系统原理框图；

图3是本实用新型红外手势轨迹识别机构的手势轨迹识别原理图；

图4是本实用新型红外手势轨迹识别机构的手势控制原理图；

图5是本实用新型红外手势轨迹识别机构的具体手势控制实施例；

图6是本实用新型电场感应手势轨迹识别机构的结构视图；

图7是本实用新型电场感应手势轨迹识别机构的第一感应识别原理图；

图8是本实用新型电场感应手势轨迹识别机构的第二感应识别原理图；

图9是本实用新型四轴感应飞行器的第一实施例原理框图；

图10是本实用新型四轴感应飞行器的第二实施例原理框图；

图11是本实用新型玩具车的第一实施例原理框图；

图12是本实用新型玩具车的第二实施例原理框图；

图13是本实用新型四轴感应飞行器第一实施例的结构视图；

图14是图13的另一角度的结构视图；

图15是本实用新型四轴感应飞行器的第二实施例结构视图；

图16是本实用新型四轴感应飞行器的第三实施例结构视图；

图17是本实用新型玩具车的第一实施例结构视图；

图18是本实用新型玩具车的第二实施例结构视图；

图19是本实用新型红外手势轨迹识别机构的识别、控制方法流程图；

图20是本实用新型玩具车的第一使用状态视图；

图21是本实用新型玩具车的第二使用状态视图；

图22是本实用新型玩具车的第三使用状态视图；

图23是本实用新型玩具车的第四使用状态视图。

具体实施方式

参照图1-图18，本实用新型的一种基于手势轨迹识别的玩具，包括玩具主体和运动机构，所述玩具主体的上侧设置有手势轨迹识别机构，所述手势轨迹识别机构用于感应并识别用户手势轨迹，所述手势轨迹识别机构包括手势轨迹识别处理器和多个分布设置于玩具主体上、用于感应用户手势停留位置的手势感应器，所述手势轨迹识别处理器与手势感应器连接获取用户的手势运动轨迹，并将用户手势运动轨迹反馈给内置在玩具主体内的主控电路，主控电路根据相应的用户手势运动轨迹控制玩具，例如控制玩具开关机、控制运动机构向各个方向运动、切换运动模式等。

其中所述手势轨迹识别处理器、主控电路可独立分别设置，之间通过通信口进行通信，所述手势轨迹识别处理器也可集成在主控电路电路中，即主控电路同时负责用户手势轨迹的识别。上述两种方式可根据实际电路及元器件应用需求设定。

手势轨迹识别机构可以采用各种手势识别方式，例如参照图1至图5、图13、图17所示，为采用红外手势轨迹识别机构，本方案是根据红外线直线传输及被物体遮挡后反射的原理，检测红外线反射信号并确定红外线信号发射源的位置，然后根据多个发射信号源的信号被遮挡的顺序，确定障碍物（手）的位置及运动轨迹。

所述手势感应器包括红外手势信号接收器101和多个红外手势信号发射器102。具体地，本实施例中设置有四个红外手势信号发射器102及其共用的一个红外手势信号接收器101，并由手势轨迹识别处理器控制红外手势信号发射器102发射手势感应信号，控制红外手势信号接收器101接收用户手势的反射信号，并对手势信号进行分析处理。

参照图1、4、5、13、17所示，所述的多个红外手势信号发射器102分布设置在红外手势信号接收器101的四周，这样设置是为了让四个红外手势信号发射器102的距离大致相等，以确保4个方向对红外线号的反射及检测性能大体一致。

参照图3所示，各个红外手势信号发射器102轮流发射红外手势信号，这样就知道哪个发射器的信号被反射到接收器了，从而知道障碍物在哪个发射器上方，然后再根据障碍物（手）在各个发射器上方出现的先后顺序，即可判断出障碍物（手）的运动方向和轨迹。

参照图4所示，列出了部分可识别的障碍物运动轨迹。根据这些不同的运动轨迹，可产生不同的控制命令，控制其他的物体或事件。如果这个障碍物是手，那就可实现手势控制物体或事件的功能。

参照图5所示，所述的四个红外手势信号发射器102包括分布设置在红外手势信号接收器101四周的第一红外手势信号发射器、第二红外手势信号发射器、第三红外手势信号发射器和第四红外手势信号发射器，每轮信号检测完毕，根据信号记录器内记录之发射器序号数量和先后顺序，形成不同排列，并转化成不同指令信号。

例如，信号记录器记录之信号顺序为1-2-3-4，或者1-3-2-4，则对应手势为沿图5之①号箭头方向运动，可转换为指令1；

如记录信号顺序为4-3-2-1，或4-2-3-1，则对应手势为沿图5之②号箭头方向运动，可转换为指令2；

如记录信号为3-4，则对应手势为沿图5之③号箭头方向运动，可转换为指令3；

如记录信号为4-3，则对应手势为沿图5之④号箭头方向运动，可转换为指令4，依此类推。

由运动手势所产生之指令，即可用来控制其他物体之动作或事件。

以手势控制小车运动应用实例，根据上述手势轨迹识别方法，可以识别出如图20至图23所示四种手势，可方便控制小车前进、后退、左转、右转。这几个手势只是举例，是实际可实现的许多手势识别种类中的一小部分。

本实用新型红外手势轨迹识别机构可用于多种类型的玩具，参照图13、14所示，为四轴感应飞行器的第一实施例，所述玩具主体包括机体301和设置于机体301四周的四根飞行杆302，所述飞行杆302的末端设置有有用于驱动飞行器垂直升降、旋转运动或转向或偏向飞行的驱动电机303，所述驱动电机303连接有风叶304，为所述的运动机构，所述红外手势轨迹识别机构设置于机体301顶部的中心位置，机体301的下方设置有用于检测飞行器的飞行高度的高度检测红外线发射端305及用于接收高度检测红外线发射端305的反射信号的红外线接收端306，通过高度检测红外线发射端305及红外线接收端306能实时检测当前飞行器的飞行高度。当然，除了上述高度检测方法外，还可以采用超声波高度检测、气压高度检测、传感器MEMS等方式，对于上述高度检测的方式，综合成本和使用效果来说，优选采用超声波测距的方式，申请人在先已申请相关专利，在此不再详细叙述。

本实施例的电路原理图参照图8所示，包括主控电路（在本实施例中，所述手势识别轨迹处理器集成在主控电路中），还包括分别与主控电路连接的顺时针旋转电机、逆时针旋转电机、高度检测红外线发射端、高度红外线接收端、指示灯、电源电路、四周红外手势信号接收器、红外手势信号发射器。

用户通过在机体301上方用障碍物（手）做出手势动作，主控电路通过红外手势轨迹识别机构识别用户的手势动作，并对四轴感应飞行器运动机构作出如前进、后退、左转、右转、上升、下降、翻滚等动作。

参照图17所示，为玩具车的第一实施例，所述玩具主体包括车体401和设置于车体401底部的车轮402，为所述的运动机构，所述车体401内设置有驱动车轮402前进的车轮驱动电机和驱动车轮402转向的转向驱动电机，车体401的上端设置有红外手势轨迹识别机构。

本实施例的电路原理图参照图11所示，包括主控电路（在本实施例中，所述手势识别轨迹处理器集成在主控电路中），还包括分别与主控电路连接的车轮驱动电机、转向驱动电机、喇叭、指示灯、电源电路、四周红外手势信号接收器、红外手势信号发射器。所述车轮驱动电机、转向驱动电机、喇叭等具体玩具器件可根据实际需要删减或替换其它功能部件，以便通过手机轨迹进行相应的控制。

用户通过在车体401上方用障碍物（手）做出手势动作，主控电路通过红外手势轨迹识别机构识别用户的手势动作，并对玩具车运动机构作出如前进、后退、左转、右转等动作。

当然上述只是具体应用玩具的举例，本实用新型手势轨迹识别机构可应用于各种玩具中，并不限于上述实施例。

所述手势轨迹识别机构除了采用红外手势轨迹识别机构外，还可以采用电场感应手势轨迹识别机构。参照图6、7、、8、15、18所示，所述手势感应器包括用于产生电场的发送器电极201和多个用于感应不同位置电场变化的接收器电极202。所述手势轨迹识别处理器通过接收器电极202接收并识别由于用户手势而产生的电场变化次序获知用户的手势运动轨迹。

参照图6和图7所示，所述手势感应器包括设置于玩具主体上的感应电极板203，所述感应电极板203为双层结构，所述的多个接收器电极202设置于上层、所述发送器电极201设置于下层。当用户采用手靠近接收器电极202时，接收器电极202会检测到不同位置的电场变化，从而利用该信息识别用户的手势停留位置及具体手势轨迹。

同样地，所述电场感应手势轨迹识别机构也可以应用于上述的四轴感应飞行器和玩具车中，例如参照图15所示，为四轴感应飞行器的第二实施例，所述红外手势轨迹识别机构替换成上述的电场感应手势轨迹识别机构。

再例如参照图18所示，为玩具车的第二实施例，所述红外手势轨迹识别机构替换成上述的电场感应手势轨迹识别机构。

参照图10所示，为四轴感应飞行器第二实施例的电路原理框图，本实施例中手势识别轨迹处理器和主控电路独立设置，其之间通过通信口通信连接，所述发送器电极与接收器电极与手势识别轨迹处理器连接，还包括与主控电路连接的顺时针旋转电机、逆时针旋转电机、高度检测红外线发射端、高度红外线接收端、指示灯、电源电路。

用户通过在机体301上方做出手势动作，主控电路通过电场手势轨迹识别机构识别用户的手势动作，并对四轴感应飞行器运动机构作出如前进、后退、左转、右转、上升、下降、翻滚等动作。

同理，参照图12所示，为玩具车第二实施例的电路原理框图，所述手势识别轨迹处理器和主控电路独立设置，其之间通过通信口通信连接，所述发送器电极与接收器电极与手势识别轨迹处理器连接，还包括与主控电路连接的车轮驱动电机、转向驱动电机、喇叭、指示灯、电源电路。

用户通过在车体401上方做出手势动作，主控电路通过电场手势轨迹识别机构识别用户的手势动作，并对玩具车运动机构作出如前进、后退、左转、右转等动作。

另外，参照图10、所述玩具主体上还设置有用于反馈显示用户手势运动轨迹的显示模块501，所述显示模块501与主控电路连接。所述玩具主体包括玩具壳体，所述显示模块501包括由多个LED显示单元组成的LED显示矩阵，所述LED显示矩阵埋藏在玩具壳体下方，透过玩具壳体向外发射光线。当手势感应器依次感应到用户手势的停留位置后，主控电路实时点亮对应手势感应器LED显示单元和/或根据最终所识别的用户手势停留位置次序在LED显示矩阵上显示相应的手势图案。让用户直观地知道、确认刚才输入的手势动作轨迹，实用性和体验感更好。

一种基于手势轨迹识别的玩具的识别、控制方法，所述玩具主体上设置有用于感应并识别用户手势轨迹的手势轨迹识别机构，所述手势轨迹识别机构包括手势轨迹识别处理器和多个分布设置于玩具主体上、用于感应用户手势停留位置的手势感应器，通过分布设置于玩具主体上的手势感应器感应用户手势停留位置，并根据在玩具主体不同位置的手势感应器感应次序获取用户的手势运动轨迹，识别相应手势运动轨迹所对应的控制指令，主控电路根据控制指令控制玩具的运行。

具体地，参照18所示，以下以红外手势轨迹识别机构对系统的识别、控制方法进行详细描述：

本实用新型包括手势时间间隔T1和定时扫描时间间隔T2，所述定时扫描时间间隔T2为识别用户手势轨迹的时间间隔，手势时间间隔T1为用户在规定时间内输入手势信号的时间间隔，手势轨迹识别处理器按照定时扫描时间间隔定时启动手势感应器，用户在规定手势时间间隔内完成手势输入。通过设定手势时间间隔T1，使系统可识别更多位置信息的手势输入，只需手势的输入时间在手势时间间隔T1的范围内即可。通过设定定时扫描时间间隔T2，采用定时扫描的方式，不仅能减少整体的能耗，而且能避免手势输入时间的凌乱。

启动后，设置手势间隔时间T1之最大值为T1M，设置定时扫描时间间隔T2之标准为T2M，开启T1、T2增量计时。然后清空信号记录器中的记录，以便存储新的记录信息。

当T2≥T2M时，重置T2为0，红外手势信号发射器102依次发射手势信号，当收到某个发射器的反射信号后，T1清零，若当前信号禁入标志已经设置，则不记录当前输入记录，若信号禁入标志未设置，则按先后顺序记入信号记录器，若与已有记录重复，则忽略当前记录，这样操作是为了避免由于用户手势在某个发射器上停留时间过长而出现重复记录的情况。

以下有两种情况，第一种是，当用户在手势时间间隔内完成规定上限条数（如4条）的手势位置，由于识别条数达到上限，后面的手势输入不应该记入到信号记录器中，因此这时通过设置信号禁入标志，防止再记录新的手势位置信息，然后根据信号记录器内记录的手势感应器序号数量和先后顺序，形成不同排列，并转化成不同指令信号。

当T1≥T1M，表示用户没有新的手势输入，这时若信号禁入标志已设置，则清除信号禁入标志，若信号禁入标志没有设置，则进行指令信号转化处理。

其中电场感应手势轨迹识别机构和上述红外手势轨迹识别机构相一致，这两种的手势识别方案都是可以互相替换的。

另外对于设置有用于反馈显示用户手势运动轨迹的显示模块501，当用户输入手势运动轨迹后，所述显示模块501反馈显示刚才用户输入的手势运动轨迹。

具体地，所述显示模块501包括由多个LED显示单元组成的LED显示矩阵，当手势感应器依次感应到用户手势的停留位置后，主控电路实时点亮对应手势感应器LED显示单元和/或根据最终所识别的用户手势停留位置次序在LED显示矩阵上显示相应的手势图案。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：包括玩具主体和运动机构，所述玩具主体上设置有用于感应并识别用户手势轨迹的手势轨迹识别机构，所述手势轨迹识别机构包括手势轨迹识别处理器和多个分布设置于玩具主体上、用于感应用户手势停留位置的手势感应器，所述手势轨迹识别处理器与手势感应器连接获取用户的手势运动轨迹，并将用户手势运动轨迹反馈给内置在玩具主体内的主控电路，主控电路根据相应的用户手势运动轨迹控制玩具。

2.根据权利要求1所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述手势轨迹识别机构为红外手势轨迹识别机构，所述手势感应器包括红外手势信号接收器和多个红外手势信号发射器。

3.根据权利要求2所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述红外手势信号接收器设置有一个，所述的多个红外手势信号发射器分布设置在红外手势信号接收器的四周。

4.根据权利要求1所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述手势轨迹识别机构为电场感应手势轨迹识别机构，所述手势感应器包括用于产生电场的发送器电极和多个用于感应不同位置电场变化的接收器电极。

5.根据权利要求4所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述手势感应器包括设置于玩具主体上的感应电极板，所述感应电极板为双层结构，所述的多个接收器电极设置于上层、所述发送器电极设置于下层。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述主控电路和手势轨迹识别处理器分别设置或所述手势识别处理器集成在主控电路中。

7.根据权利要求1-5任一所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述玩具主体上还设置有用于反馈显示用户手势运动轨迹的显示模块，所述显示模块与主控电路连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于手势轨迹识别的玩具，其特征在于：所述玩具主体包括玩具壳体，所述显示模块包括由多个LED显示单元组成的LED显示矩阵，所述LED显示矩阵埋藏在玩具壳体下方，透过玩具壳体向外发射光线。