CN207690015U

CN207690015U - 一种基于九轴传感器的手势识别系统

Info

Publication number: CN207690015U
Application number: CN201721744338.3U
Authority: CN
Inventors: 佴昆
Original assignee: Shanghai Huicheng Science And Education Equipment Ltd By Share Ltd
Current assignee: Shanghai Huicheng Science And Education Equipment Ltd By Share Ltd
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2027-12-14

Abstract

一种基于九轴传感器的手势识别系统，本实用新型涉及手势动作捕捉技术领域；FPC柔性电路板设置在数据手套本体的内部，且与数据手套本体相匹配贴合设置；所述的九轴传感器固定在FPC柔性电路板上，且分别分设在数据手套本体的手掌心处以及每根手指的关节上下两侧处；所述的数据处理组件设置在外壳内，外壳设置在数据手套的手腕下端；所述的电源组件与数据处理组件连接；所述的数据处理组件与数据接收组件连接，数据接收组件与手势识别组件连接。通过九轴传感器矩阵进行数据补偿，使得误差在五度以内，可穿戴式，兼具使用灵活性，通用性强，方便上层应用进行开发，具有高精度、高可靠性、灵活性兼具适用强的优点。

Description

一种基于九轴传感器的手势识别系统

技术领域

本实用新型涉及手势动作捕捉技术领域，具体涉及一种基于九轴传感器的手势识别系统。

背景技术

在人机交互领域多种交互方式中，通过手势进行的交互，是无疑是最重要的交互方式之一。手势动作较起其他交互方式，更为方便和直接。随着计算机技术的快速发展，手势交互的应用场景越来越多,出现了多种动作捕捉技术,目前大多数动作捕捉应用中采用通过多个不同角度的摄像头拍摄到的不同角度的图像，再进行图像处理，从而识别出运动状态。这种技术的局限在于容易受到环境光线及摄像头距离的远近影响，容易出像识别不准确的问题，而且灵活性较差。采用数据手套进行手部动作捕捉,不但可以跟踪测试穿戴灵活的手势姿态变化，实时将地将数据传送到数据处理单元，而且同时实现系统中呈现手部运动.这样可以提高人机交互的效率,极大地丰富了内容的设计，提升用户的体验感。数据手套是有多种实现方法，大多都是基于微惯性传感器加弯曲度传感器的方法，这种方法受弯曲传感器的限制，它不能定量地去测量手部的弯曲度，更大的缺陷是它随着使用次数的增加,弯曲度传感器容易产生形变，而且过程是不可逆转的，随着使用次数的增加，准确性变差，亟待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的基于九轴传感器的手势识别系统，通过九轴传感器矩阵进行数据补偿，使得误差在五度以内，可穿戴式，兼具使用灵活性，通用性强，方便上层应用进行开发，具有高精度、高可靠性、灵活性兼具适用强的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含数据手套、九轴传感器、数据处理组件、数据接收组件、手势识别软件、电源组件和外壳构成；数据手套由数据手套本体和FPC柔性电路板构成，其中，FPC柔性电路板设置在数据手套本体的内部，且与数据手套本体相匹配贴合设置；所述的九轴传感器固定在FPC柔性电路板上，且分别分设在数据手套本体的手掌心处以及每根手指的关节上下两侧处；所述的数据处理组件设置在外壳内，外壳设置在数据手套的手腕下端；所述的数据处理组件由电路板、无线数据传输组件和FPC连接器构成；其中电路板上设有ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器，该ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器与无线数据传输组件连接，同时，该ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器与九轴传感器连接，FPC连接器与FPC柔性电路板的延长线连接；所述的电源组件与数据处理组件连接；所述的数据处理组件与数据接收组件连接，数据接收组件与手势识别组件连接。

进一步地，所述的数据手套的腕带穿过外壳上的穿孔后，缠绕粘设在外壳的外部。

进一步地，所述的电源组件由电源板、锂电池和稳压电路构成，其中稳压电路焊接在电源板上，锂电池通过电源接口插接在电源组件上，电源板焊接固定在数据处理组件上。进一步地，所述的数据接收组件由RF射频组件及USB接口组成，RF射频组件和USB接口均焊接在数据接收组件中的数据接收器上，同时数据接收组件通过USB接口与PC或者智能终端连接。

进一步地，所述的手势识别组件由底层驱动软件及手势识别软件组成，底层驱动软件负责与USB底层硬件通讯，手势识别软件负责数据的处理及运算；手势识别软件通过系统USB API获取数据；手势识别软件通过DLL文件对外提供服务。

进一步地，所述的分设在数据手套本体每根手指的关节上下两侧处的两个九轴传感器为一组IIC总线，所述的分设在数据手套本体的手掌心处的九轴传感器单独使用一组IIC总线。

采用上述结构后，本实用新型有益效果为：本实用新型所述的一种基于九轴传感器的手势识别系统，通过九轴传感器矩阵进行数据补偿，使得误差在五度以内，可穿戴式，兼具使用灵活性，通用性强，方便上层应用进行开发，具有高精度、高可靠性、灵活性兼具适用强的优点，本实用新型具有结构简单，设置合理，制作成本低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的连接框图。

附图标记说明：

数据手套1、数据手套本体1-1、FPC柔性电路板1-2、九轴传感器2、数据处理组件3、电路板3-1、无线数据传输组件3-2、FPC连接器3-3、数据接收组件4、手势识别软件5、电源组件6、外壳7。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

参看如图1和图2所示，本具体实施方式采用的技术方案是：基于九轴传感器的手势识别系统，通过九轴传感器矩阵进行数据补偿，使得误差在五度以内，可穿戴式，兼具使用灵活性，通用性强，方便上层应用进行开发，具有高精度、高可靠性、灵活性兼具适用强的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：它包含数据手套1、九轴传感器2、数据处理组件3、数据接收组件4、手势识别软件5、电源组件6和外壳7构成；数据手套1由数据手套本体1-1和FPC柔性电路板1-2构成，上述数据手套本体1采用碳纤维织布制成，其中FPC柔性电路板1-2设置在数据手套本体1-1的内部，且与数据手套本体1-1相匹配贴合设置；所述的九轴传感器2固定在FPC柔性电路板1-2上，且分别分设在数据手套本体1-1的手掌心处以及每根手指的关节上下两侧处（按照拇指(Thumb)、食指(Index)、中指(Middle)、无名指(Ring)、小拇指(Little)的顺序，中节指骨和近节指骨的中间放置了九轴传感器T-up、T-down、I-up、I-down、M-up、M-down、R-up、R-down、L-up、L-down以及掌骨中央位置C-1）；所述的数据处理组件3设置在外壳7内，外壳7设置在数据手套1的手腕下端；所述的数据处理组件3由电路板3-1、无线数据传输组件3-2和FPC连接器3-3构成；其中电路板3-1上设有ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器，该ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器与无线数据传输组件3-3连接，同时，该ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器与九轴传感器2连接，FPC连接器3-3与FPC柔性电路板1-2的延长线连接；所述的电源组件6与数据处理组件3连接；所述的数据处理组件3与数据接收组件4连接，数据接收组件4与手势识别组件5连接。

进一步地，所述的数据手套1的腕带穿过外壳7上的穿孔后，缠绕粘设在外壳7的外部；通过穿戴在用户手上的数据手套1能够识别手指相对于其他手指的运动信息和角度变化信息，并将数据传送到PC终端。

进一步地，所述的电源组件6由电源板、锂电池和稳压电路构成，其中稳压电路焊接在电源板上，锂电池通过电源接口插接在电源组件6上，电源板焊接固定在数据处理组件3上。进一步地，所述的数据接收组件4由RF射频组件及USB接口组成，RF射频组件和USB接口均焊接在数据接收组件4中的数据接收器上，同时数据接收组件4通过USB接口与PC或者智能终端连接。

进一步地，所述的手势识别组件5由底层驱动软件及手势识别软件组成，底层驱动软件负责与USB底层硬件通讯，手势识别软件负责数据的处理及运算；手势识别软件通过系统USB API获取数据；手势识别软件通过DLL文件对外提供服务；手势识别组件5对数据进行结算后,通过系统调用接口给上层应用,上层应用通过建立手势骨骼关节模型，调用手势识别软件提供的API函数接口,将数据映射到对应手指的关节上，这样就完成了对手势的识别，采用这种方法使得手势识别系统成本低，而且识别准确度高。

进一步地，手势识别组件5的识别方法如下：

1、取出掌骨传感器的姿态角数据，确定手掌当前的具体位置，初始角度以手指全部伸直，并平行地面为初始状态，可以确定整个手掌在三维空间的角度；

2、以掌骨传感器的位置为基准点，将大拇指近节指骨中间的九轴传感器T-down的姿态角进行坐标变换，变换以后可以得到大拇指的相对角度，可以判定大拇指是平行手掌，还是弯曲于手掌，弯曲程度也可以定量用角度表示出来；

3、以大拇指近节肢骨中间的九轴传感器T-down的位置为基准点，将大拇指远节肢骨传感器T-up的姿态角进行坐标变换，变换以后可以得到大拇指的近节指骨和远节指骨的相对角度,很容易判定大拇指是否弯曲或伸直；

4、其他手指如：食指，中指，无名指，小指按照大拇指的坐标变换方式步骤2、步骤3确定该手指的姿态角度；

5、通过五个手指的相对角度及弯曲程度和手掌的状态，可以识别整个手掌的手势；

6、手势识别组件5将整个手势数据存到缓冲区，缓冲区空间大小设置为存1s钟的静态数据，数据手套以每秒50帧的数据上传过来，缓冲区的数据可供上层软件直接调用。

进一步地，所述的分设在数据手套本体1-1每根手指的关节上下两侧处的两个九轴传感器2为一组IIC总线，所述的分设在数据手套本体1-1的手掌心处的九轴传感器2单独使用一组IIC总线；每个九轴传感器2分别测量近节指骨和中节指骨的X,Y,Z轴三个方向的角速度，X,Y,Z轴的加速度，X,Y,Z轴的磁力计。

进一步地，所述的数据处理组件3通过6路IIC数据总线，读取每一个九轴传感器2内置的DMP运算单元解算出来的姿态角数据，并对每一个单元的姿态角数据进行结构化并按照收发双方的数据通讯协议进行数据的打包及数据校验，通过无线数据传输组件3-2将已经结构化处理后的数据包传送到数据接收组件4。

以上所述，仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于九轴传感器的手势识别系统，其特征在于：它包含数据手套、九轴传感器、数据处理组件、数据接收组件、手势识别软件、电源组件和外壳构成；数据手套由数据手套本体和FPC柔性电路板构成，其中，FPC柔性电路板设置在数据手套本体的内部，且与数据手套本体相匹配贴合设置；所述的九轴传感器固定在FPC柔性电路板上，且分别分设在数据手套本体的手掌心处以及每根手指的关节上下两侧处；所述的数据处理组件设置在外壳内，外壳设置在数据手套的手腕下端；所述的数据处理组件由电路板、无线数据传输组件和FPC连接器构成；其中电路板上设有ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器，该ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器与无线数据传输组件连接，同时，该ARM COMTEX-M4嵌入式微处理器与九轴传感器连接，FPC连接器与FPC柔性电路板的延长线连接；所述的电源组件与数据处理组件连接；所述的数据处理组件与数据接收组件连接，数据接收组件与手势识别组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于九轴传感器的手势识别系统，其特征在于：所述的数据手套的腕带穿过外壳上的穿孔后，缠绕粘设在外壳的外部。

3.根据权利要求1所述的一种基于九轴传感器的手势识别系统，其特征在于：所述的电源组件由电源板、锂电池和稳压电路构成，其中稳压电路焊接在电源板上，锂电池通过电源接口插接在电源组件上，电源板焊接固定在数据处理组件上。

4.根据权利要求1所述的一种基于九轴传感器的手势识别系统，其特征在于：所述的数据接收组件由RF射频组件及USB接口组成，RF射频组件和USB接口均焊接在数据接收组件中的数据接收器上，同时数据接收组件通过USB接口与PC或者智能终端连接。