RU212838U1 - Гаптическая перчатка - Google Patents
Гаптическая перчатка Download PDFInfo
- Publication number
- RU212838U1 RU212838U1 RU2021134717U RU2021134717U RU212838U1 RU 212838 U1 RU212838 U1 RU 212838U1 RU 2021134717 U RU2021134717 U RU 2021134717U RU 2021134717 U RU2021134717 U RU 2021134717U RU 212838 U1 RU212838 U1 RU 212838U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glove
- fingers
- orientation
- gyroscopes
- hand
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 210000003811 Fingers Anatomy 0.000 abstract description 18
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 210000004932 Little Fingers Anatomy 0.000 abstract description 2
- 210000003813 Thumb Anatomy 0.000 abstract description 2
- 210000000707 Wrist Anatomy 0.000 abstract description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004805 robotic Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 210000000988 Bone and Bones Anatomy 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Гаптическая перчатка относится к манипуляторам, а именно к виртуальным перчаткам, и может быть использована для получения данных о позиции и ориентации кисти человека, а также ориентации фаланг его пальцев. В дальнейшем эта информация может быть использована для управления в режиме реального времени робототехническими или виртуальными объектами.
Устройство состоит из перчатки, выполненной из ткани. На перчатке расположены шесть гироскопов, причем пять из них расположены на средних фалангах мизинца, безымянного, среднего, указательного и большого пальцев, один гироскоп расположен на запястье. Гироскопы могут крепиться на любой фаланге пальцев. Однако с точки зрения удобства и целесообразности оптимальным является крепление на средней фаланге пальцев. Помимо этого, на тыльной стороне перчатки расположена штанга, на концах которой закреплены два световых маркера. При этом все шесть гироскопов и два световых маркера соединены гибким кабелем с блоком управления, на котором имеется модуль радиосвязи.
Техническим результатом данного изобретения является возможность передавать данные о положении кисти и пальцев оператора в компьютер или иное устройство, устранив при этом накапливаемую погрешность измерения датчиков, установленных на перчатке, при помощи фиксации местоположения световых маркеров камерой.
Description
Изобретение относится к манипуляторам, а именно к виртуальным перчаткам, и может быть использована для получения данных о позиции и ориентации кисти человека, а также ориентации фаланг его пальцев. В дальнейшем эта информация может быть использована для управления в режиме реального времени робототехническими или виртуальными объектами.
Известна перчатка, выполняющая функции компьютерной мыши по движению виртуального курсора и обработки нажатия на клавиши, описанная в патенте US 6870526. Устройство имеет корпус, напоминающий перчатку, датчик наклона установлен на пястной кости перчатки, угол поворота руки которой определяется для определения ориентации движения курсора. Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено только для управления виртуальным курсором. Предлагаемое решение позволяет передавать данные о местоположении руки и угле сгиба пальцев на компьютер, что позволяет применять его в более широком спектре задач.
Известно устройство для генерации сигналов управления для манипулирования виртуальными объектами в компьютерной системе в соответствии с жестами и положениями руки оператора или другой части тела, описанное в патенте US 7205979. Устройство включает перчатку, надеваемую на руку, которая включает датчики для обнаружения жестов руки, а также средство определения положения руки, соединенное с перчаткой и компьютерной системой для определения положения руки относительно системы. Недостатком данного устройства является невозможность работы без внешних датчиков, что усложняет эксплуатирование перчатки в некоторых случаях. Предлагаемое решение использует внешние датчики только для повышения точности отслеживания ладони.
Наиболее близким аналогом является виртуальная перчатка по патенту US 9060385, опубл. 16.06.2015. В прототипе описана перчатка виртуальной реальности, содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, и сенсоры положения рук, расположенные на фалангах пальцев перчатки, причем датчики подключены к микропроцессору.
Недостатком прототипа и иных известных решений, использующих только показания датчиков, установленных на перчатке, является наличие накапливаемой ошибки определения местоположения кисти пользователя, что не позволяет использовать подобную систему в практических целях без периодической калибровки датчиков. Периодичность калибровки датчиков зависит от их точности, что влияет на цену изделия.
Техническим результатом данного изобретения является возможность передавать данные о положении кисти и пальцев оператора в компьютер или иное устройство, устранив при этом накапливаемую погрешность измерения датчиков, установленных на перчатке.
Для достижения технического результата перчатка виртуальной реальности, содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, причем датчики подключены к блоку управления, а блок управления расположен с тыльной стороны ладони, отличается тем, что в качестве датчиков использованы гироскопы и дополнительно содержит два световых маркера, установленных на штангах, закрепленных на тыльной стороне, причем световые маркеры подключены к системной плате, на которой дополнительно установлен модуль радиосвязи, для связи с персональным компьютером или иным вычислительным устройством по радиоканалу, причем к данному устройству подключена видеокамера.
На фиг. 1 представлена схема гаптической перчатки с тыльной стороны ладони. Полезная модель состоит из перчатки (1), выполненной из ткани. На перчатке расположены шесть гироскопов (2), причем пять из них расположены на средних фалангах мизинца, безымянного, среднего, указательного и большого пальцев, один гироскопов расположен на запястье. Гироскопы (2) могут крепиться на любой фаланге пальцев. Однако с точки зрения удобства и целесообразности оптимальным является крепление на средней фаланге пальцев. Помимо этого, на тыльной стороне перчатки расположена штанга (3), на концах которой закреплены два световых маркера (4). При этом все шесть гироскопов и два световых маркеры соединены гибким кабелем (5) с блоком управления (6), на котором имеется модуль радиосвязи.
На фиг. 2 показана блок-схема основных функциональных элементов устройства, представленных гаптической перчаткой (1), компьютером (7) и камерой (8). Блок управления (6) на гаптической перчатке (1) соединен информационным каналом с персональным компьютером (7). Видеокамера (8) также соединена с персональным компьютером (4). В качестве вариантов реализации информационных каналов между блоком управления (6) и персональным компьютером (7), а также между персональным компьютером (7) и видеокамерой (8) могут использоваться проводные или беспроводные интерфейсы.
Сущность изобретения заключается в следующем способе считывания положения пальцев и кисти руки человека.
Комплект гироскопов 2 определяет ориентацию присоединенных частей кисти человека в виде кватернионов 
, где кватернион 
соответствует измеренной ориентации ладони человека, кватернионы 
соответствуют измеренной ориентации фаланг пальцев человека.
Блок управления 6 считывает результаты изменения комплекта гироскопов 2 по соответствующему информационному каналу. Далее блок управления 6 передает персональному компьютеру 7 объединенные результаты измерения комплекта датчиков 2 по соответствующему информационному каналу.
Видеокамера 8 выполняет непрерывную съемку руки человека с закрепленными на ней визуальными маркерами 4 и выполняет передачу результатов съемки в виде потока изображений на персональный компьютер 7.
Персональный компьютер 7 выполняет сбор и обработку данных, полученных от блока управления 6 и видеокамеры 8 для определения позиции ладони человека в виде трехмерного вектора 
, ориентации ладони человека в виде кватерниона 
и ориентации фаланг пальцев человека в виде кватернионов 
.
Далее излагается один из вариантов методики расчета, который может применяться на персональном компьютере 7 для преобразования измеренных значений ориентации частей кисти человека и потока изображений, полученных с помощью видеокамеры 8 в расчетные позицию и ориентацию кисти человека, а также в расчетную ориентацию фаланг его пальцев.
Пусть известны следующие входные данные.
Измеренные ориентации частей кисти человека в виде кватернионов , где соответствует измеренной ориентации ладони, а соответствуют ориентации некоторых фаланг его пальцев, изображения кисти оператора с закрепленными на них световыми маркерами.
Целью расчета является определение позиции и ориентации кисти человека, а также ориентации фаланг его пальцев.
Для расчета могут использоваться следующие математические выкладки.
Оси гироскопа, выполняющего измерение кватерниона 
, могут иметь произвольную ориентацию. Поэтому для выполнения калибровки осей человек должен привести кисть в некоторое положение, соответствующее «нулевой» ориентации ладони. Обозначим его как 
, где «(0)» в верхнем индексе означает некоторый нулевой момент времени. В таком случае, ориентация 
во все последующие моменты времени 
может быть вычислена по формуле:
Пусть видеокамера находится в начале декартовой системы координат 
(рис. Х3). Направим ось 
против луча зрения камеры, ось 
горизонтально вправо, ось 
вертикально вверх.
Целью расчета является определение положения кисти, которое может быть описано как средняя точка между двумя световыми маркерами. Пусть путем цифровой обработки изображений, полученных с видеокамеры 5, могут быть получены видимые координаты световых маркеров 
и 
на двумерной плоскости изображения.
В таком случае взаимосвязь между реальным положением центра ладони 
и видимыми координатами 
может быть описана следующими уравнениями:
где 
- позиции световых маркеров;
Проекции отрезка могут быть вычислены на основе измерения его длины, а также кватерниона , описывающего его вращение в пространстве.
Путем решения приведенной системы уравнений, а также опытного определения коэффициента , может быть вычислено положение центра ладони , что подтверждает реализуемость предлагаемого устройства.
Claims (1)
- Гаптическая перчатка, содержащая датчики, расположенные на пальцах перчатки, причем датчики подключены к блоку управления, а блок управления расположен с тыльной стороны ладони, отличающаяся тем, что в качестве датчиков использованы гироскопы и дополнительно содержит два световых маркера, установленных на штангах, закрепленных на тыльной стороне, причем световые маркеры подключены к системной плате, на которой дополнительно установлен модуль радиосвязи, для связи с персональным компьютером или иным вычислительным устройством по радиоканалу, причем к данному устройству подключена видеокамера.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU212838U1 true RU212838U1 (ru) | 2022-08-11 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103263094A (zh) * | 2013-05-28 | 2013-08-28 | 张瞳 | 一种智能感应手套系统 |
| US20170308166A1 (en) * | 2014-12-31 | 2017-10-26 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Signal generation and detector systems and methods for determining positions of fingers of a user |
| RU176660U1 (ru) * | 2017-06-07 | 2018-01-24 | Федоров Александр Владимирович | Перчатка виртуальной реальности |
| CN108523281A (zh) * | 2017-03-02 | 2018-09-14 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 用于虚拟现实系统的手套外设、方法、装置及系统 |
| RU187548U1 (ru) * | 2017-10-27 | 2019-03-12 | Федоров Александр Владимирович | Перчатка виртуальной реальности |
| WO2019133521A1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-04 | Adesanya Olaoluwa O | Wearable computing apparatus for augmented reality, virtual reality and artificial intelligence interactions, and methods relating thereto |
| CN211087170U (zh) * | 2020-01-08 | 2020-07-24 | 梁正 | 一种红外反射手套和vr系统 |
| RU198999U1 (ru) * | 2020-03-18 | 2020-08-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НКС" | Перчатка виртуальной реальности |
| CN113261726A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-08-17 | 烟台南山学院 | 一种基于多传感器数据融合的手势翻译智能手套 |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103263094A (zh) * | 2013-05-28 | 2013-08-28 | 张瞳 | 一种智能感应手套系统 |
| US20170308166A1 (en) * | 2014-12-31 | 2017-10-26 | Sony Interactive Entertainment Inc. | Signal generation and detector systems and methods for determining positions of fingers of a user |
| CN108523281A (zh) * | 2017-03-02 | 2018-09-14 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 用于虚拟现实系统的手套外设、方法、装置及系统 |
| RU176660U1 (ru) * | 2017-06-07 | 2018-01-24 | Федоров Александр Владимирович | Перчатка виртуальной реальности |
| RU187548U1 (ru) * | 2017-10-27 | 2019-03-12 | Федоров Александр Владимирович | Перчатка виртуальной реальности |
| WO2019133521A1 (en) * | 2017-12-27 | 2019-07-04 | Adesanya Olaoluwa O | Wearable computing apparatus for augmented reality, virtual reality and artificial intelligence interactions, and methods relating thereto |
| CN211087170U (zh) * | 2020-01-08 | 2020-07-24 | 梁正 | 一种红外反射手套和vr系统 |
| RU198999U1 (ru) * | 2020-03-18 | 2020-08-06 | Общество с ограниченной ответственностью "НКС" | Перчатка виртуальной реальности |
| CN113261726A (zh) * | 2021-03-24 | 2021-08-17 | 烟台南山学院 | 一种基于多传感器数据融合的手势翻译智能手套 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10534431B2 (en) | Tracking finger movements to generate inputs for computer systems | |
| EP2904472B1 (en) | Wearable sensor for tracking articulated body-parts | |
| CN108268129B (zh) | 对动作捕捉手套上的多个传感器进行校准的方法和装置及动作捕捉手套 | |
| KR101284797B1 (ko) | 착용형 컴퓨팅 환경 기반의 사용자 인터페이스 장치 및 그 방법 | |
| MEng | Development of finger-motion capturing device based on optical linear encoder | |
| CN206162394U (zh) | 一种基于触感反馈的用于虚拟现实环境的动作捕捉系统 | |
| US6515669B1 (en) | Operation input device applied to three-dimensional input device | |
| US20100103104A1 (en) | Apparatus for user interface based on wearable computing environment and method thereof | |
| JP6852673B2 (ja) | センサ装置、センサシステム及び情報処理装置 | |
| CN112041785A (zh) | 跟踪手姿势的方法及其电子设备 | |
| US20210089162A1 (en) | Calibration of inertial measurement units in alignment with a skeleton model to control a computer system based on determination of orientation of an inertial measurement unit from an image of a portion of a user | |
| WO2012020054A1 (en) | Modelling of hand and arm position and orientation | |
| RU187548U1 (ru) | Перчатка виртуальной реальности | |
| CN108279773B (zh) | 一种基于marg传感器和磁场定位技术的数据手套 | |
| US11175729B2 (en) | Orientation determination based on both images and inertial measurement units | |
| RU179301U1 (ru) | Перчатка виртуальной реальности | |
| US20220155866A1 (en) | Ring device having an antenna, a touch pad, and/or a charging pad to control a computing device based on user motions | |
| CN110456902A (zh) | 跟踪用户移动以控制计算机系统中的骨架模型 | |
| KR101983584B1 (ko) | 플렉서블 센서를 이용한 손동작 인식 장치 및 그 방법 | |
| KR100907103B1 (ko) | 장갑 기반 휴먼 컴퓨터 인터페이스 장치 | |
| RU2670649C9 (ru) | Способ изготовления перчатки виртуальной реальности (варианты) | |
| RU212838U1 (ru) | Гаптическая перчатка | |
| KR102334543B1 (ko) | 가상현실 기반 주행형 농업기계의 안전교육을 위한 손 동작 추적 시스템 및 방법 | |
| CN205608660U (zh) | 一种用于虚拟现实系统的动作捕捉手套及虚拟现实系统 | |
| KR20120037739A (ko) | 손동작 기반 사용자 인터페이스 장치 및 그 방법 |