一种手部动作捕捉系统及交互系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种手部动作捕捉系统及交互系统，该系统具有较高的灵敏度、稳定性、柔软性及贴合性，且能够准确测量手指的弯曲指数，实现手势识别、手指活动监测。该系统包括手套本体、一个或者多个柔性应变传感器、以及集成电路；其中，所述手套本体设置为覆盖至少一个手指的至少一个关节；所述柔性应变传感器，固定在手套本体上覆盖手指关节背面的位置处，以使柔性应变传感器随着手指关节的活动而改变长度并导致其等效电阻值的改变；所述集成电路设置在手套本体后端，并通过导线与柔性应变传感器上的导线连接点连接，以获取与柔性应变传感器形变量相应的测量数据。

A Hand Motion Capture System and Interactive System

【技术实现步骤摘要】
一种手部动作捕捉系统及交互系统
本技术涉及智能穿戴、人机交互
，尤其涉及一种手部动作捕捉系统及交互系统。
技术介绍
随着计算机软硬件及互联网技术的发展，可穿戴设备逐渐开始成为人们日常生活的一部分。可穿戴设备通常以人为载体，通过便携式穿戴实现对应的业务功能，可广泛应用于日常消费、工业、医疗、军事、教育、娱乐等领域。目前市场上常见的智能穿戴设备有，眼镜、手表、手环、手套、衣服、耳机等。智能手套作为人体最为灵活的肢体便携设备，可根据不同需求实现各种各样功能，在医疗、移动交互、游戏等领域的应用最为广泛。申请号为201710332489.6的中国专利申请公开了一种基于光纤传感器的医用监护手套，该方案通过在手指关节处设置光纤传感器，通过分析传感器波长的不同来采集手指的应变数据。该方案虽然能够准确采集手指的应变数据，但由于其数据分析过程复杂、运算量大，需要专用的光纤与信号采集仪对数据进行处理，难以在移动便携领域进行实际应用。利用智能手套可实现目标人物的肢体追踪，目前已被广泛应用在虚拟现实、智能交互系统等领域，其实现方案大多通过照相机或红外发射器及接收器所组成的光学系统实现，但若要监测手指活动这类细微肢体活动，则要求具有较高的成像分辨率和数据分析处理能力，方案不仅成本较高，且不便于穿戴，导致使用范围受到一定的限制。
技术实现思路
本技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种手部动作捕捉系统及交互系统，该系统具有较高的灵敏度、稳定性、柔软性及贴合性，且能够准确测量手指的弯曲指数，实现手势识别、手指活动监测等手部动作的捕捉。为了实现上述目的，本技术采用的技术方案包括以下各方面。一种手部动作捕捉系统，其包括：手套本体、一个或者多个柔性应变传感器、以及集成电路；其中，所述手套本体设置为覆盖至少一个手指的至少一个关节；所述柔性应变传感器，固定在手套本体上覆盖手指关节背面的位置处，以使柔性应变传感器随着手指关节的活动而改变长度并导致其等效电阻值的改变；所述集成电路设置在手套本体上，并通过导线与柔性应变传感器上的导线连接点连接，以获取与柔性应变传感器形变量相应的测量数据。根据一种具体的实施方式，本技术的手部动作捕捉系统中，所述柔性应变传感器包括导电织物，以及分别覆盖在导电织物的上、下表面的上固定层、下固定层；所述导电织物由弹性材料制成，而上固定层、下固定层由非弹性材料制成；上固定层、下固定层将导电织物固定于二者之间形成的非弹性固定容纳空间内，以将导电织物的拉伸量与电阻变化特性的关系限制在线性可测范围内。进一步地，在室温条件下，所述弹性材料的最大可拉伸量与初始长度之间的比值为0.1～2；所述非弹性材料的最大可拉伸量与初始长度之间的比值＜0.1。再进一步地，所述导电织物通过对织物镀银、镀镍、或镀铜制成；或者通过银纤维、镍纤维、铜纤维、碳纤维、有机导电纤维中的一种或多种与氨纶、棉、锦纶中的一种或多种混纺制成。根据一种具体的实施方式，本技术的手部动作捕捉系统中，所述导电织物采用银纤维44％，棉35％，锦纶18.4％，氨纶2.6％混纺制成的具有弹性的导电织物。根据一种具体的实施方式，本技术的手部动作捕捉系统中，所述上固定层、下固定层采用胶布、胶膜或胶带实现。根据一种具体的实施方式，本技术的手部动作捕捉系统中，所述导电织物设置为两个端部位于同一侧，并具有导线连接点以与导线连接；并且采用具有凹槽的金属片包裹导电织物的端部，该凹槽设置为覆盖导电织物与导线的连接点。根据一种具体的实施方式，本技术的手部动作捕捉系统中，所述集成电路中包括测量电路、放大电路、模数转换电路、控制电路、以及通信接口；其中，所述测量电路，具有与柔性应变传感器并联的第一电阻，以及与柔性应变传感器串联的第二电阻，测量电路在电源施加的电压作用下根据柔性应变传感器的电阻值输出相应的电压信号；所述放大电路，用于将电压信号放大至模数转换电路的输入电压范围；模数转换电路，用于将电压信号转换为数字信号；所述控制电路，用于根据模数转换电路输出的数字信号计算柔性应变传感器的等效电阻的阻值，根据等效电阻的阻值变化生成与柔性应变传感器形变量相应的测量数据；通信接口，用于将测量数据发送给接收端设备；所述集成电路设置为采用一个控制电路分别依次触发测量电路对多个柔性应变传感器依次进行测量数据的采集。根据一种具体的实施方式，本技术的手部动作捕捉系统中，所述系统还包设置了控制、数据分析处理、存储、显示功能单元的外部终端；其中，存储单元，用于对各个手指各个关节进行编号，存储各个编号对应的柔性应变传感器的多个电阻值与对应的多个弯曲度的阻值-弯曲度数据对；控制单元在获取测量数据中的电阻值后，通过查询存储单元中的阻值-弯曲度数据对，来获取各个关节的弯曲度数据；所述存储单元用于存储各个编号对应的柔性应变传感器的多个弯曲度与手势对应关系的弯曲度-手势数据对；控制单元在获取测量数据中的电阻值后，通过查询存储单元中的弯曲度-手势数据对，来获取手势数据。进一步地，所述外部终端中还包括了数据标定单元，用于获取不同的用户佩戴所述手套产生的柔性应变传感器电阻值-弯曲情况数据曲线。基于同一技术构思，本技术还提供一种交互系统，其包括本技术中的手部动作捕捉系统、数据处理设备、肢体运动追踪设备以及输出显示设备；这些设备之间通过无线网络或者有线网络连接以传输数据；所述数据处理设备用于通过控制肢体运动追踪设备来获取肢体运动数据，并基于从手套接收的各个关节的弯曲度数据，来获取的肢体运动数据。根据一种具体的实施方式，本技术的交互系统中，所述肢体运动追踪设备包括设置在手套本体靠近手腕位置处的肢体追踪点中的一个或多个手部追踪装置；手套上的集成电路通过导线与手部追踪装置连接，以控制手部追踪装置。根据一种具体的实施方式，本技术的交互系统中，所述肢体运动追踪设备采用LED灯、红外发射器、超声波反馈装置、雷达波反馈装置中的一种或者多种；当采用LED灯时，所述数据处理设备设置为具有成像装置、图像处理器和存储器；所述数据处理设备设置为，通过手套上的控制电路控制肢体运动追踪设备的发光，通过调用成像装置来采集包括手套的图像数据，并通过图像处理器识别手套上肢体追踪点的位置及其变化轨迹以获取肢体运动数据；当采用红外发射器、超声波反馈装置、雷达波反馈装置时，所述数据处理设备设置为根据接收的回波判断手部的位置及与数据处理设备之间的距离，以获取肢体运动数据。进一步地，所述肢体运动追踪设备包括能够判断人体运动趋势的地垫；所述地垫用于获取人体足底压力分布信息，通过建立不同的模型，判断地垫上的人体处于前倾、后仰、左倾、右倾状态。再进一步地，所述地垫沿边缘还设置了防护杆，该防护杆可设置为与地垫可拆卸连接。综上所述，由于采用了上述技术方案，本技术至少具有以下有益效果：捕捉系统通过在手套上设置柔性应变传感器来采集手指关节的弯曲数据并配合数据处理设备以获取更为丰富的体态数据，该手套具有较高的灵敏度、稳定性、柔软性及贴合性，且能够准确测量手指的弯曲指数，实现手势识别、手指活动监测。该交互系统能够在获取包括手指细微弯曲等细节特征的同时采集整个手腕及其他肢体运动，而并不显著增大现有图像识别处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手部动作捕捉系统，其特征在于，所述系统包括：手套本体、一个或者多个柔性应变传感器、以及集成电路；其中，所述手套本体设置为覆盖至少一个手指的至少一个关节；所述柔性应变传感器，固定在手套本体上覆盖手指关节背面的位置处，以使柔性应变传感器随着手指关节的活动而改变长度并导致其等效电阻值的改变；所述集成电路设置在手套本体上，并通过导线与柔性应变传感器上的导线连接点连接，以获取与柔性应变传感器形变量相应的测量数据。

【技术特征摘要】
1.一种手部动作捕捉系统，其特征在于，所述系统包括：手套本体、一个或者多个柔性应变传感器、以及集成电路；其中，所述手套本体设置为覆盖至少一个手指的至少一个关节；所述柔性应变传感器，固定在手套本体上覆盖手指关节背面的位置处，以使柔性应变传感器随着手指关节的活动而改变长度并导致其等效电阻值的改变；所述集成电路设置在手套本体上，并通过导线与柔性应变传感器上的导线连接点连接，以获取与柔性应变传感器形变量相应的测量数据。2.根据权利要求1所述的手部动作捕捉系统，其特征在于，所述柔性应变传感器包括导电织物，以及分别覆盖在导电织物的上、下表面的上固定层、下固定层；所述导电织物由弹性材料制成，而上固定层、下固定层由非弹性材料制成；上固定层、下固定层将导电织物固定于二者之间形成的非弹性固定容纳空间内，以将导电织物的拉伸量与电阻变化特性的关系限制在线性可测范围内。3.根据权利要求2所述的手部动作捕捉系统，其特征在于，在室温条件下，所述弹性材料的最大可拉伸量与初始长度之间的比值为0.1～2；所述非弹性材料的最大可拉伸量与初始长度之间的比值＜0.1。4.根据权利要求3所述的手部动作捕捉系统，其特征在于，所述导电织物通过对织物镀银、镀镍、或镀铜制成；或者通过银纤维、镍纤维、铜纤维、碳纤维、有机导电纤维中的一种或多种与氨纶、棉、锦纶中的一种或多种混纺制成。5.根据权利要求3所述的手部动作捕捉系统，其特征在于，所述上固定层、下固定层采用胶布、胶膜或胶带实现。6.根据权利要求2所述的手部动作捕捉系统，其特征在于，所述导电织物设置为两个端部位于同一侧，并具有导线连接点以与导线连接；并且采用具有凹槽的金属片包裹导电织物的端部，该凹槽设置为覆盖导电织物与导线的连接点。7.根据权利要求1所述的手部动作捕捉系统，其特征在于，所述集成电路中包括测量电路、放大电路、模数转换电路、控制电路、以及通信接口；其中，所述测量电路，具有与柔性应变传感器并联的第一电阻，以及与柔性应变传感器串联的第二电阻，测量电路在电源施加的电压作用下根据柔性应变传感器的电阻值输出相应的电压信号；所述放大电路，用于将电压信号放大至模数转换电路的输入电压范围；模数转换电路，用于将电压信号转换为数字信号；所述控制电路，用于根据模数转换电路输出的数字信号计算柔性应变传感器的等效电阻的阻值，根据等效电阻的阻值变化生成与柔性应变传感器形变量相应的测量数据；通信接口，用于将测量数据发送给接收端设备；所述集成电路设置为采用一个控制电路分别依次触发测量电路对多个柔性应变传感器依次进...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽宇，郭仪，杨向兴，廖方骐，黄亮，刘奎生，杨柏超，
申请(专利权)人：成都柔电云科科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川,51