一種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械方式的手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)，所述裝置包括底座和設(shè)于底座上的手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)，所述手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)包括控制器和傳感器組件，所述裝置還包括與人手相適配的連接桿結(jié)構(gòu)，所述連接桿結(jié)構(gòu)與傳感器組件成活動(dòng)連接，所述傳感器組件與控制器相連接；所述系統(tǒng)包括本實(shí)用新型所述的手部動(dòng)作捕獲裝置。本實(shí)用新型所述的裝置采用與人手相適配的可穿戴式的機(jī)械手部感應(yīng)控制結(jié)構(gòu)檢測(cè)手部動(dòng)作，使用多種傳感器和連接桿結(jié)構(gòu)，用物理方式捕獲人手的運(yùn)動(dòng)，手部運(yùn)動(dòng)將會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄，不會(huì)出現(xiàn)任何遺漏的數(shù)據(jù)，檢測(cè)成本低，檢測(cè)結(jié)果可靠。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)，尤其涉及一種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 的手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)。 一種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，手部動(dòng)作捕獲領(lǐng)域現(xiàn)存有多種不同方案。其中很大一部分產(chǎn)品是利用攝像 頭與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來分析手部的形狀以及指向。其中，利用一對(duì)紅外線攝像頭捕獲手部 運(yùn)動(dòng)并利用特殊的算法融合數(shù)據(jù)的產(chǎn)品（Leap Motion體感控制器）就是一個(gè)很好的例子。
[0003] 然而，基于計(jì)算機(jī)視覺的手部動(dòng)作捕獲裝置普遍存在著一些缺陷，這些設(shè)備對(duì)手 部動(dòng)作的檢測(cè)受到了攝像頭監(jiān)測(cè)范圍和方向的限制。當(dāng)用戶將手放于攝像頭監(jiān)測(cè)范圍之外 時(shí)，設(shè)備將無法正確生成手部模型。
[0004] 除此之外，還有一種利用應(yīng)變片等可彎曲曲度傳感器來捕獲手部運(yùn)動(dòng)的方式。但 由于傳感器讀數(shù)以及手指的彎曲度之間的非線性關(guān)系，利用此種方式得到的結(jié)果也并不盡 如人意。
[0005] 因此，開發(fā)設(shè)計(jì)一種能夠準(zhǔn)確捕捉手部動(dòng)作的裝置成為必要。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 因此，本實(shí)用新型的目的是針對(duì)目前無法準(zhǔn)確捕捉手部動(dòng)作的不足，提供一種利 用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)，從而能夠使用可穿戴式的感應(yīng)設(shè)備檢測(cè)手部 動(dòng)作，檢測(cè)靈活，結(jié)果可靠，不會(huì)出現(xiàn)任何遺漏的數(shù)據(jù)，并且檢測(cè)成本低，還能夠克服對(duì)手部 動(dòng)作的檢測(cè)受到了攝像頭監(jiān)測(cè)范圍和方向的限制的問題。
[0007] 針對(duì)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下：
[0008] -方面，本實(shí)用新型提供一種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置，包括底座 和設(shè)于底座上的手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)，所述手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)包括控制器和與其相連接的傳 感器組件，所述手部動(dòng)作捕獲裝置還包括與人手相適配的連接桿結(jié)構(gòu)，所述連接桿結(jié)構(gòu)與 傳感器組件成活動(dòng)連接，從而通過與人手相適配的連接桿結(jié)構(gòu)靈活地跟隨手指的動(dòng)作而動(dòng) 作，將手指的彎曲反應(yīng)為連桿底部的旋轉(zhuǎn)，并通過與連接桿結(jié)構(gòu)活動(dòng)連接的傳感器組件準(zhǔn) 確地捕獲手部的動(dòng)作，再將捕獲的動(dòng)作信息傳遞給控制器。
[0009] 作為優(yōu)選的方案，所述傳感器組件包括第三電位器和5對(duì)垂直連接并設(shè)于底座上 的第一、二電位器，所述第三電位器與第一、二電位器相垂直，所述第三電位器一端與控制 器連接，所述第三電位器的另一端與第二電位器連接；所述連接桿結(jié)構(gòu)包括5對(duì)連接桿，所 述每對(duì)連接桿成活動(dòng)連接，所述每對(duì)連接桿一端連接有手指帽，所述每對(duì)連接桿另一端與 第一電位器成活動(dòng)相連；在該結(jié)構(gòu)下，手的關(guān)節(jié)可以自由旋轉(zhuǎn)不受限制，從而能夠更為靈活 準(zhǔn)確地跟隨手指的動(dòng)作而動(dòng)作，正確捕捉手指的彎曲和分開幅度，從而正確形成手部模型。 [0010] 作為優(yōu)選的方案，所述控制器為帶有藍(lán)牙模塊的控制器，可以通過藍(lán)牙連接到適 當(dāng)?shù)脑O(shè)備上，然后信號(hào)將轉(zhuǎn)移到該設(shè)備，避免了攝像頭監(jiān)測(cè)范圍和方向的限制。在顯示設(shè)備 上，如頭盔式顯示器（Oculus rift)，使用者可以查看他們自己的手勢(shì)，還能使用他們的手 移動(dòng)?xùn)|西或甚至在游戲中撿起并使用武器。這種創(chuàng)新可以在虛擬現(xiàn)實(shí)中增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)。 同樣的方式，游戲開發(fā)者也將本設(shè)備生成的數(shù)據(jù)應(yīng)用于游戲的開發(fā)。
[0011] 作為優(yōu)選的方案，所述手指帽和底座上均設(shè)有連接件。
[0012] 作為優(yōu)選的方案，所述連接件為尼龍綁帶、金屬環(huán)或塑料環(huán)。
[0013] 作為優(yōu)選的方案，所述每對(duì)連接桿通過駁接插銷成活動(dòng)連接，從而手可以不受影 響而任意運(yùn)動(dòng)。
[0014] 作為優(yōu)選的方案，所述連接桿和手指帽通過駁接插銷相連接。
[0015] 另外一方面，本實(shí)用新型還提供一種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲系統(tǒng)，包 括上述本實(shí)用新型所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置。
[0016] 本實(shí)用新型所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置可以為工業(yè)設(shè)計(jì)師提 供CAD制圖的一些便利，例如特殊手勢(shì)可被作快捷鍵使用。電子電氣、機(jī)械及自動(dòng)化工程師 亦可利用此裝置來控制其他設(shè)備，手指的運(yùn)動(dòng)可被用于控制機(jī)械臂、機(jī)械手抑或是開關(guān)其 他設(shè)備。對(duì)于藝術(shù)音樂創(chuàng)作領(lǐng)域的用戶，此設(shè)備可以用于表演創(chuàng)新的藝術(shù)形式，他們可以利 用手勢(shì)來調(diào)整音樂音調(diào)或是燈光色彩。同時(shí)，沒有專業(yè)背景的大眾用戶也可以將此設(shè)備作 為鼠標(biāo)的替代品來移動(dòng)光標(biāo)或是用于控制演示文稿。
[0017] 本實(shí)用新型所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置和系統(tǒng)：采用與人手相 適配的可穿戴式的手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)檢測(cè)手部動(dòng)作，使用多種傳感器和連接桿相結(jié)合的結(jié) 構(gòu)，用物理方式捕獲人手的運(yùn)動(dòng)，將手部移動(dòng)轉(zhuǎn)換成用于重建精確手部模型的旋轉(zhuǎn)信號(hào)。當(dāng) 人手移動(dòng)時(shí)，附加到手指上的設(shè)備將會(huì)相應(yīng)地產(chǎn)生位移，連接桿結(jié)構(gòu)與人手相適配并與傳 感器結(jié)構(gòu)成活動(dòng)連接，而這些傳感器在X、Y、Z方向相垂直，因此手可以靈活動(dòng)作，而傳感器 可以記錄這些任意動(dòng)作的位移數(shù)據(jù)，從而靈活準(zhǔn)確地捕捉手部動(dòng)作。通過這些數(shù)據(jù)，使用數(shù) 學(xué)方法建立一個(gè)可靠的手部模型，立即或在以后用于控制其他的設(shè)備；常規(guī)的方法通常包 括使用高速攝像機(jī)，應(yīng)變片或其他昂貴但是效果欠佳的設(shè)備，本實(shí)用新型僅由一個(gè)微處理 器和幾個(gè)價(jià)格低廉的傳感器組成。該手部動(dòng)作捕獲裝置實(shí)際連接到一個(gè)人的手上的，因此 手部運(yùn)動(dòng)將會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄，不會(huì)出現(xiàn)任何遺漏的數(shù)據(jù)，檢測(cè)成本低，檢測(cè)結(jié)果可靠。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本實(shí)用新型所述的手部動(dòng)作捕獲裝置的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本實(shí)用新型所述的手部動(dòng)作捕獲裝置的傳感器組件連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖中：1為底座,2為控制器,3為連接桿,4為第一電位器,5為第二電位器,6為第 三電位器，7為手指帽，8為連接件，9為駁接插銷。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022] 如圖1-2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置 包括底座1和設(shè)于底座上的手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)，所述手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)包括控制器2和傳 感器組件，所述手部動(dòng)作捕獲裝置還包括與人手相適配的連接桿結(jié)構(gòu)，所述連接桿結(jié)構(gòu)與 傳感器組件成活動(dòng)連接，所述傳感器組件與控制器2相連接，所述控制器2為帶有藍(lán)牙模塊 的控制器，所述傳感器組件包括第三電位器6和5對(duì)垂直連接并設(shè)于底座上的第一、二電位 器4、5,所述第三電位器6與第一、二電位器4、5相垂直，所述第三電位器6-端與控制器 2連接，所述第三電位器6的另一端與第二電位器5連接；所述連接桿結(jié)構(gòu)包括5對(duì)連接桿 3,所述每對(duì)連接桿3成活動(dòng)連接，所述每對(duì)連接桿3 -端連接有手指帽7,所述每對(duì)連接桿 另一端與第一電位器4相連，所述電位器一、二和三分別指向X、Y、Z方向并且在空間中相互 垂直。在該結(jié)構(gòu)下，手的關(guān)節(jié)可以自由旋轉(zhuǎn)不受限制，從而能夠更為靈活準(zhǔn)確地控制手的動(dòng) 作，正確形成手部模型；所述手指帽7和底座上設(shè)有尼龍綁帶（連接件8)，所述連接桿通過 駁接插銷9成活動(dòng)連接，所述連接桿3和手指帽7通過駁接插銷9相連接。
[0023] 如圖1所示，使用時(shí)，用連接件8,即較長的尼龍綁帶將底座1和連接桿結(jié)構(gòu)固定到 設(shè)備背面用戶的手上，在與人手相適配的可穿戴的連接桿結(jié)構(gòu)的作用下手可以任意動(dòng)作， 手的動(dòng)作通過與連接桿成活動(dòng)連接的五個(gè)嵌入在底座中第一電位器4(所述第一電位器上 伸出的可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱端連接與連接桿相連）和5個(gè)分別垂直安裝于底座的第二電 位器5,以及和第二電位器5相連的第三電位器6,傳遞給帶有藍(lán)牙模塊的控制器2,所述控 制器2將捕捉的信號(hào)通過控制器2上的藍(lán)牙模塊傳遞給目的設(shè)備，從而準(zhǔn)確、靈活地監(jiān)控手 部的動(dòng)作。
[0024] 本實(shí)用新型所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置可以為工業(yè)設(shè)計(jì)師提 供CAD制圖的一些便利，例如特殊手勢(shì)可被作快捷鍵使用。電子電氣、機(jī)械及自動(dòng)化工程師 亦可利用此裝置來控制其他設(shè)備，手指的運(yùn)動(dòng)可被用于控制機(jī)械臂、機(jī)械手抑或是開關(guān)其 他設(shè)備。對(duì)于藝術(shù)音樂創(chuàng)作領(lǐng)域的用戶，此設(shè)備可以用于表演創(chuàng)新的藝術(shù)形式，他們可以利 用手勢(shì)來調(diào)整音樂音調(diào)或是燈光色彩。同時(shí)，沒有專業(yè)背景的大眾用戶也可以將此設(shè)備作 為鼠標(biāo)的替代品來移動(dòng)光標(biāo)或是用于控制演示文稿。
[0025] 雖然說明書中對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式只是作為提 示，不應(yīng)限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。在不脫離本實(shí)用新型宗旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種省略、置 換和變更均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置，包括底座和設(shè)于底座上的手部動(dòng)作傳 感結(jié)構(gòu)，所述手部動(dòng)作傳感結(jié)構(gòu)包括控制器和與其相連的傳感器組件，其特征在于：還包括 與人手相適配的連接桿結(jié)構(gòu)，所述連接桿結(jié)構(gòu)與傳感器組件成活動(dòng)連接；所述傳感器組件 包括第三電位器和5對(duì)垂直連接并設(shè)于底座上的第一、二電位器，所述第三電位器與第一、 二電位器相垂直，所述第三電位器一端與控制器連接，所述第三電位器的另一端與第二電 位器連接；所述連接桿結(jié)構(gòu)包括5對(duì)連接桿，所述每對(duì)連接桿成活動(dòng)連接，所述每對(duì)連接桿 一端連接有手指帽，所述每對(duì)連接桿另一端與第一電位器成活動(dòng)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置，其特征在于：所述 控制器為帶有藍(lán)牙模塊的控制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置，其特征在于：所述 手指帽和底座上均設(shè)有連接件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置，其特征在于：所述 連接件為尼龍綁帶、金屬環(huán)或塑料環(huán)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的手部動(dòng)作捕獲裝置，其特征在于：所述每對(duì)連接桿通過駁接 插銷成活動(dòng)連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置，其特征在于：所述 連接桿和手指帽通過駁接插銷相連接。
7. -種利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的 利用機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的手部動(dòng)作捕獲裝置。
【文檔編號(hào)】G06F3/01GK203849677SQ201420176244
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】谷逍馳 申請(qǐng)人:谷逍馳