CN209216040U - 一种手部动作捕捉***及交互*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手部动作捕捉***及交互***，该***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***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。

Description

一种手部动作捕捉***及交互***

技术领域

本实用新型涉及智能穿戴、人机交互技术领域，尤其涉及一种手部动作捕捉***及交互***。

背景技术

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***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***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。

实用新型内容

本实用新型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***及交互***，该***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，本实用新型采用的技术方案包括以下各方面。

一种手部动作捕捉***，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，本实用新型的手部动作捕捉***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，本实用新型的手部动作捕捉***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，本实用新型的手部动作捕捉***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，本实用新型的手部动作捕捉***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，本实用新型的手部动作捕捉***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，本实用新型的手部动作捕捉***中，所述***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。

基于同一实用新型构思，本实用新型还提供一种交互***，其包括本实用新型中的手部动作捕捉***、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，本实用新型的交互***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，本实用新型的交互***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，本实用新型至少具有以下有益效果：

捕捉***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***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的复杂度，在提高体态数据精确度的同时，保持了便携性和较低成本。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的一种手部动作捕捉***的结构示意图。

图2是根据本实用新型一实施例的柔性应变传感器结构示意图。

图3是根据本实用新型另一实施例的柔性应变传感器结构示意图。

图4是根据本实用新型实施例的电路的结构示意图。

图5是根据本实用新型另一实施例的一种手部动作捕捉***的手套的背面视图。

图6是根据本实用新型实施例的一种手部动作捕捉***的弯曲度与手势示意图。

图7是根据本实用新型实施例的包括手部动作捕捉***的交互***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，以使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了根据本实用新型实施例的一种手部动作捕捉***的结构示意图，根据该实施例该***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，手套本体，设置为覆盖至少一个手指的至少一个关节(图1所示的手套本体覆盖了一只手的全部手指的全部关节，在其他实施方式中，可以根据需要选择所覆盖的手指以及关节数量)，手套本体随着手指关节的弯曲活动而改变手套本体在背面侧和手心侧的长度，尤其是手套本体上容纳手指关节背面(即手指弯曲时的外侧)的位置，弯曲程度及长度变化最为显著；所述手套本体可采用现有手套的实现，例如采用棉纱、纤维、皮革、橡胶等制成的手套。

所述柔性应变传感器，通过胶粘、缝纫、编织等方式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弯曲活动而改变长度，导致其等效电阻值的改变，从而可以检测柔性应变传感器覆盖的手指关节的弯曲状态。根据不同应用环境及测量精度，所述弯曲状态可指手指是否弯曲，也可指弯曲的程度或实际弯曲度数。图1的实施例中，通过一个柔性应变传感器覆盖整个手指，来测量整个手指的整体弯曲状态；图5的实施例，通过与手指的关节对应的多个柔性应变传感器来测量手指各个关节的弯曲度，从而获取更准确测量数据，下文将对其进行详述描述。

集成电路，设置在手套本体后端(例如，手掌背面或者手心处)以避免弯折，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阻值和/或电压等测量数据。

图2示出了根据本实用新型实施例的柔性应变传感器结构示意图。根据该实施例的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(此处的上、下均为相对而言，也可以称为第一、第二固定层)；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、下固定层通过粘合(例如，胶粘等)方式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。在此需要说明的是，所述的线性可测范围并非绝对的线性，任何测量都会出现误差，因此任何实施例需要对测量数据进行处理，现有技术已有成熟的算法对测量数据进行处理，如非线性回归补偿算法等。

传统的基于导电织物的柔性应变传感器，通常利用导电织物受力产生的形变导致导电织物的电阻或电容特性发生改变，进而检测导电织物所受压力或拉力的情况；但在实践过程中，导电织物的拉伸量与电阻/电容变化特性的关系通常为非线性变化且通常此种变化为不稳定变化，并易在最大拉伸量位置产生漂移现象，致使无法准确检测导电织物的形变量。本实用新型所述柔性应变传感器采用弹性导电织物与非弹性固定层结合的特殊结构，可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，可准确检测弯曲形变量，真实反映手指关节活动情况，误差小且稳定性高。

在本实用新型中，所述弹性或非弹性是指材料最大可拉伸量与初始长度之间的比值在某一范围即为弹性或非弹性(此处最大可拉伸量是指最大拉伸长度与初始长度之间的差值)。参照美国材料与试验协会(ASTM)对弹性体的定义，在室温条件下，材料可反复拉伸到至少为原长2倍，在外力释放后能迅速恢复至原长的材料为弹性体。在本实用新型中，弹性在此定义为，在室温(约20℃左右如18～25℃)条件下，材料最大可拉伸量与初始长度之间的比值0.1～2；非弹性定义为，在室温条件下，材料最大可拉伸量与初始长度之间的比值＜0.1。

在本实用新型的各种设施方式中，导电织物可以通过织物镀银、镀镍、镀铜等制成，或者采用通过银纤维、镍纤维、铜纤维、碳纤维、有机导电纤维等与氨纶、锦纶等材料通过混纺制成的具有弹性的混纺材料；而上固定层、下固定层可采用现有的胶布、胶膜、胶带等，也可采用不具有粘性的普通非弹性织物。

上述实施例的非弹性固定容纳空间内的导电织物具体可以设置为长条形。在其他实施例中，为了便于从同一侧引出导线，可以将导电织物设置为U、W形，导电织物的两个端部设置有导线连接点，用于与导线连接。

导电织物与导线的连接方式可采用直接胶粘、焊接或铆接等方式。对于运动较为频繁的应用场景，为了避免在长期使用过程中产生脱落的情况，可以采用如图3所示的结构，采用具有凹槽的金属片(例如铜片)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。采用该方式进一步提高两者连接的稳固性，并且金属片的边缘位置未与导电织物形成紧密连接，避免了长期使用金属片对导电织物产生切割，影响导电效果。

图4示出了根据本实用新型实施例的集成电路的结构示意图。根据该实施例的集成电路中设置有测量电路、放大电路、模数转换电路、控制电路、以及通信接口。

其中，测量电路可以采用桥式测试电路，柔性应变传感器作为一桥臂接入测量电路中；具体地，柔性应变传感器一端的引线连接至直流电源，另一端与第一固定阻值电阻串联后接地；阻值可调电阻的一端连接至直流电源，另一端与第二固定阻值电阻串联后接地；第三固定阻值电阻与柔性应变传感器的引线并联；将第一固定阻值电阻和第二固定阻值电阻与地之间的电压差作为电压信号输出至放大器；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，其中，第三固定阻值电阻设置为在柔性应变传感器的阻值变化范围较大的情况下能输出有效信号，即使测量电路输出的电压信号在模数转换电路的输入电压范围之内。

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；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阻值和/或电压等测量数据；通信接口，用于将测量数据发送给接收端设备，可以采用WIFI、蓝牙、NFC、蜂窝数据网络等无线通信接口，也可以采用USB、光纤、双绞线等有线通信接口。

在有些应用中，可以在手套本体后端(例如，与集成电路重叠设置在电路板的不同层)设置与集成电路中的控制电路连接的小型显示器(例如，1.77英寸或更小的TFT液晶显示屏)，以直接显示获取的测量数据。

上述集成电路能够实现数据的初步采集和处理功能，但若需要更为精确或复杂的应用，所述***还可包括设置了控制、数据分析处理、存储、显示等功能单元的外部终端(上述功能的实现属于现有技术，本实用新型不作详细阐述)，该外部终端通过通信接口与集成电路实现数据传输。该外部终端具体可以采用PC、手机或平板等，通过对集成电路采集传输的手部弯曲数据进行更深入的分析、存储和显示，以适用于特定环境的应用。例如，在一些交互应用中，该外部终端还能够实现与手部动作捕捉的实时同步展示。

在集成电路的控制电路中，对于设置的各个柔性应变传感器的数据采集可以设置为同时触发电路进行采集工作。在对功耗和体积要求较高的应用场景中，由于要求手套的体积比较小，因此需尽可能控制集成电路的体积，并尽可能减少集成电路中的数据运算量，因此，本实用新型对控制电路中数据采集的算法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。例如，若手套本体上的五指依次设置了柔性应变传感器覆盖，则控制电路可分别触发测量电路对设置的柔性应变传感器的形变数据依次分别进行采集，间隔时间可设置为10ms。若一只手指设置了多个柔性应变传感器覆盖，则数据采集的间隔时间可设置为2ms。

另外，单个柔性应变传感器在电路连接中需将两端作为电路连接点引入电路中，若五指都分别设置了一片柔性应变传感器覆盖所有指关节，则需10条导线接入集成电路中，同理，若五指分别设置两片柔性应变传感器分别覆盖指关节，则需20条导线接入集成电路中，太多连接点不仅会造成导线交缠，也会使工艺更复杂。在本实用新型中，所有柔性应变传感器的一端只需并联至其中一柔性应变传感器的一端，该端的导线接入集成电路中做接地处理，有效减少了实际导线的连接。

图5示出了根据本实用新型实施例的一种手部动作捕捉***的手套的背面视图。根据该实施例的手套具有与手指关节数量相同的柔性应变传感器，覆盖手指的每个关节，从而获取反应每个关节弯曲度的测量数据。

作为示例，设置图5中各个柔性应变传感器中的导电织物采用银纤维与氨纶、锦、以及锦纶混纺制成的具有弹性的导电织物(例如，银纤维44％，棉35％，锦纶18.4％，氨纶2.6％)，其长度为2.00cm，宽度为0.2cm，其形状为U型(在实际应用中可以根据不同的使用人群设置不同的手套大小，相应的柔性应变传感器也可设置不同的长度和宽度)。导电织物上下表面可以进一步覆盖具有粘性的PU膜，该PU膜为长度为3.00cm，宽度为1.5cm的方形，弹性导电织物被固定在中间。

柔性应变传感器在未受力弯曲的情况下，电源施加的电压为3V，控制电路获取的测量数据中柔性应变传感器的初始阻值约为22Ω；当柔性应变传感器因手指各关节的弯曲活动而被拉伸时，柔性应变传感器的阻值、长度、以及对应关节的弯曲度范围如下表1所示(此处的拉伸量是指柔性应变传感器被拉伸后的长度与初始长度之间的差值)：

表1

柔性应变传感器电阻	传感器拉伸量	对应的弯曲度范围
			22Ω	0	0°～10°
35Ω	0.4mm	20°～30°
			55Ω	0.6mm	35°～45°
60Ω	0.8mm	50°～60°
			65Ω	1mm	80°～90°

由上可知，通过本实用新型的柔性应变传感器的特殊结构，将导电织物的拉伸量与电阻变化特性固定在一段线性可测量范围内。由于柔性应变传感器中导电织物的长度不同，初始阻值也不同，拉伸后所测量的电阻值也会不同。因此，可以在集成电路或外部终端中设置存储单元，在本实施例中，在外部终端设置存储单元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；控制电路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，可以获取各个关节的弯曲度数据。

在实际应用中，若无需精确反馈弯曲度数，则在某些情况下可固定柔性应变传感器的电阻值与弯曲情况的数据关系不变来检测弯曲变化；但在大部分应用中，由于不同的佩戴者手指长度、大小有差别，集成电路采集到的柔性应变传感器发生弯曲后的电阻值与实际的手指弯曲情况之间的曲线关系会有差别，若采用某一固定的数据曲线关系检测出的弯曲情况则会产生误差。为了消除这种误差，本实用新型方案在外部终端中还可设置数据标定单元，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；此处的弯曲情况可由用户自定义，如可定义自然伸直状态下弯曲情况为0，半弯曲情况下为50％，完全握紧状态为100％，首先获取当前用户从手指自然伸直状态到完全握紧状态这一过程中各个传感器电阻值与弯曲情况变化的数据曲线，该数据曲线关系与对应的用户数据存储于存储单元中，完成标定；然后进入工作过程，用户手指随意动作(也可根据应用场景进行指定动作，例如游戏、康复活动中)，测量电路获取实时的传感器电阻值，通过标定的数据曲线获取实时的手指弯曲数据。对同一用户可标定一次，再次使用时可直接调取存储单元中已存储的该用户的标定数据，避免重复标定。当然在需要更精确的应用场景中，弯曲情况也可表示实际的弯曲度数，通过上述实施例获取柔性应变传感器的阻值、长度、以及对应关节的弯曲度范围之间的关系，检测手指的实际弯曲度数，具体如下实施所述。

进一步地，存储单元中还可以存储多个弯曲度与手势对应关系的弯曲度-手势数据对。例如，如图6所示，将手指从指尖到手掌方向的各个关节对应的柔性应变传感器依次编号为第一柔性应变传感器、第二柔性应变传感器、第三柔性应变传感器。当食指的第一关节弯曲度为30°～90°，第二关节的弯曲度为60°～90°，第三关节的弯曲度为10°～60°；大拇指的第一关节弯曲度为60°～90°，第二关节的弯曲度为20°～60°；并且，其它手指各个关节的弯曲度为0°～30°时，对应的手势为OK。或者，当食指和中指各个关节的弯曲度为时0°～15°；并且，其它手指各个关节的弯曲度为60°～90°时，对应的手势为V。或者，当各个手指的各个关节的弯曲度为时0°～15°时，对应的手势为PALM(手掌)。或者，当各个手指的各个关节的弯曲度为时70°～90°时，对应的手势为FIST(握拳)。上述实施例的手套可以通过外部终端的显示器实时显示控制电路所识别出的手势。

图7示出了根据本实用新型实施例的包括上述手部动作捕捉***的交互***。该交互***包括手部动作捕捉***、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。

其中，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。手部追踪装置可以采用加速度传感器以直接向集成电路发送手腕位置的运动数据。

在仅需进行手势识别等以及加速度传感器数据处理的应用场景下，数据处理设备可以采用手机、平板电脑、便携式计算机等移动终端，其可以存储更为详细的弯曲度-手势数据对，在获取来自手套的各个关节的弯曲度数据同时，通过肢体运动追踪设备获取肢体追踪点的肢体运动数据，并结合存储的手势-运动-肢体表达数据对，可以获取更为准确的肢体表达数据。例如，手势-运动-肢体表达数据对可以存储为：在识别出手势为PALM，且肢体运动数据中运动状态为左右小幅度摆动(例如，左右摆动小于20厘米)时，对应的肢体表达为NO。在更场景化的应用中，例如游戏中，也可以直接基于各个关节的弯曲度数据和肢体运动数据，来改变游戏场景中对应的角色或器件的状态。

在进一步的实施例中，肢体运动追踪设备可以采用LED灯、红外发射器、超声波反馈装置、雷达波反馈装置感知手部的位置及运动方向、状态等，并在集成电路和数据处理设备的配合下，获取手腕位置处的运动轨迹。

具体地，当采用LED灯时，数据处理设备设置为具有成像装置(例如，动作捕捉摄像头)、图像处理器和存储器；一方面，通过手套上的控制电路控制LED灯、红外发射器以预设的频率发出特定波长的可见光或者不可见光，同时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等肢体运动数据；另一方面，数据处理设备中的存储器可以存储有弯曲度-手势数据对、手势-运动-肢体表达数据对等，通过接收来自手套的弯曲度数据，可以获取手指及手部整体运动数据及其对应的肢体表达数据，进而可以通过图形处理器和显示设备，将获取的弯曲度数据、手势数据、肢体表达数据等应用在虚拟现实、增强现实等游戏、娱乐、教育、医疗等软件构建的场景中。

当采用红外发射器、超声波反馈装置、雷达波反馈装置时，同上述原理，数据处理设备设置为具有超声波、雷达波发生器，利用现有的红外线、超声波、雷达波测距原理，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，获得手部的运动数据。

上述交互***实现了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的肢体运动，而并不显著增大现有图像识别处理的复杂度，在提高体态数据精确度的同时，保持了便携性和较低成本。

同时，利用柔性应变传感器的弯曲检测功能，在本实用新型中所述肢体运动追踪设备还可以是设置在手肘、膝盖位置的弯曲检测传感器，获取佩戴者手肘、膝盖的弯曲数据，判定佩戴者的运动状态和趋势；所述弯曲检测传感器采用上述柔性应变传感器实现，具体设置可参考手指弯曲检测部分。

所述输出显示设备可以为PC机，头盔显示器HMD，手机，平板等具有显示功能的设备，通过手套获取的手势数据、手部追踪装置获取的手部运动数据以及手肘、膝盖等弯曲数据作为数据输入至数据处理设备，再由数据处理设备通过有线或无线通信传输至输出显示设备，在***中可创建游戏动画场景、模拟的真实自然环境等3D沉浸环境，实现佩戴者与所创建的环境之间的交互。

在本实用新型中，为了提高***与佩戴者之间的交互性与趣味性，还包括了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、右倾等状态，利用上述状态，***可设置前倾等于前进、后仰等于后退的命令，实现运动交互的场景的创建。具体的，所述地垫可采用现有技术中的柔性阵列压力传感器实现，如美国Teksan、SPI公司研发的压力分布测量***，通过获取足底压力信息，分析出不同位置的压力分布图像，根据创建的模型判断当前站姿为前倾、后仰、左倾、右倾等。也可以利用本实用新型所述的弹力导电柔性应变传感器作为地垫的检测部件，通过获取不同站姿下柔性应变传感器的电阻分布信息，建立相应的模型，测得佩戴者实时的运动趋势。

进一步的，为了防止人体在地垫上跌倒，沿地垫的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。当然，为了增加进一步提高地垫对人体运动趋势判断的准确性，防护杆还设置了一圈导电柔性应变传感器，当人体前倾时身体会往前靠使该侧的导电柔性应变传感器的电阻发生变化，结合预先获得人体朝向，可更为准确判断人体运动趋势。在进一步的实施例中，上述地垫也可用现有技术的步态监测鞋、或鞋垫替代实现人体运动趋势的检测。

以上所述，仅为本实用新型具体实施方式的详细说明，而非对本实用新型的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种手部动作捕捉***，其特征在于，所述***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***，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***，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***，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***，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***，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***，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行测量数据的采集。

8.根据权利要求1所述的手部动作捕捉***，其特征在于，所述***还包括设置了控制、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。

9.根据权利要求8所述的手部动作捕捉***，其特征在于，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。

10.一种交互***，其特征在于，包括根据权利要求1至6中任一项所述的手部动作捕捉***、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。

11.根据权利要求10所述的交互***，其特征在于，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。

12.根据权利要求10所述的交互***，其特征在于，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。

13.根据权利要求10所述的交互***，其特征在于，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。

14.根据权利要求13所述的交互***，其特征在于，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。