一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置

1.本发明涉及助老助残或者机器人领域，具体涉及一种通过舌头操作的三维空间人机交 互装置。


背景技术：

2.随着机器人技术的进步，人机共融成为了新的研究热点与主题，人们也对机器人的功 能提出更多的挑战与期待。为了满足肢体不便的老年人以及身体缺陷或瘫痪的残疾人的生 活需求，将机器人技术应用于助老助残的场景中，已有的人机交互方法包括：肌电信号识 别、脑电信号识别、语音识别、眼动识别等。然而，这些技术依然存在着延迟大、设备穿 戴复杂、适应性差、错误识别等问题。


技术实现要素：

3.本发明为克服现有技术的不足，提供一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置。该 装置穿戴方便，可满足日常的操控延时需求，通过舌头控制，适应性强，操控精准，占用 空间小，使用便携。
4.一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置包含：
5.可佩戴组件，用于佩戴于人体部位；
6.主操控器，可拆卸地安装在可佩戴组件上；
7.所述主操控器包含外壳、操控杆、定位胶塞、磁铁和集成电路控制模块；所述外壳的 一侧开口、另一侧封闭，定位胶塞插装在外壳内，定位胶塞、外壳和封闭端围成一腔体， 定位胶塞与外壳内壁具有与所述腔体相通的气道，定位胶塞的中部插装有一根可偏摆的操 控杆，操控杆的一端置于所述腔体内、另一端置于所述开口外，所述操控杆的一端安装有 磁铁、另一端具有可使舌头操控的操纵部，外壳的封闭端内侧布置有集成电路控制模块， 以获取腔体内的磁场变化以及气压变化，用于分析人体意图。
8.进一步地，所述集成电路控制模块包含单片机、霍尔传感器和气压传感器；霍尔传感 器的信号输出端与单片机的引脚相连，气压传感器的信号输出端与单片机的信号输入端相 连，蓝牙芯片与单片机电连接，实现数据传输。
9.进一步地，所述可佩戴组件包含佩戴圈、调节杆、纵向连接杆和横向连接杆；调节杆 的一端可滑动地设置在佩戴圈上，通过螺钉一将纵向连接杆的一端安装在调节杆的另一端， 以实现纵向连接杆的纵向位置调节，通过螺钉二将横向连接杆的一端安装在纵向连接杆的 另一端，以实现横向连接杆的横向位置调节，通过螺钉三将主操控器安装在横向连接杆的 另一端，以实现主操控器的姿态调整。
10.本发明相比现有技术的有益效果是：
11.1、本发明通过舌头拨动操纵杆，改变末端磁铁位置，通过吹气和吸气的方式改变操控 器腔体内的气压值，通过集成电路控制获取装置的磁场变化以及气压变化，从而分析人体 意图。本发明操控器中的定位胶塞主要起到储能、复位的作用，能够使穿戴者在非使
盈配合。如此设置，确保连接的可靠。所述操纵部7-1的外形为轮齿状。如此设置，为了 防止舌头在操控杆时发生滑动，提高操控效果。
28.如图3-图4所示，所述外壳6为筒状体。端盖9与外壳6之间通过螺钉连接，形成封 闭端，有利于固定集成电路控制模块12和形成稳定的腔体。磁铁安装盖10通过螺钉与操 控杆7进行固定，磁铁11与磁铁安装盖10之间过盈配合。如此设置，确保磁铁11被稳定 可靠定位。
29.进一步地，所述外壳6和操控杆7的材质均为合成树脂。定位胶塞8的材质为橡胶， 如此设置，外壳6、操控杆7和定位胶塞8总质量约为30g，可佩戴组件a的重量约为180g。
30.作为一种可能的实施方式，如图4所示，所述定位胶塞8为环体8-1和空心锥体8-2 的复合体；空心锥体8-2的大直径端与环体8-1的内边缘固接，环体8-1的外表面固定在 外壳6的内壁面上，操控杆7密封插装在空心锥体8-2的顶部。如此设置，便于推入定位 胶塞8时更方便安装固定。
31.作为一种可能的实施方式，如图5所示，所述集成电路控制模块12包含单片机12-1、 霍尔传感器12-2和气压传感器12-3；霍尔传感器12-2的信号输出端与单片机12-1的引脚 相连，气压传感器12-2的信号输出端与单片机12-1的信号输入端相连，蓝牙芯片12-4与 单片机12-1电连接，实现数据传输。
32.穿戴者首先将可佩戴附件a置于人体部位，随后将主操控器b放入口中，通过舌头拨 动操纵杆7，改变末端磁铁11位置，通过吹气和吸气的方式改变操控器腔体内的气压值。 随后，通过集成电路控制模块12上集成的霍尔传感器12-1和气压传感器12-2获取装置的 磁场变化以及气压变化，从而分析人体意图。还包含电源模块，电源模块给集成电路控制 模块12供电。
33.可选地，气压传感器选用hp203b型传感器，蓝牙芯选用型号ecb02的芯片，霍尔传感 器型号选用a1302elhlt，单片机选用stm32f03。
34.进一步地，如图1所示，所述可佩戴组件a包含佩戴圈1、调节杆2、纵向连接杆3和 横向连接杆4；
35.调节杆2的一端可滑动地设置在佩戴圈1上，通过螺钉一将纵向连接杆3的一端安装 在调节杆2的另一端，以实现纵向连接杆3的纵向位置调节，调节螺钉一的松紧改变纵向 连接杆3的偏摆角度，最终实现主操控器b在纵向上的位置调整；通过螺钉二将横向连接 杆4的一端安装在纵向连接杆3的另一端，以实现横向连接杆4的横向位置调节，调节螺 钉二的松紧改变横向连接杆4的偏摆角度，最终实现主操控器b在横向上的位置调整；通 过螺钉三将主操控器b安装在横向连接杆4的另一端，以实现主操控器b的姿态调整。调 节螺钉三的松紧改变柱操控器b的偏摆角度，综合利用纵向连接杆3和横向连接杆4的调 整，实现主操控器b的三维空间姿态调整。
36.可选地，所述佩戴圈1可替换为头戴式增强设备。以实现更多更丰富的功能拓展，感 知反馈；本实施方式可结合机械臂，实现人机交互，并对机械臂的移动进行操控。
37.本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术 人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许 的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。


技术特征：
1.一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：包含可佩戴组件(a)，用于佩戴于人体部位；主操控器(b)，可拆卸地安装在可佩戴组件(a)上；所述主操控器包含外壳(6)、操控杆(7)、定位胶塞(8)、磁铁(11)和集成电路控制模块(12)；所述外壳(6)的一侧开口、另一侧封闭，定位胶塞(8)插装在外壳(6)内，定位胶塞(8)、外壳(6)和封闭端围成一腔体，定位胶塞(8)与外壳(6)内壁具有与所述腔体相通的气道，定位胶塞(8)的中部插装有一根可偏摆的操控杆(7)，操控杆(7)的一端置于所述腔体内、另一端置于所述开口外，所述操控杆(7)的一端安装有磁铁(11)、另一端具有可使舌头操控的操纵部，外壳(6)的封闭端内侧布置有集成电路控制模块(12)，以获取腔体内的磁场变化以及气压变化，用于分析人体意图。2.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述定位胶塞(8)与外壳(6)内壁过盈配合。3.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述操纵部(7-1)的外形为轮齿状。4.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述外壳(6)为筒状体。5.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述外壳(6)和操控杆(7)的材质均为合成树脂。6.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述定位胶塞(8)的材质为橡胶。7.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述集成电路控制模块(12)包含单片机(12-1)、霍尔传感器(12-2)和气压传感器(12-3)；霍尔传感器(12-2)的信号输出端与单片机(12-1)的引脚相连，气压传感器(12-2)的信号输出端与单片机(12-1)的信号输入端相连，蓝牙芯片(12-4)与单片机(12-1)电连接，实现数据传输。8.根据权利要求1或6所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述定位胶塞(8)为环体(8-1)和空心锥体(8-2)的复合体；空心锥体(8-2)的大直径端与环体(8-1)的内边缘固接，环体(8-1)的外表面固定在外壳(6)的内壁面上，操控杆(7)密封插装在空心锥体(8-2)的顶部。9.根据权利要求1所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述可佩戴组件(a)包含佩戴圈(1)、调节杆(2)、纵向连接杆(3)和横向连接杆(4)；调节杆(2)的一端可滑动地设置在佩戴圈(1)上，通过螺钉一将纵向连接杆(3)的一端安装在调节杆(2)的另一端，以实现纵向连接杆(3)的纵向位置调节，通过螺钉二将横向连接杆(4)的一端安装在纵向连接杆(3)的另一端，以实现横向连接杆(4)的横向位置调节，通过螺钉三将主操控器(b)安装在横向连接杆(4)的另一端，以实现主操控器(b)的姿态调整。10.根据权利要求9所述一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，其特征在于：所述佩戴圈(1)可替换为头戴式增强现实设备。

技术总结
一种通过舌头操控的三维空间人机交互装置，它包含可佩戴组件，用于佩戴于人体部位；主操控器，可拆卸地安装在可佩戴组件上；所述主操控器包含外壳、操控杆、定位胶塞、磁铁和集成电路控制模块；定位胶塞插装在外壳内，定位胶塞与外壳内壁具有与所述腔体相通的气道，定位胶塞的中部插装有一根可偏摆的操控杆，操控杆的一端置于所述腔体内、另一端置于所述开口外，所述操控杆的一端安装有磁铁、另一端具有可使舌头操控的操纵部，外壳的封闭端内侧布置有集成电路控制模块，以获取腔体内的磁场变化以及气压变化，用于分析人体意图。本发明穿戴方便，可满足日常的操控延时需求，通过舌头控制，适应性强，操控精准，占用空间小，使用便携。使用便携。使用便携。


技术研发人员：朱延河 荆泓玮 巨浩天 赵杰
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.11.01
技术公布日：2023/1/31