便携式体感人机交互设备的制作方法

本实用新型涉及物联网与人机交互领域，尤其是一种兼具通用性、便携性、高效性、友好性的体感人机交互设备。

背景技术：

当今社会社会随着电子信息技术的飞速发展，人类可以按照自己的意愿去命令机器帮助我们完成一些繁重的事物，大量电子技术在生活中以人为核心的应用使得人们可以更加舒适的享受电子技术所带来的便利。

伴随着工业4.0、物联网……这个以人为核心、唤醒万物、统御万物的崭新时代到来，其需要更加简单便捷智能化的人机交互方式提供支持。

传统人机交互方式专业、较为复杂且交互数据量小使得人在利用机器处理事物时，无法完全发挥机器的高效性，导致人在向机器下达命令的过程浪费大量时间。虽然现今在某些领域已经有了新型的人机交互设备，但其或多或少依然无法摆脱操作方式过于专业、控制方式单一、所控制的设备单一、设备笨重且不便携等缺点。显然研发一种有一款兼具通用性、便携性、高效性、友好性的人机交互设备在这个崭新的时代来说是十分有必要的。

技术实现要素：

为了避免传统人机交互设备的局限性，同时尽量让本实用新型具有通用性、便携性、高效性、操作友好性等优秀特点。本实用新型提供了可兼具这些优点的新型体感交互设备，将整个设备大体分为以下四个部分：可穿戴的数据处理终端、多个能选择性安装的可穿戴数据采集端、可被控制的机械装置和wifi+蓝牙无线通讯模块。通过对各部分的设计，真正实现了该设备人机交互方面的通用性、便携性、高效性、操作友好性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

便携式体感人机交互设备，包括一个可穿戴的数据处理终端、多个可穿戴的数据采集端、可被控制的机械装置和wifi+蓝牙无线通讯模块。所述数据处理终端通过SPI数据总线与所述的多个可穿戴的数据采集端相连，所述数据处理终端通过串口与wifi+蓝牙无线通讯模块相连，所述wifi+蓝牙无线通讯模块可通过wifi或蓝牙无线与可被控制的机械装置连接，所述wifi+蓝牙无线通讯模块也可通过蓝牙与具有蓝牙功能的电脑相连控制其鼠标键盘。

进一步，所述可穿戴的数据处理终端采用STM32F103为总控芯片，所述可穿戴的数据处理终端的外部安装控制键盘，用户可通过控制键盘进行设备的模式选择，所述可穿戴的数据处理终端包括用于处理并分析用户姿态，并根据当前用户的姿态生成控制其他设备的命令。且其可根据模式需要定时向所述可穿戴的数据采集端索要人体关节姿态数据。并通过根据模式需要定时通过所述wifi+蓝牙无线通讯模块向其他可控设备发送控制命令。

再进一步，所述多个可穿戴的数据采集端，可在整个设备中选择性安装所需要的数据采集端，所述数据采集端通过安装在人体关节上的角度传感器获取此关节的旋转角度数据或是利用安装在关节上的6 轴陀螺仪模块通过融合算法获得此关节的旋转角度数据。并当所述数据处理终端向其索要人体关节姿态数据数据时向数据处理终端上传其负责部位的关节姿态数据。

再进一步，所述wifi+蓝牙无线通讯模块，可利用wifi或是蓝牙无线连接其他可控设备，当数据处理终端向其发送控制命令后，由其通过wifi或是蓝牙无线通讯向指定的可控设备传输控制命令。

更进一步，所述数据处理终端通过SPI数据总线与所述的多个可穿戴的数据采集端相连，所述数据处理终端通过串口与wifi+蓝牙无线通讯模块相连，所述wifi+蓝牙无线通讯模块可通过wifi或蓝牙无线与可被控制的机械装置连接，或是通过蓝牙接入计算机作为HID设备使用。

本发明的有益效果为：体感人机交互变得更加通用、便携、高效、操作友好。

附图说明

图1为本设备结构框图。

图2为本系统工作流程图。

图3为数据处理终端结构图。

图4为数据采集端结构图。

图5为wifi+蓝牙无线通讯模块组成图。

图6为可控机械设备设计图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图6，便携式体感人机交互设备，包括一个可穿戴的数据处理终端、多个可穿戴的数据采集端、可被控制的机械装置和wifi+ 蓝牙无线通讯模块。所述数据处理终端通过SPI数据总线与所述的多个可穿戴的数据采集端相连，所述数据处理终端通过串口与wifi+蓝牙无线通讯模块相连，所述wifi+蓝牙无线通讯模块可通过wifi或蓝牙无线与可被控制的机械装置连接，所述wifi+蓝牙无线通讯模块也可通过蓝牙与具有蓝牙功能的电脑相连控制其鼠标键盘。

进一步，数据处理终端通过SPI数据总线与多个可穿戴的数据采集端相连，数据处理终端通过串口与wifi+蓝牙无线通讯模块相连， wifi+蓝牙无线通讯模块可通过wifi或蓝牙无线与可被控制的机械装置连接，或是通过蓝牙接入计算机作为HID设备使用。

数据处理终端负责对设备采集到的数据处理分析，并根据分析结果生成控制命令。数据处理终端的外部安装控制键盘，用户可通过控制键盘进行设备的模式选择，控制模式开关开启对应模式。某模式开启后，定时器会根据模式需要定时向SPI总线发送数据索要命令，当索要命令得到相应并且获取姿态数据后，姿态数据经过数据处理算法、姿态分析算法与动作记忆矩阵算法获得控制命令或者HID命令。再通过UARTS串口向wifi+蓝牙无线通讯模块发送所生成的命令。基础 wifi+蓝牙模块配置程序负责无线通讯模块的基础初始化工作。

数据采集端负责对其所安装部位的关节转动数据进行采样，其可在启动后通过IIC总线从6轴陀螺仪模块持续获取角速度和重力加速度矢量，经过融合算法进行消抖滤波获取精确关节三轴旋转角度信息。或是通过模数转换器采集角度传感器信号引脚的电压信息，在经过对应角度转化后获取对应关节单轴旋转角度信息。当从SPI总线接受到数据索要命令后，对所储存的姿态信息进行整合上传。

wifi+蓝牙无线通讯模块主要由WIFI模块和蓝牙模块组成，它们通过UARTS串口总线与数据处理终端相连，该模块可将从数据处理终端接收到的控制命令通过无线通讯的方式传输至所需控制的设备。

可控机械设备由普通机械部分、控制芯片、wifi模块组成。wifi 模块通过UARTS串口与控制芯片相连。Wifi模块将接收到的wifi信号通过UARTS串口发送至控制芯片，控制芯片解析控制命令后将向机械部分发送控制信号。从而实现对机械设备整体的控制。

如图1、2所示：此设备中数据处理终端通过SPI数据总线与多个姿态数据采集端相连，数据处理终端可通过SPI总线向数据采集端索要数据，并获取反馈数据；数据处理终端通过串口通讯与wifi+蓝牙无线通讯模块相连，数据处理终端通过UARTS串口向wifi+蓝牙无线通讯模块发送控制命令；外部可控设备通过wifi或蓝牙无线通讯方式与 wifi+蓝牙无线通讯模块相连，从而与本实用新型构成通讯。

如图3所示：数据处理终端主要包括总控芯片和控制键盘两大部分。可通过控制键盘进行设备的模式选择，控制模式开关开启对应模式。某模式开启后，定时器会根据模式需要定时向SPI总线发送数据索要命令，当索要命令得到相应并且获取姿态数据后，姿态数据经过数据处理算法、姿态分析算法与动作记忆矩阵算法获得控制命令或者 HID命令。再通过UARTS串口向wifi+蓝牙无线通讯模块发送所生成的命令。基础wifi+蓝牙模块配置程序负责无线通讯模块的基础初始化工作。

图4为数据采集端结构图，其主要包括一个数据处理核心、一个 6轴陀螺仪模块、角度传感器三部分组成。陀螺仪模块通过IIC总线与数据处理核心相连。在数据采集端启动后通过IIC总线从6轴陀螺仪模块持续获取角速度和重力加速度矢量，经过融合算法进行消抖滤波获取精确关节三轴旋转角度信息。或是通过模数转换器采集角度传感器信号引脚的电压信息，在经过对应角度转化后获取对应关节单轴旋转角度信息。当从SPI总线接受到数据索要命令后，对所储存的姿态信息进行整合上传。

图5为wifi+蓝牙无线通讯模块结构图，WIFI模块和蓝牙模块组成，它们通过UARTS串口总线与数据处理终端相连。

图6为可控机械设备的结构图，由普通机械部分、控制芯片、wifi 模块三部分组成。wifi模块通过UARTS串口与控制芯片相连。Wifi 模块将接收到的wifi信号通过UARTS串口发送至控制芯片，控制芯片解析控制命令后将向机械部分发送控制信号。从而实现对机械设备整体的控制。