一种基于虚拟现实的手势交互装置的制作方法

本实用新型涉及虚拟设备领域，具体涉及一种基于虚拟现实的手势交互装置。

背景技术：

手势姿态识别是解决虚拟现实领域上非常关键的一种交互方式，不同的实现方式、不同的设备都会让用户得到不同的体验。近年来，随着虚拟现实设备备受大众的欢迎和人机交互Human-Computer Interaction即HCI科学的不断发展，在众多人机交互方式上，手势交互成为最符合人们习惯的交互方式，但手势交互研究相较听觉、视觉的交互方式还有较大的差距。其原因主要是由于人手的灵巧性、复杂的皮肤形状和传感器的复杂性造成的。

目前国内的手势交互方式主要集中在如何实现手指姿态的判别上，在手势交互领域上有出现使用机械制造出的手部外骨骼，外骨骼集成多个电机，通过控制电机来完成力觉的反馈，这种设备在制作思路上比较简单，但是由于外骨骼集成了多个电机，在体积上都比较庞大、重量相对比较重，不利于长时间的穿戴和使用。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种基于虚拟现实的手势交互装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于虚拟现实的手势交互装置，包括用于向虚拟场景装置发送手部数据的手部数据采集装置和根据虚拟场景装置的信号产生不同的强度的功能性电刺激脉冲的电刺激装置，所述手部数据采集装置包括：

用于采集手掌三维空间数据的九轴运动传感器；

五路分别采集手指弯曲度数据的弯曲度传感器；

无线信号发送模块；

对手掌三维空间数据、手指弯曲度数据进行数据处理并控制无线信号发送模块将其传送给虚拟场景装置的控制器。

本方案采用电刺激的方式来实现基于虚拟现实的手势力觉交互，在VR设备上完成手势识别的同时加入电刺激装置帮助可以完成虚拟现实中的触觉增强反馈来提升用户的交互体验。本装置采用电子设计的方式，相比于现有机械结构，可大大减小设备体积和重量，便于长时间穿戴。

作为优选，所述电刺激装置设置在腕带上。

作为优选，五路弯曲度传感器通过多路复用端口与传感器连接。

作为优选，还包括电源管理模块，所述电源管理模块包括蓄电池和均连接在蓄电池电源输出端的用于向手部数据采集装置供电的第一供电支路和向电刺激装置供电的第二供电支路。

进一步的，所述第一供电支路和第二供电支路均包括线性稳压电路。

作为优选，所述电刺激装置包括依次连接的无线信号接收模块、控制模块、刺激电路驱动级、H型桥、多路复用器。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型采用电刺激的方式来实现基于虚拟现实的手势力觉交互，在VR设备上完成手势识别的同时加入电刺激装置可以完成虚拟现实中的触觉增强反馈来提升用户的交互体验。本装置采用电子设计的方式，相比于现有机械结构，可大大减小设备体积和重量，便于长时间穿戴。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。

图1为本实用新型的原理图。

图2为电源管理模块的硬件电路原理框图。

图3为弯曲度传感器的电路原理图。

图4为电刺激装置的部分电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示的一种基于虚拟现实的手势交互装置，包括手部数据采集装置和电刺激装置，手部数据采集装置和电刺激装置均通过无线信号与远程的虚拟场景装置进行信息交互。使用时，手部数据采集装置用于采集人手部的手指弯曲度数据并向虚拟场景装置发送该数据，虚拟场景装置可以是PC、手机或其他移动设备，虚拟场景装置完成手势识别后通过虚拟场景中判断人手对物体触摸状态产生刺激控制信号，电刺激装置根据虚拟场景装置的信号产生不同的强度的功能性电刺激脉冲作用于用户的手腕部皮肤，从而实现虚拟现实中的力触觉增强反馈。本方案将电刺激装置加入手势交互装置中，属于首创，在VR设备上完成手势识别的同时加入电刺激装置可以完成虚拟现实中的触觉增强反馈来提升用户的交互体验。

具体的，手部数据采集装置包括九轴运动传感器、弯曲度传感器、无线信号发送模块、控制器。弯曲度传感器有五路，分别用于采用各手指的弯曲度数据；九轴运动传感器用于采集手掌三维空间数据。五路弯曲度传感器、九轴运动传感器、无线信号发送模块均连接在控制器上，控制器即MCU对手掌三维空间数据、手指弯曲度数据进行数据处理并控制无线信号发送模块将其传送给虚拟场景装置。无线信号发送模块如图1所示，可采用蓝牙模块，也可采用红外等硬件结构。弯曲度传感器电路原理图可采用如图3所示的电路。九轴运动传感器可维特智能的W901，其外围电路及与控制器的连接方式可采用其常规连接方式。

本方案采用电子设计的方式，相比于现有机械结构，可大大减小设备体积和重量，便于长时间穿戴。

实施例2

基于上述实施例，本实施例对其进行结构细化，即电刺激装置设置在腕带上，便于佩戴也提高对电刺激的有效性。使用时，腕带优选采用弹性棉质材料，穿戴在手腕或者手臂部分。

手部数据采集装置设置在手套上，同样优选弹性棉质材料，提高穿戴的牢固性和数据采集的可靠性。

电刺激装置、手部数据采集装置固定部分别采用弹性棉质腕带和手套，进一步避免设备过于笨重的缺陷，实现功能的同时有效的降低了重量使得穿戴的舒适感得到提高。

五路弯曲度传感器通过多路复用端口与传感器连接。

实施例3

基于上述实施例，本实施例对其进行结构细化，即如图2所示，还包括电源管理模块，电源管理模块包括蓄电池111和均连接在蓄电池111电源输出端的第一供电支路1131和第二供电支路1132。第一供电支路用于向手部数据采集装置供电，第二供电支路用于向电刺激装置供电。

具体的，如图2所示，第一供电支路和第二供电支路均包括线性稳压电路。线性稳压电路可由芯片ADP1711及其外围电路构成。蓄电池可采用锂电池。

实施例4

本实施例在上述实施例的基础上对电刺激装置进行了细化，即如图1、图4所示，电刺激装置包括依次连接的无线信号接收模块、控制模块、刺激电路驱动级、H型桥、多路复用器。无线信号接收模块可采用WIFI模块，控制模块可采用芯片STM32F103。具体的，本实施例的电刺激装置硬件电路采用申请号为201520533557.1 的基于互补型电流源和时分复用输出的四通道功能电刺激装置。刺激电路驱动级包括压控电流源和互补型电流源，所述互补型电流源包括镜像电流源和镜像电流漏，镜像电流源的参考电流端与压控电流源的电流输入端连接，镜像电流漏的参考电流端与压控电流源的电流输出端连接，主控处理器电路产生的原始通道刺激小信号作为压控电流源的电压输入控制信号经过压控电流源产生用于控制镜像电流源和镜像电流漏的参考电流，所述镜像电流源根据参考电流产生源电流并于源电流端输出，镜像电流漏根据参考电流产生灌电流并于灌电流端输入，所述镜像电流源和镜像电流漏的晶体管分别使用集电极-发射极耐压范围为正负350V的PNP型三极管2N6520和NPN型2N6517，但不限于此类型号三极管。H型桥的一个桥臂中点与所述的互补型电流源中镜像电流源的源电流端连接，H型桥的另一个桥臂中点与所述的互补型电流源中镜像电流漏的灌电流端连接，H型桥桥臂的一端与所述的多路复用器中各输出通道的一端相连接，H型桥桥臂的另一端与所述的多路复用器中各输出通道的另一端相连接，镜像电流源为H型桥提供互补型电流中的源电流，镜像电流漏为H型桥提供互补型电流中的灌电流，主控处理器电路通过控制H型桥的两个桥臂开关的选通产生双相电流脉冲，H型桥经过主控处理器电路1控制多路复用器，在选通相应通道完成功能电刺激脉冲的产生。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。