CN202230440U - 操控计算机空间绘图类软件的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种操控计算机空间绘图类软件的控制系统，包括手部数据采集模块、动作识别模块、USB无线通信模块和计算机，手部数据采集模块包括加速度计传感器、压力传感器和麦克风，动作识别模块的输入端与速度计传感器和压力传感器之间为有线连接，在动作识别模块的输出端连接有无线收发器，并与连接在计算机的USB无线通信模块之间通过无线通信方式连接；在两手的拇指、食指和中指上分别安装一个加速度计传感器，麦克风安装在左手手背位置，压力传感器安装在两手手指末端关节处，动作识别模块安装在左臂处。本实用新型的优点是：体积小，使用方便，操作方式简单、直观。

Description

操控计算机空间绘图类软件的控制系统

技术领域

本发明涉及计算机软件控制领域，具体是无线控制器类计算机软件控制，以加速度计传感器为主要凭依设备，多传感器交汇使用而开发出的一种基于动作识别的控制空间绘图软件的控制装置。

背景技术

空间三位控制(Space of Three-dimensional Controller，简称STC)十分符合人类的感官认识，并能使人很快的学会，其原理类似走路，完全的自我修正感知。抛开了快捷键和复杂的命令，不需要大篇的理论和帮助文件，仅仅用我们的双手就能操纵在外行人看似难以入手的3Ds MAX，CAD等专业软件，创造属于自己的3D世界。设计上的合理性使我们相信我们甚至可以利用空间三位控制抛开鼠标键盘，用自己的双手加入到3D游戏的世界中。那将是自己的举手投足直接映射到虚拟世界中，再添加外设，甚至可以“感知”虚拟世界。甚至使得从未接触计算机的人也能实现自己天马行空的想法，实现自己的梦想。即使是经过多年训练的多媒体设计师，也可通过这种模拟方式进行更方便快捷、迅速的完成高级3D项目制作。

目前市面上出现的类似空间三维控制器的产品有数据手套和三维轨迹控制球。数据手套设有弯曲传感器，弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板大部，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接。把人手姿态准确实时地传递给虚拟环境，而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者。可基本达成空间三维控制器的全部功能，但价格昂贵且易磨损，而且使用不方便。三维轨迹控制球是另外一种类型的鼠标，其工作原理与机械式鼠标相同，内部结构也类似。不同的是轨迹球工作时球在上面，直接用手拨动，而球座固定不动。因而轨迹球占用空间小，多用于笔记本电脑等便携机。其不存在上述数据手套的缺点，但其灵活性差无法达成空间三维控制器的全部要求。

发明内容

本发明提供一种利用加速度计传感器应用快捷键模拟的操控计算机空间绘图类软件的控制系统，以解决现有技术存在的人机交互困难的问题。

本实用新型的技术方案是：一种操控计算机空间绘图类软件的控制系统，其特征在于，包括手部数据采集模块、动作识别模块、USB无线通信模块和计算机，手部数据采集模块包括加速度计传感器、压力传感器和麦克风，所述的动作识别模块的输入端与速度计传感器和压力传感器之间为有线连接，在所述的动作识别模块的输出端连接有无线收发器，并与连接在计算机的USB无线通信模块之间通过无线通信方式连接；在两手的拇指、食指和中指上分别安装一个加速度计传感器，麦克风安装在左手手背位置，压力传感器安装在两手手指末端关节处，动作识别模块安装在左臂处。

所述的加速度传感器为三轴加速度计传感器。

所述的麦克风为硅麦克风。

各传感器通过类手套装置固定在手上，以保证传感器位置稳定。

所述的无线通信方式采用ZigBee协议或Bluetooth协议。

本实用新型的优点是：体积小，使用方便，操作方式简单、直观。

附图说明

图1是本实用新型的总体构成和工作流程框图；

图2是本实用新型的手部数据采集模块的构成框图；

图3是本实用新型的动作识别模块的构成框图；

图4是本实用新型的USB无线传输模块的构成框图。

具体实施方式

参见图1-图3，本实用新型一种操控计算机空间绘图类软件的控制系统，包括手部数据采集模块1、动作识别模块2、USB无线通信模块3和计算机A。

手部数据采集模块1如图2所示，包括左手加速度计传感器11、左手压力传感器12、右手加速度计传感器13、右手压力传感器14和麦克风16，左手加速度计传感器11和左手压力传感器12通过左手数据总线17与动作识别模块2采用有线连接；右手加速度计传感器13和右手压力传感器14通过右手数据总线15与动作识别模块2采用有线连接。

在两手的拇指、食指和中指上分别安装一个左手加速度计传感器11和右手加速度计传感器13，麦克风16安装在左手手背位置，在上述三个手指末端关节或手指尖端处各安装一个左手压力传感器12和右手压力传感器14，动作识别模块2安装在左臂处。

所述的动作识别模块2采用微处理器模块，如ARM处理器。

各所述的加速度传感器为三轴加速度计传感器。

所述的麦克风16为硅麦克风。

各加速度传感器和压力传感器通过类似手套的装置佩戴固定在手上，以保证传感器位置稳定。

所述的无线通信模块3与计算机A之间的无线通信方式采用ZigBee协议或Bluetooth协议。

本实用新型空间三维控制器，利用加装在手部的各加速度传感器采集数据，在手臂处加装的动作识别模块2进行运算，得出的结果由无线方式传送至计算机A的USB接口端，利用计算机快捷键模拟软件4和计算机软件5，模拟鼠标的方式达到控制目的。

关于部数据采集部分，三个手指(拇指、食指、中指)末端关节处分别加装加速度传感器收集在三维空间中的加速度数据，末端关节处加装压力传感器捕捉手指伸直或蜷曲的动作，两种传感器相结合已达到全面收集手部动作的目的。手背处加装硅麦克风16从而通过识别声音的波形变化和嘈杂度来控制一些专业计算机软件的光学特效或粒子特效。将收集到的数据汇总至数据总线15和17，再传输至动作识别模块2加以分析。硅麦克风16和动作识别模块2仅加装左手；右手数据总线15处附带无线传输器至左臂的动作识别模块2。

动作识别模块2由AD转换器和ARM处理器和无线收发器(使用ZigBee协议或Bluetooth)构成。左手加速度计传感器11和左手压力传感器12所采集的数据传输至左手臂处的动作识别模块2内的AD转换器，而后传输至ARM处理器，经处理后由无线收发器将数据发送到USB无线通信模块3。右手手部传感器所采集的数据传输至左手手臂处的AD转换器，重复左手处操作。动作识别模块2加装在手臂处便于数据的处理，减小由无线模块传输时所产生的误差，将大量的数据处理为可简单识别的数据。

如图4所示，USB无线传输模块3主要由USB接口、USB固件和协议处理、无线收发和天线四大功能部分组成。

USB接口主要完成模块和计算机的物理连接，提供总线的硬件收发接口，实现电气和底层的逻辑功能，是USB外围设备的核心之一。

本实用新型的工作原理是：手掌动作的定义是通过惯性传感器所测得的数据与起始位置初值比较而得的。运用重力加速度方法对传感器进行静态标定。通过标定分别得到加速度传感器三个方向的灵敏度、非线性度和回程误差三个特性指标，从而得到整个手掌挥舞、移动的空间方向以及长度等。手指动作的定义是基于压力传感器的相应预设响应值和阈值的比较而得到的，压力传感器的响应低于下阈值时将会返回值1，表示对应手指伸直；但压力传感器的响应高于上阈值时将会返回值0，表示对应手指弯曲；当响应在上阈值和下阈值之间时，将不返回值(不改变输出状态)。对每个手指的屈伸进行组合，便能定义不同的手势。通过手掌动作和手指动作的配合来诠释整个人体手部的动作行为，将动作行为数据处理完毕后转为简单的识别代码代表预设动作发送至计算机端。

关于计算机A中计算机快捷键模拟软件4和计算机软件5的工作：

将USB无线传输模块3中得到的数据进一步分析处理，将所捕捉的动作进一步识别为相应的软件功能，利用模拟键盘功能模拟软件快捷键，从而达到控制软件的功能。在此软件将先对对接软件进行识别(或手工选择)，从而判断应使用的相应软件快捷键模组。模拟键盘用Keybd_event函数，模拟鼠标按键用Mouse_event函数。

当开启相关软件时，软件会根据系统进程的启动夹在不同的快捷键&鼠标&键盘模组，从而达到最智能化、便捷化的功效。

Claims (5)

1.一种操控计算机空间绘图类软件的控制系统，其特征在于，包括手部数据采集模块、动作识别模块、USB无线通信模块和计算机，手部数据采集模块包括加速度计传感器、压力传感器和麦克风，所述的动作识别模块的输入端与速度计传感器和压力传感器之间为有线连接，在所述的动作识别模块的输出端连接有无线收发器，并与连接在计算机的USB无线通信模块之间通过无线通信方式连接；在两手的拇指、食指和中指上分别安装一个加速度计传感器，麦克风安装在左手手背位置，压力传感器安装在两手手指末端关节处，动作识别模块安装在左臂处。

2.根据权利要求1所述的操控计算机空间绘图类软件的控制系统，其特征在于，所述的加速度传感器为三轴加速度计传感器。

3.根据权利要求1所述的操控计算机空间绘图类软件的控制系统，其特征在于，所述的麦克风为硅麦克风。

4.根据权利要求1所述的操控计算机空间绘图类软件的控制系统，其特征在于，各传感器通过类手套装置固定在手上，以保证传感器位置稳定。

5.根据权利要求1所述的操控计算机空间绘图类软件的控制系统，其特征在于，所述的无线通信方式采用ZigBee协议或Bluetooth协议。

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