[发明专利]一种手势控制玩具的方案

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用自然手势方式控制玩具的方法和装置， 特别是通过手臂的表皮肌肉电流信号数据，配合运动传感器数据来识别手势的方法，使其达到无需借助物理开关按钮或操纵杆，而只需要操作者的手势动作就可以实现对玩具的控制。

背景技术

多年来玩具的控制方法普遍采用的是借助物理开关， 按钮， 或操作杆来实现。此种传统操作方式不自然， 乐趣也相应没有发挥出玩具的潜力。随着手势识别技术的兴起， 采用自然手势动作控制玩具在技术上成为可能并成为一种趋势。本发明提出的就是一种采用自然手势和玩具进行控制交互的新型方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手势动作控制玩具的方法和具体的实施装置，该方法和装置可以增强玩具的可操控性，以及增强玩具的实用性和趣味性，为玩具行业提供一种全新的用户体验。

 本发明和装置作为一种新型的玩具控制和交互方法，其特征在于：它的外形表现为类似手环或臂环，且在一定范围内可以伸缩的环形电子装置，其穿戴在用户的手腕或手臂处，并通过伸缩设计紧贴用户皮肤；此方法和装置最显著的特征是电子和电路部分设计有多路表皮肌肉电流信号采集探头和相应的信号处理电路，采集探头按照一定的规律分布在装置的环中；此方法和装置的电子和电路部分包含但不限于运动传感器，例如加速度传感器、角度传感器、磁场传感器等；电子和电路部分包含但不限于模拟信号到数字信号的转换电路，用于控制和信号处理的中央控制器或者数据处理模块，用于存放处理器代码和用户数据的数据存储模块，用于传输计算机数据和命令的数据传输模块，用于信息显示的显示模块，用于电源管理的电源模块等。本发明和装置在用户将其佩戴在手腕或者手臂处后，通过运动传感器单元的连续监测数据来计算和跟踪用户手臂的运动曲线，配合实时处理多路手臂肌肉的表皮肌肉电流信号检测到的手腕、手掌和手指构成的手势，通过提取特征参数来区分并解析，然后映射成各种计算机命令来实现对玩具的控制。本发明和装置的特殊之处在于，用户的操作指令输入是通过自然的手势来实现，而不依赖于物理按钮、开关或者操作杆。相比较于其他基于机器视觉的手势检测方法，本发明和装置对应用环境无限制，具有可移动性，低成本，低功耗等一系列优势。

附图说明

图1：玩具手势控制器的一种外观示意。

图2：玩具手势控制器模块间的可伸缩连接示意。

图3：肌肉电流信号到手势信息所经过的各个信号处理环节框架示意。

图4：常用手势动作示意。

图5：手势识别算法基本流程示意。

具体实施方式

本发明的核心是将一种全新的自然手势和运动识别技术应用到玩具控制器中。此种自然手势识别技术的核心为通过多路手臂表皮肌肉电流信号和运动传感器数据做特征参数提取，并以此检测出手势和手臂的运动曲线以及两者的结合，并以此映射成计算机命令，实现对玩具的控制。

本发明的具体技术实施为外形可伸缩的环形分段设计，可穿戴在用户手腕或者前臂处的电子装置。在环形装置内侧紧贴手臂皮肤处，按照前臂控制手指和手腕的主要肌肉位置特性放置多路表皮肌肉电流信号传感器，传感器可能但不限于采用单差分或者双差分模式，拾取的信号通过相应的模拟信号滤波，放大，模拟信号数字化转换等电路，变成信号处理器或者中央处理单元可见的连续的数字信号流，通过在处理器中实现手势识别处理算法，提取各个手势的特征参数，最终实现手势区分和识别。手臂的移动则通过运动传感器进行检测和跟踪。结合这两种技术，最终实现手势动作的精确区别和识别。

图1是集成了肌肉电流信号和运动传感器手势识别技术的玩具控制器（100）的一种可能的外观表现形式。玩具控制器（100）被划分成多个模块，其中主机模块（106）包含但不限于以下部件：中央处理器、数据存储、数据通讯、显示屏（103）、按钮开关（104）、运动传感器、模数转换器、电池和充电电路（105）等；玩具控制器（100）还包含多个肌电传感器模块（102），其包含单差分或者双差分形式的表皮肌电探头（101a，101b）、肌电信号预处理电路等。

图2是展示的是玩具控制器（100）的各个模块（102或106）间的可能连接方式。具有伸缩弹性的连接材料（201）被用于连接各个模块。