[发明专利]一种基于手势控制的三维空间手绘装置及方法

权利要求书

1.一种基于手势控制的三维空间手绘装置，其特征在于：包括手势传感单元(1)、imu惯性测量单元(2)、辅助测量单元(3)、数据解算和控制单元(4)、WIFI通信单元、上位机；

所述手势传感单元(1)、imu惯性测量单元(2)、辅助测量单元(3)、数据解算和控制单元(4)、WIFI通信单元集成到运动手饰上，运动手饰固定在手指上；

所述手势传感单元(1)、imu惯性测量单元(2)、辅助测量单元(3)分别与所述数据解算和控制单元(4)连接通信，所述运动手饰能通过所述WIFI通信单元与上位机连接通信。

2.根据权利要求1所述的基于手势控制的三维空间手绘装置，其特征在于：所述手势传感单元(1)由弯曲—电阻传感器阵列(7)和与弯曲—电阻传感器阵列(7)相连的运放跟随装置(8)组成。

3.根据权利要求1所述的基于手势控制的三维空间手绘装置，其特征在于：所述imu惯性测量单元(2)以mems惯性测量传感器为核心，运用数据融合技术对mems六轴惯性测量传感器的测量数据进行处理，修正传感数据、抑制噪声，得到可信的数据，监测手部的运动。

4.根据权利要求1所述的基于手势控制的三维空间手绘装置，其特征在于：所述辅助测量单元(3)包括超声波发射模块和超声波接收模块(11)，采用红外同步&超声波测距结合的测距方案，不仅保证了较强的抗干扰性能，同时能够得到精确的测量结果。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于手势控制的三维空间手绘装置，其特征在于：所述上位机包括通信模块、透传模块、命令执行模块；所述通信模块用于获取运动手饰采集得到的数据或命令，并根据所收到的数据的性质分发；所述透传模块用于传输数据或命令，并转换成上位机能接收的数据格式；所述命令执行模块用于根据收到的命令在上位机中执行命令，实现手势控制功能。

6.一种基于手势控制的三维空间手绘方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集各手指弯曲度、采集手部与超声波发射源距离、采集手部在垂直于手部与超声波发射源连线的二维平面位置；

步骤2：通过各手指弯曲度数据得到手部的姿态，通过手部与超声波发射源距离、手部在垂直于手部与超声波发射源连线的二维平面位置的数据计算得到手部的三维空间坐标；

步骤3：对获取的数据进行处理，同时有效组织和精确调度各个模块，实现对手势的识别、对手部运动的追踪。

7.根据权利要求6所述的基于手势控制的三维空间手绘方法，其特征在于，步骤2中所述计算得到手部的三维空间坐标，其具体实现过程是：

运动手饰通过手势传感单元(1)能实时采集手指运动的弯曲度对应的电阻阻值变化率，采用基于运放跟随的差分卡尔曼滤波算法，采用五阶中值滤波器进一步进行噪声抑制处理，再根据收发分离的开放式超声波换能器和大功率宽视角的红外发射接收电路实现的红外同步+超声波测距的测距算法，实时计算得到手指的三维坐标值与弯曲度数，从而快速实现手部的三维空间高精度定位功能。

8.根据权利要求6所述的基于手势控制的三维空间手绘方法，其特征在于，步骤3中所述对获取的数据进行处理，其具体实现过程是：运动手饰通过数据解算和控制单元(4)通过RT-Thread增加内核包和扩充互斥核心的操作算法，达到能快速实时响应处理采集得到数据实现识别与追踪，并将处理后的结果数据通过wifi通信单元传输给上位机。