一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统及方法，包括传感器模块、信息处理模块和图像渲染与显示模块。本发明专利技术使用了性能稳定的柔性压力阵列传感器，通过稳定的压力传感器阵列去检测手指在进行移动的过程中的指尖压力分布情况，结合深度神经网络，从而判断手指的运动方向以及运动趋势。通过佩戴柔性压力阵列传感器，本发明专利技术系统及方法可以快速、准确、舒适的实现对虚拟物体的控制、手势识别以及文本输入等功能。本发明专利技术方法降低了系统的随机误差，提高了对控制系统的性能，不仅可以适用于移动手机、桌面电脑等老式电子设备，也可以满足VR、AR等新兴电子系统的交互需求，同时保证了用户的舒适感，增强了用户的交互效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统及方法


[0001]本专利技术属于交互
，涉及一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，有研究提出基于陀螺仪以及加速度计的方式对虚拟物体进行控制。该方法提供了一个控制界面，使用控制终端对界面上的物体进行控制。该方法的控制终端由加速度计和陀螺仪构成。加速度计负责检测加速力，当加速力达到预设大小时，在控制界面上运动该控制终端对应的虚拟物体，所述虚拟物体的速度与所述加速力的大小成正比。陀螺仪负责为虚拟物体提供运动的方向。
[0003]由于陀螺仪和加速度计的测量值具有随机误差、零漂、温漂等几个误差源，且误差较大。在实际应用中，陀螺仪和加速度计的测量值在静止时一般也不会是零。因此，使用该技术方案，会导致被控制的虚拟物体的移动具有较大的误差，且在实际应用中虚拟物体难以静止，甚至不断抖动。
[0004]目前，有研究利用三轴陀螺仪以及3D加速度传感器模块制作可穿戴式手环，用以检测手部的运动方式，进一步根据手部的运动方式(如抬手、转动手腕等)对虚拟物体进行控制。该装置利用陀螺仪和加速度计获取手部的姿态，通过无线通讯传输的方式，将数据传递至主机，主机通过分析判断出手部的姿态从而根据不同的姿态控制虚拟物体的前进、后退等动作。
[0005]该方式利用陀螺仪和加速度计对手部姿态进行分析，陀螺仪和加速计的测量值如现有技术一种所述具有随机误差、零漂等问题，会有较大误差。另外，该方案由于是利用手部姿态对虚拟物体进行控制，例如用手部的翻转动作控制虚拟物体的前移，这种对应方式不够直观，增加了用户使用过程中的复杂程度。
[0006]因此，目前亟需一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统及方法，能够快速、高效检测用户指尖的压力分布状态，从而进一步分析出手指在不同物品表面的滑动方向以及滑动趋势。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术提供一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统及方法，能够快速、高效检测用户指尖的压力分布状态，从而进一步分析出手指在不同物品表面的滑动方向以及滑动趋势，为用户提供一个良好的手势输入系统，可以实现控制虚拟物体的运动、滑动手势识别、文本输入等功能。
[0008]为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0009]一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统，包括：
[0010]传感器模块、信息处理模块和图像渲染与显示模块。
[0011]传感器模块包括微型压敏电阻、柔性传感器基底和柔性电线；微型压敏电阻在柔
性传感基底上分布，柔性电线连接各个微型压敏电阻。
[0012]微型压敏电阻按照阵列分布方式在柔性传感基底上。
[0013]图像渲染与显示模块包括图像显示器和图形渲染器。
[0014]信息处理模块包括上位机和下位机。
[0015]传感器模块佩戴于指尖，微型压敏电阻的阻值根据之间的压力状态改变，传感器模块输出的电流随着阻值改变，电流传输到所述信息处理模块，信息处理模块将电流转换成阻值，再将阻值转换为压力值，并根据压力值判断指尖的移动方向，生成指令输入至图形渲染器，图形渲染器根据指令控制虚拟物体，图像显示模块对虚拟物体进行渲染。
[0016]进一步的，信息处理模块包括上位机和下位机；其中，下位机包括下位机处理器和外围电路，上位机包括上位机处理器和硬件处理单元。
[0017]进一步的，下位机处理器为STM32开发板、基于AVR内核的单片机、ARM内核的单片机、CORTEX内核的单片机和51系列单片机中的一种。
[0018]进一步的，外围电路由电压测量电路、模数转化电路和无线通讯单元组成，其中无线通讯单元为蓝牙、wifi和Zig
‑
Bee中的一种。
[0019]进一步的，图像显示器为HTC viv的虚拟现实头戴式显示器，Hololens增强现实头戴式显示器、手机和个人计算机显示器中的一种。
[0020]进一步的，图形渲染器为Unity 3D图形渲染器和UE 4图形渲染器中的一种。
[0021]进一步的，微型压敏电阻在柔性传感基底上分布，具体分布方式为：
[0022]微型压敏电阻按照3
×
3的矩阵、4
×
4的矩阵、圆形阵列和菱形阵列中的一种方式在所述柔性传感基底上分布。
[0023]进一步的，硬件处理单元为电脑。
[0024]一种主动式柔性压力传感器的指尖交互方法，其特征在于，针对上述的任一系统，具体步骤包括：
[0025]步骤一、在手指上佩戴传感器模块，用手指在表面上滑动、有方向地按压表面，使传感器模块的微型压敏电阻的阻值发生改变，使流过电阻的电流发生变化，电流传输到信息处理模块中。
[0026]步骤二、信息处理模块检测到电流的变化，并计算出各个微型压敏电阻的阻值，并经模数转化电路和电压测量电路将所述电阻值转化为对应微型压敏电阻所受到的压力值，并经无线通讯单元传递到上位机的硬件处理单元中，硬件处理单元将同一时刻所接收到的一组压力值按微型压敏电阻的排列方式转化成一个矩阵，并将该矩阵输入到已经训练好的分类器中进行分类，输出当前指尖的移动方向。
[0027]步骤三、分类器经接口将指尖方向传递到图像渲染与显示模块，图形渲染器控制虚拟物体的移动，对虚拟物体进行渲染，在图像显示器上进行显示。
[0028]进一步的，已经训练好的分类器，训练方式为：分类器的训练采用有监督学习的方式，通过佩戴所述传感器模块，提前获取手指在不同移动状态下的压力分布值，并进行标注，形成数据集。
[0029]有益效果：
[0030]1、现有技术提出了用于控制虚拟物体运动的方法和装置，大多使用了惯性传感器和加速度计用来检测控制器的运动，而惯性传感器和加速度计由于受到制作工艺的限制导
致其容易产生随机误差、零漂、温漂等情况，进一步造成虚拟物体的控制不够准确等问题，极大地影响了用户的交互效率。而本专利技术使用了性能稳定的柔性压力阵列传感器，通过稳定的压力传感器阵列去检测手指在进行移动的过程中的指尖压力分布情况，结合深度神经网络，从而判断手指的运动方向以及运动趋势。通过佩戴柔性压力阵列传感器，本专利技术系统及方法可以快速、准确、舒适的实现对虚拟物体的控制、手势识别以及文本输入等功能。
[0031]2、本专利技术方法对分类器进行训练时，采用有监督学习的方式训练，能够降低系统的随机误差，提高对控制系统的性能。本专利技术方法不仅可以适用于移动手机、桌面电脑等老式电子设备，也可以满足VR、AR等新兴电子系统的交互需求，同时保证了用户的舒适感，增强了用户的交互效率。
附图说明
[0032]图1为本专利技术系统构成图；
[0033]图2为分布式柔性压力传感器的排布方式图；
[0034]图3为指尖贴附示意图；
[0035]图4为本专利技术方法流程图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动式柔性压力传感器的指尖交互系统，其特征在于，包括：传感器模块、信息处理模块和图像渲染与显示模块；所述传感器模块包括微型压敏电阻、柔性传感器基底和柔性电线；所述微型压敏电阻在柔性传感基底上分布，所述柔性电线连接各个微型压敏电阻；微型压敏电阻按照阵列分布方式在柔性传感基底上；所述图像渲染与显示模块包括图像显示器和图形渲染器；所述信息处理模块包括上位机和下位机；所述传感器模块佩戴于指尖，微型压敏电阻的阻值根据之间的压力状态改变，所述传感器模块输出的电流随着阻值改变，所述电流传输到所述信息处理模块，所述信息处理模块将电流转换成阻值，再将阻值转换为压力值，并根据压力值判断指尖的移动方向，生成指令输入至图形渲染器，所述图形渲染器根据指令控制虚拟物体，图像显示模块对虚拟物体进行渲染。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息处理模块包括上位机和下位机；其中，下位机包括下位机处理器和外围电路，上位机包括上位机处理器和硬件处理单元。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下位机处理器为STM32开发板、基于AVR内核的单片机、ARM内核的单片机、CORTEX内核的单片机和51系列单片机中的一种。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外围电路由电压测量电路、模数转化电路和无线通讯单元组成，其中所述无线通讯单元为蓝牙、wifi和Zig
‑
Bee中的一种。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像显示器为HTCviv的虚拟现实头戴式显示器，Hololens增强现实头戴式显示器、手机和个人计算机显示器中的一种。6.如权利要求1所述的系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋维涛，胡明伟，刘越，王涌天，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：