[发明专利]一种基于光电感应的手势识别装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种手势识别技术领域，尤其是一种基于光电感应的手势识别装置及方法。

背景技术

现有的手势识别技术主要是通过测量手指关节的弯曲角度来实现，其主要利用不同类型的传感器，如电阻柔性传感器、磁感应线圈、印刷导电混合物、光纤传感器、双目视觉图像处理、惯性传感器等等。

电阻柔性传感器和印刷导电混合物存在阻值随使用时间会发生疲劳损耗变化以及容易在关节位置弯曲断裂的情况；磁感应技术受外部电磁干扰影响大；光纤传感器排除了电磁干扰，但是同样存在容易弯曲断裂的问题；双目视觉图像处理测量弯曲较大存在外围设备多，数据处理量大的问题；惯性传感器主要是三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计，此方式目前存在一个重大缺陷就是漂移问题，这是一个从传感器厂家到终端应用都没有很好解决的问题，同时以上测量弯曲角度的方案均还存在一个成本高的共性问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于光电感应的手势识别装置及方法。

本发明的技术方案为：一种基于光电感应的手势识别装置，包括手指机构与手背机构，所述手指机构可根据需要穿戴在拇指、食指、中指、无名指、小指中的一个或几个上，所述的手背机构穿戴在手背上，

所述的手背机构包括手背基座、以及设置在手背基座上的弹性松紧带，所述的手背基座通过弹性松紧带固定在手背上，

所述的手指机构包括光栅基座、光栅、光栅导管、光电传感器、固定扣环、定位卡扣，

所述的光栅基座靠近指尖的一端通过固定扣环穿戴在手指背部上，所述的光栅基座靠近手背的一端与手背基座连接，所述光栅基座上设置有若干光栅导管，并且，所述的光栅导管间隔设置在手指关节两侧，所述的光栅基座靠近指尖一端上还设置有向上凸起的定位卡扣，所述光栅的一端与设置在手背基座上的固定弹簧连接，所述光栅的另一端穿过光栅导管并通过定位卡扣布设在光栅基座上，手指弯曲时，通过光栅导管限定光栅移动方向和保护光栅，

所述光栅基座上还设置有若干个用于测量光栅位移的光电传感器，所述的光栅穿过光电传感器的发送器与接收器之间，当手指弯曲时，手指带动光栅移动，光栅从光电传感器的发送器与接收器之间运动时，通过利用光栅上刻痕在运动过程中遮挡光电传感器发送器发出的光，每个光栅刻度会使光电传感器产生两个正交的脉冲信号，并且定义手指由伸直状态到弯曲状态时，光栅的移动方向为正方向，脉冲数记为正数，手指由弯曲状态到伸直状态，光栅的移动方向为反方向，脉冲数记为负数，在光电传感器的接收器形成可检测的脉冲信号来实现运动信息的检测，

所述的手背机构还包括设置在手背基座上的MCU处理单元、通讯模块、电源模块，所述的MCU处理单元分别与若干光电传感器、通讯模块、电源模块连接，所述的MCU处理单元通过检测若干光电传感器的脉冲信号数量、脉冲信号产生的方向，根据手指关节弯曲最大角度与读取的最大脉冲数量和脉冲产生的方向，从而得到每个手指关节的弯曲角度，并通过通讯模块将识别的手势传输至电脑终端。

所述的手背基座上还卡设有手背基座外壳。

所述的光栅采用高度透明的柔性塑料制成，并通过高精度激光雕刻线条而成。

所述的光栅基座采用弹性材料制成。

所述的光栅两端均设置有光栅安装孔，通过光栅安装孔分别与设置在光栅基座上的定位卡扣和手背基座上的弹簧固定连接。

一种基于光电感应的手势识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、设定手指伸直时的弯曲角度为θ₀，设此时光电传感器为初始计数N₀，握紧拳头时的弯曲角度为θ_max，设此时光电传感器为最大计数N_max；

2)、光栅移动经过光电传感器时，光栅的每条光刻度都会产生一个个脉冲信号，MCU处理单元通过检测脉冲数cnt，从而得到手指的弯曲角度为

其中，k为校正系数。

本发明的有益效果为：设计合理、实用性强，具有体积小、精度高、稳定性好，抗干扰能力强的特点，通过使用光栅，通过检测光栅的位移来检测弯曲角度，并且光栅在关节位置不易断裂，装配结构简单，光电传感器不受电磁干扰、成本低、检测过程数据处理量小，并且解决了惯性传感器所固有的漂移问题，测量精度高。

附图说明

图1为本发明的手指机构穿戴在中指背部的结构示意图。