一种数据手套交互控制模块的设计与应用
211079495_基于外骨骼的数据手套设计及控制研究
收稿日期：２０２２－０４－１７基金项目：国家自然科学基金（５１６７５１６７）引用格式：刘薛韬，周旭．基于外骨骼的数据手套设计及控制研究［Ｊ］．测控技术，２０２３，４２（４）：９９－１０７．ＬＩＵＸＴ，ＺＨＯＵＸ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤａｔａＧｌｏｖｅＣｏｎｔｒｏｌＢａｓｅｄｏｎＥｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ［Ｊ］．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２３，４２（４）：９９－１０７．基于外骨骼的数据手套设计及控制研究刘薛韬，周 旭（湖北汽车工业学院，湖北十堰 ４４２０００）摘要：针对可穿戴式外骨骼机器人上的装备控制，设计了一种基于外骨骼的数据手套，该外骨骼数据手套的功能为通过手势变换输入信号控制外骨骼上的装备运作。
外骨骼数据手套的控制方法为通过不同手指组合绷直带动外骨骼骨架触碰到不同的开关，使单片机采集到不同的信号来调用所需功能。
这种控制方式相比于对比手势模型类型的数据手套，控制较简单、成本更低廉。
同时，利用解剖学对输入指令的手指进行筛选来选出灵活度较高的手指，通过机器人学Ｄ Ｈ法对手指机械骨架进行运动学正解分析，并使用ＡＤＡＭＳ软件做运动学仿真帮助尺寸设计。
最后基于ＳｏｉｌｄＷｏｒｋｓ软件对外骨骼数据手套进行了建模以及实物实验，验证了所提出的控制方式的正确性与合理性。
关键词：外骨骼；数据手套；解剖学；Ｄ Ｈ中图分类号：ＴＰ２９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－８８２９（２０２３）０４－００９９－０９ｄｏｉ：１０．１９７０８／ｊ．ｃｋｊｓ．２０２２．０６．２６７ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤａｔａＧｌｏｖｅＣｏｎｔｒｏｌＢａｓｅｄｏｎＥｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎＬＩＵＸｕｅｔａｏ牞ＺＨＯＵＸｕ牗ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞Ｓｈｉｙａｎ４４２０００牞Ｃｈｉｎａ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ａｄａｔａｇｌｏｖｅｂａｓｅｄｏｎｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｏｎｗｅａｒａｂｌｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｒｏｂｏｔｓ牞ｗｈｏｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｎｔｈｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｔｈｒｏｕｇｈｇｅｓｔｕｒｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎ ｐｕｔｓｉｇｎａｌｓ．Ｂｙｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｎｇｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｔｏｓｔｒａｉｇｈｔｅｎａｎｄｄｒｉｖｅｔｈｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｓｋｅｌｅｔｏｎｔｏｔｏｕｃｈｄｉｆ ｆｅｒｅｎｔｓｗｉｔｃｈｅｓ牞ｔｈｅｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃｏｌｌｅｃｔｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｓｔｏｃａｌｌｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｓｓｉｍｐｌｅｒａｎｄｃｈｅａｐｅｒｔｈａｎｄａｔａｇｌｏｖｅｓｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｇｅｓｔｕｒｅｍｏｄｅｌｔｙｐｅｓ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ牞ｔｈｅｆｉｎ ｇｅｒｗｉｔｈｈｉｇｈｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｉｓｓｅｌｅｃｔｅｄｂｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｉｎｇｅｒｗｉｔｈｉｎｐｕｔｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔｈｒｏｕｇｈａｎａｔｏｍｙ牞ａｎｄｔｈｅｆｉｎ ｇｅｒｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｋｅｌｅｔｏｎｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃｓＤ Ｈｍｅｔｈｏｄｆｏｒｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｆｏｒｗａｒｄｓｏｌｕｔｉｏｎ牞ａｎｄｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｕｓｉｎｇＡＤＡＭＳｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｈｅｌｐｓｉｚｅｄｅｓｉｇｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ牞ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｐｅｒ ｉｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎｄａｔａｇｌｏｖｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＳｏｉｌｄＷｏｒｋｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｅｘｏｓｋｅｌｅｔｏｎ牷ｄａｔａｇｌｏｖｅ牷ａｎａｔｏｍｙ牷Ｄ Ｈ外骨骼机器人是一种可穿戴式辅助人体的机械设备，可以给人体提供额外动力以达到增加人体机能与辅助运动的功能［１］。
数据手套资料
数据手套数据手套是一种新型的智能手套，它通过内置的传感器和芯片技术可以实现对手部动作的实时监测和识别。
这种手套可以被广泛应用于各种领域，比如虚拟现实游戏、医疗康复、体育训练等。
数据手套的使用将大大提升人们与数字世界之间的互动体验，同时也为人们提供了更加便捷、准确的数据采集和分析手段。
技术原理数据手套的工作原理主要依靠内置的传感器。
这些传感器可以实时地检测手部的运动轨迹、姿势和力度，并将这些信息传输到嵌入式芯片中进行处理。
通过算法的计算和分析，数据手套可以准确地识别不同手部动作，并将其转化为数字信号输出。
这种数字信号可以被应用于各种应用程序中，实现与手部动作相关的交互功能。
应用领域虚拟现实游戏数据手套在虚拟现实游戏中具有广泛的应用前景。
玩家通过戴上数据手套就可以在游戏中实现更加真实、精准的手部操作，从而提升游戏体验和参与感。
比如在射击类游戏中，玩家可以通过手势控制枪支的瞄准方向和射击频率，大大增加了游戏的乐趣和挑战性。
医疗康复数据手套还可以被应用于医疗康复领域。
通过监测患者手部运动的情况，康复人员可以及时发现问题并进行针对性的训练。
数据手套可以记录患者康复过程中的数据变化，帮助医护人员进行更加科学的评估和指导。
体育训练在体育训练领域，数据手套可以为运动员提供更加准确的数据支持。
比如在击剑训练中，数据手套可以记录每次击剑动作的姿势和力度，帮助运动员分析自己的动作是否标准，并提供改进建议。
这将有助于提高训练效率和成绩表现。
发展前景数据手套作为一种新型智能设备，具有广阔的市场前景和发展空间。
随着人们对数字化生活方式的需求不断增加，数据手套将会在虚拟现实、医疗康复、体育训练等各个领域发挥重要作用。
未来，随着技术的不断进步和创新，数据手套的功能和性能也将不断提升，为人们带来更加丰富和便捷的体验。
数据手套的问世，无疑将为人们带来更加便捷、智能的生活体验。
它的出现将不仅仅改变人们与数字世界的互动方式，同时也将为各行业带来更多的发展机遇和创新可能。
智能穿戴设备智能手套的手势控制功能
智能穿戴设备智能手套的手势控制功能智能穿戴设备的发展让我们的生活变得更加便捷和智能化。
在智能穿戴设备中，智能手套作为一种新兴的技术产品，不仅具备传统手套的保暖功能，还融入了手势控制技术，为用户提供更加高效和自由的交互体验。
一、智能手套的基本概念智能手套是一种通过内置传感器和控制单元实现手部手势识别和控制的智能穿戴设备。
其主要功能是通过识别手部的动作与手势，并将其转化为与设备的相应操作相匹配，从而实现与设备的交互控制。
智能手套的灵活度和反应速度相对较高，使用户能够更加自然和便捷地控制和操作各种智能设备。
二、智能手套的手势识别技术智能手套的手势识别技术是实现其手势控制功能的核心。
通过内置的传感器，智能手套可以准确地感知手部的位置、姿态和运动轨迹。
利用机器学习和人工智能算法对传感器采集的数据进行分析处理，可以实现对不同手势的辨识和识别。
智能手套可以识别常见的手势，如握拳、张开手掌、点头、摇头等，并将其转化为对应的功能操作，如拍照、播放音乐、接听电话等。
三、智能手套的应用领域智能手套的手势控制功能为用户在各种场景下提供了更加便捷和直观的交互方式。
以下是智能手套在不同领域中的应用示例：1. 游戏娱乐领域：智能手套可以代替传统的游戏手柄，通过手势的变化来操控游戏角色的动作和方向，使玩家更加身临其境地参与游戏。
2. 虚拟现实领域：智能手套与虚拟现实头盔相配合，使用户能够通过手势控制来操作虚拟世界中的物体，如抓取、拖拽、放大缩小等，增强虚拟现实体验的真实感和互动性。
3. 工业制造领域：在工业生产中，智能手套可以帮助工人进行精确的操作和控制。
通过手势识别，工人可以远程操控机器人进行某些特定的工作任务，提高生产效率和安全性。
4. 医疗康复领域：智能手套可以用于康复训练和功能恢复。
通过手势控制，患者可以进行手部运动训练，帮助康复患者提高肌肉协调性、灵活性和准确性。
四、智能手套的未来发展随着智能穿戴设备技术的不断进步，智能手套的手势控制功能也将继续发展和完善。
一种数据手套交互控制模块的设计与应用
Teachers, students, we all good, I am very glad to stand here to have a report to youI hope you can enjoy it and give me your suggestionToday I am here to give a presentation on Data glove1.数据手套是一种多模式的虚拟现实硬件，通过软件编程，可进行虚拟场景中物体的抓取、移动、旋转等动作，也可以利用它的多模式性，用作一种控制场景漫游的工具Data glove is a virtual reality hardware model, through software programming, grasping, moving, rotating movements of objects in virtual scene, can also use multi mode. It is used as a tool to control the scene roaming2.数据手套一般按功能需要可以分为：虚拟现实数据手套、力反馈数据手套。
Data gloves generally according to the function need can be divided into: virtual reality data gloves, force feedback data gloves.3.人们用手势动作来表达思想，感知客观世界，完成各种操作。
数据手套就是测量人手空间姿态的现实硬件，同时也是虚拟现实系统中的非常重要的设备，它可以跟踪手势动作，测量手指姿态信息。
People use gestures to express ideas, to perceive the objective world, to complete a variety of operations. Data glove is the real hardware to measure the hand space attitude, and it is also a very important equipment in the virtual reality system. It can track the gestures and measure the gesture information of the finger.4.数据手套是虚拟仿真中最常用的交互工具。
基于数据手套的交互系统设计
2019年4月量子计算的机器学习方法,极大的地提高了机器学习的计算效率[2]。
(3)对于支持向量机的机器学习方法来讲,由于其算法原理,在处理小样本问题上,有着独特的优势,往往它更适合解决如有着小样本数据的大型机械设备故障诊断问题。
但它只适合区分两种数据,面对大型设备故障这种高维度,高数据类型复杂的模式分类问题,它明显不适合,但我们可将多个二类支持向量机的组合或将支持向量机和其他类机器学习方法相结合来诊断具有小样本的故障诊断问题[3]。
3未来的发展方向不断进步和提高的科技水平,对机器学习的发展起着重要的作用,硬件与软件的提升让机器学习在故障诊断方面的计算效率不断的增加,设备故障数据的积累、共享也会让机器学习在未来故障诊断领域达到一个更高的准确度。
未来机器的故障诊断离不开机器学习,但是目前来看,机器学习在故障诊断领域中的应用还有着局限性。
因此,未来机器学习在故障诊断里的应用可从以下几方面入手:①寻找更为高效的计算方法,进一步提升机器学习的计算效率。
②建立企业间或者网络的数据库共享,使得故障样本数据更加的完善。
③融合多机器学习方法,兼顾和利用各个机器学习方法之间的优势,建立一个更为准确可靠的机器学习故障诊断模型。
我们始终相信随着算法的更新进步,机器学习也会向着可以应对更多不同种类的复杂问题的方向发展。
并且具有更加完善的深度学习能力[4-5],可以像人类一样对复杂问题进行分析。
参考文献[1]张润,王永滨.机器学习及其算法和发展研究[J].中国传媒大学学报自然科学版,2016(23)2:10-18.[2]黄一鸣,雷航,李晓瑜.量子机器学习算法综述[J].计算机学报,2018 (41)1:145-163.[3]袁胜发,褚福磊.支持向量机及其在机械故障诊断中的应用[J].振动与冲击,2007,26(11):29-35.[4]李柏,张友民,邵之江.自动驾驶车辆运动规划方法综述[J].控制与信息技术,2018,6:1-6.[5]张炜.基于机器学习的智能家居系统设计与实现[D].吉林大学, 2016.收稿日期：2019-3-15基于数据手套的交互系统设计刘续丹，侯红霞，杨钰淇，陈镇涛，林国铭（天津职业技术师范大学自动化与电气工程学院，天津300222）【摘要】基于数据手套的交互系统设计通过主控芯片、弯曲度传感器、MPU6050等硬件电路实现数据手套的采集功能，结合卡尔曼滤波、算数平均滤波，KNN算法对数据手套信息进行提取和处理，最终于VR眼镜结合成功实现虚拟交互功能。
智能手套项目计划书
智能手套项目计划书一、项目概述智能手套是一款结合了传感技术和人机交互技术的创新产品。
该手套能够通过内置的传感器来检测手指动作，并将这些动作转化为电信号发送给计算机或其他设备，实现与计算机或其他设备的交互操作。
该手套不仅可以用于虚拟现实游戏、远程控制等领域，还可以用于医疗康复、残障人士辅助等领域。
二、项目目标1.开发一款可靠稳定的智能手套产品；2.实现手套与计算机或其他设备之间的无线连接；3.提高手套在虚拟现实游戏、远程控制等领域的应用效果；4.探索手套在医疗康复、残障人士辅助等领域的应用前景。
三、项目进度安排1.需求分析阶段（2周）(1)明确用户需求和市场需求；(2)确定产品功能和性能指标；(3)制定产品设计方案。
2.硬件设计阶段（4周）(1)选择合适的传感器和芯片组；(2)设计电路板和外壳结构；(3)进行硬件调试和测试。
3.软件设计阶段（4周）(1)编写手套与计算机或其他设备之间的通信协议；(2)设计用户界面和交互方式；(3)进行软件调试和测试。
4.样机制作阶段（2周）(1)根据设计方案制作手套样机；(2)进行样机测试和优化。
5.小批量生产阶段（4周）(1)确定供应商和生产工艺；(2)生产小批量手套产品；(3)进行产品质量检验。
6.市场推广阶段（8周）(1)制定市场推广策略；(2)参加展会、发布新闻稿等宣传活动；(3)开展线上线下销售活动。
四、项目预算1.硬件成本：传感器、芯片组、电路板、外壳结构等，预计总成本为2000元。
2.软件成本：程序员工资、软件开发工具等，预计总成本为10000元。
3.样机制作成本：材料费用、人工费用等，预计总成本为5000元。
4.小批量生产成本：材料费用、人工费用等，预计总成本为20000元。
5.市场推广成本：展会费用、宣传费用、销售费用等，预计总成本为10000元。
6.总成本：58000元。
五、项目风险分析1.技术风险：硬件设计和软件设计难度较大，需要具备相关技术和经验，否则可能会导致产品性能不稳定或无法实现预期功能。
大学生创业计划设计智能智能手套提升工作效率
大学生创业计划设计智能智能手套提升工作效率大学生创业计划：设计智能手套提升工作效率随着科技的不断发展，智能设备的应用范围也越来越广泛。
而在职场中，提高工作效率一直是许多人所追求的目标。
针对这一需求，本文将以大学生创业计划的视角，探讨设计一款智能手套的可能性，以提升工作效率。
一、市场分析1. 当前职场的需求在现代职场中，许多工作需要频繁地使用手部动作，例如打字、操作电脑、操控机器等。
然而，由于人们的操作习惯和手部解剖结构的限制，并非所有的动作都能高效地完成。
因此，有一款能够提升手部工作效率的智能手套具备广阔的市场需求。
2. 市场竞争分析虽然市场上已经存在一些智能手套产品，但很多产品还存在着不少问题，如功能不够全面、操作不够便捷等。
因此，针对这些问题提供更加优秀的产品，将能够在竞争中占据一席之地。
二、产品设计与功能基于市场分析，我们的智能手套的设计将具备以下主要功能：1. 手势识别与操控功能通过内置的传感器和算法，智能手套能够准确地识别手部的各种手势，并将其与相应功能进行配对。
比如，手指的伸缩能够控制电脑的滚动、缩放等功能，通过不同的手势，可以实现更为精细的操作。
2. 手部运动追踪功能利用内置的加速度计和陀螺仪，智能手套可以追踪手部的运动轨迹，并将其映射到电脑界面上。
这将极大地提升设计师、艺术家等需要手部运动的工作者的工作效率。
3. 触觉反馈功能通过在手套上布置震动反馈器，智能手套能够在特定场景下提供触觉反馈，增强用户的交互体验。
比如，在虚拟现实环境中，使用者点击虚拟按钮时，手套可以通过触觉反馈提供按钮按下的感觉，使用户更加沉浸。
三、技术实施方案与材料选择1. 传感器技术为了实现手势识别和手部运动追踪功能，可以选择柔性传感器技术。
这种技术可以将传感器集成到手套的材料中，既不影响手部动作，又能够准确感知手势和运动。
2. 通信技术为了实现手套与外部设备的连接，可以选择蓝牙或Wi-Fi等无线通信方式，将手套与电脑或移动设备进行连接，实现数据的传输和互动。
数据手套的设计与应用
数据手套的设计与应用作者：胡燕梅王伟平来源：《价值工程》2017年第08期摘要：设计采用单片机实现低成本的无线数据手套设备。
基于设备实用功能及价格成本考虑，设计使用小车作为控制载体，实现手套手势的变化对小车运动状态的控制。
手套可实现人类对小车的前进后退、加速减速、转弯等运动状态的基本控制，用不同的手指以及手指的弯曲程度来控制小车的运动状态，代替传统的小车遥控器。
通过手套五指的变化将信息无线发送接收来实现控制小车的前后左右加速减速，人类手指能够实时精准的掌控小车的运动状态。
Abstract： This article designs a wireless data glove using single chip microcomputer to achieve low cost. Considering the practical function of the device and the cost， the design uses a car as the control carrier， and realizes control of car movement state through changes of glove gestures. The glove can realize basic control of car movements such as moving forward and backward，acceleration and deceleration， turning and so on. The movement of the car can be controlled by different fingers and different bending degree of fingers， instead of the traditional car controller. By changes of glove fingers， the information can be sent and received to control the car movement， so that human finger can control the car movement accurately and timely.关键词：单片机；无线发送接收；运动状态；传感器Key words： SCM；send and receive the information；movement states；sensor中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0131-030 引言随着科学技术的发展，人机交互在多领域得到了广泛的应用，人与机器设备之间的交互体验越发简单和自然。
Listener智能交互手套的研发背景和功能介绍
Listener智能交互手套的研发背景和功能介绍摘要：Listener智能交互手套是一款旨在帮助听力障碍人群传递信息的一副智能手套。
本产品是通过物联网感知技术及传感器技术，利用感知点采集外部用户给出的信息指令，再通过传感器传输到电子设备上数字化处理翻译，最后通过移动设备输出用户想要表达的信息，从而达到交流的目的，是一款实用贴心的智能辅助设备。
使用简单，操作便捷，不必再因外出沟通的问题而烦恼，为用户提供方便＋舒适＋实用的服务。
关键词：物联网，传感器，翻译一、Listener智能交互手套的研发背景我国手语体制十分复杂，不同地区的人使用不同的手语方法，标准手语的拓展的市场相对不高。
所以导致即使同在使用的人群中，彼此之间也有可能难以表达对方所表达的意思。
其次，从上世纪50年代年至今，政府不断进行手语的规范、统一，并出台了中国自己的标准一一《中国手语》，并大力进行手语的普及，但是仍然有很多人不懂手语, 大家缺少一个学习手语的契机。
因手语不仅在社交方面中有着重要的应用，它作为人机交互的一种趋势，有着直观、自然、易于学习的优点，手语感应技术将在各个技术领域有着重要的应用，尤其在体感游戏上的应用前景更是广阔。
据不完全统计，目前我国有1亿人存在听力障碍，听力语言残疾者至少有2500万。
而我国手语行业市场发展十分缓慢，除少数师范类高等院校在特殊教育专业中开设手语课外，手语教育的社会培训力量薄弱。
在社会上各个行业，手语翻译人员的紧缺，使得听障人士很难实现与外界的有效沟通。
截止到目前为止取得国家资质的手语翻译员也只占少数。
据最新资料统计，我国有约2780万听力障碍者，居各类残疾人群之首。
而全球更是大约有7000-8500万人。
据统计，我国聋哑症的发病率约为2-3‰！按年均人口出生率计算，连同出生后2~3岁婴幼儿，每年总的群体数量达5700万，听损伤的发病人数约为17万。
听障人群由于听力语言的残疾，导致他们无法像非听障人一样交流沟通，造成了他们工作、学习等生活状态的不便和麻烦。
5DT数据手套[应用]
![5DT数据手套[应用]](https://img.taocdn.com/s3/m/315a5c1c591b6bd97f192279168884868762b897.png)
5DT 数据手套数据手套(数字手套)是虚拟现实应用的主要交互设备，它作为一只虚拟的手或控件用于3DVR场景的模拟交互，可进行物体抓取、移动、装配、操纵、控制，有有线和无线、左手和右手5个传感器和14个传感器之分，可用于多种3D VR或视景仿真软件环境中。
一般来讲数据手套通常须与6自由度的位置跟踪设备同时结合使用，以识别三维空间的位移信息。
达到真正的虚拟人手的动作和位置跟踪。
● 高级传感器技术新版的5DT数据手套系列产品应用了彻底改良的传感器技术。
新的传感器使得手套更加舒适，并能够在一个更大尺寸的范围内提供更加稳定的数据传输。
其数据干扰被大大降低。
● 蓝牙技术选项具备基于高带宽的最新的蓝牙技术功能，无线连接范围高达20m电池能提供8小时的无线通讯。
在需要的时候电池能在数秒钟之内被更换。
● 5 & 14 Sensor Gloves两种型号5DT Data Glove Ultra系列包括5个传感器和14个传感器两款，每款均有左手和右手两个不同版本，用户可自由选择。
● 跨平台的SDK数据手套SDK兼容Windows、Linux、UNIX操作系统。
由于其支持开放式通信协议，所以能在没有SDK的情况下进行通信。
● 接口选项5DT Data Glove Ultra系列数据手套目前标配一个USB接口，不再需要● 支持广泛的应用新版的5DT数据手套支持当前主流的三维建模软件和动画软外接电源；开放式的和跨平台的串行接口可完全满足工作站和嵌入式应用。
件。
技术参数5DT Data Glove 5 Ultra5DT Data Glove 14Ultra材质传感器解析度曲形传感器接口黑色合成弹力纤维12-bit A/D (典型范围：10 bits)基于纤维光学总共5个传感器每个手指1个传感器，测量指节和第一个关节全速率的USB 1.1RS-232 (可选的串口设备)黑色合成弹力纤维12-bit A/D (典型范围：10 bits)基于纤维光学总共14 个传感器每个手指2个传感器，一个测量指节另一个测量第一个关节在手指之间可展开传感器全速率的USB 1.1RS-232 (可选的串口设备)应用驱动新版的5DT数据手套比以前支持更多的应用软件，包括：● Kaydara MOCAP● Discreet 3D Studio Max● Alias Maya● SoftImage|XSI该驱动程序可以像使用手套作为完全操纵的工具那样模拟手的动作SDK和GloveManager工具5DT Data Glove Ultra系列的跨平台SDK兼容Windows、Linux、UNIX操作系统。
数据手套技术综述
数据手套技术综述摘要：数据手套是实现虚拟现实技术的交互设备之一,数据手套的应用对于虚拟制造非常重要。
研究数据手套的功能和原理,设计了一种面向虚拟制造的数据手套交互控制模块。
通过虚拟手的建模以及数据手套实时采集数据,来实现虚拟手与人手的手势映射,并结合层次包围盒算法实现虚拟手与虚拟场景的碰撞检测。
研究结果显示,在模块下人手到虚拟手的动作映射和虚拟手对虚拟物体的碰撞检测能基本满足虚拟制造系统的理论要求,具有一定的实用性。
关键字：数据手套、虚拟现实技术一、数据手套的定义数据手套是虚拟仿真中常用的交互工具。
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。
使操作者以更加直接，更加自然，更加有效的方式与虚拟世界进行交互，大大增强了互动性和沉浸感。
并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式，特别适用于需要多自由度手模型对虚拟物体进行复杂操作的虚拟现实系统。
数据手套由可伸缩的弹性纤维制成，可以适合不同大小的手掌，用数据手套对每个指关节都可以通过两个传感器采集其弯曲程度的数据，在每两个手指之间有一个传感器记录两个手指之间的角度，可以很好的区分每根手指的外围轮廓。
手势的识别问题传感器有相应的测量范围，我们将定义传感器的临界值，因为有多个传感器这样就可以做出多种手势，将传感器的输出数列进行计算就可以得出相应的手势。
二、虚拟现实技术简介虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术是近年来最热门的研究领域之一，有着巨大的发展潜力和广泛的应用前景，受到各界、尤其是军方的青睐。
虚拟现实是一种虚拟的沉浸式交互环境,具体地说,就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分别存储在数组Ｕｐｐｅｒ［ｆｌＳｅｎｓｏｒ］内，对应最小值Ｒａｗ（ｍｉｎ） 存储在数Ｌｏｗｅｒ［ｎＳｅｎｓｏｒ］内。
Ｄｅｇｒｅｅ＿Ｓ３＝端箱端ｘ 例如：数据手套食指根鄙传感器输ｉｌ｛数据为Ｖａｌｕｅ，其弯
曲角度数据： Ｍａ石（２）
经过计算后，各个传感器的输出数据对应的角度数据可 以直接应用于虚拟手的运动模型。 ２．３位置跟踪器管理模块
拟制造系统的理论要求，具有一定的实用性。
关键词：虚拟制造；数据手套；虚拟手；碰撞检测
中图分类号：Ｔｌｒ３９１
文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ＆Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ ｆｏｒ ａ Ｄａｔａ Ｇｌｏｖｅ
ＬＩＵ Ｃｈｕｎ，ＸＵ Ｊｉｎｇ （Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｉ １０１３６，Ｃｈｉｎａ）
的实时变化。一个椭球
形单元由三条轴线控
制，表面光滑，尤其对于
手掌不规则的弧形表
面。虚拟手运动的时候
只需要改变相应椭球形
单元的三条轴线的位置 和方向即町。
每个椭球形单元的
图４虚拟手几何模型
构造方程可表示为：Βιβλιοθήκη （三）＋（÷）＋（三）＝１
（３）
Ⅱ
口
Ｃ
Ｑａ，ｂ和ｃ分别为相应二次曲面对应Ｘ，Ｙ，Ｚ坐标轴的轴
线，也是控制椭球形单元位置形状的主要参数，决定椭球形
第２６卷第３期 文章编弓．：１００６—９３４８（２００９）０３—０２５１－０５
计算 机 仿 真
２００９年３月
一种数据手套交互控制模块的设计与应用
刘 春，徐菁
（沈阳航空工业学院航空宁航制造，Ｉ二程系，辽宁沈阳１１０１３６）
摘要：在三维虚拟环境下进行虚拟制造（ＶＭ）．是当今制造业发展的趋势。数据手套足实现虚拟现实技术的交瓦设备之一，
一２５ｌ一
万方数据
套采集自然状态下人手的各种动作数据，将这些数据映射到 虚拟手使其模拟数据手套佩戴者的手部动作，对虚拟环境中 的操作对象进行直接操纵，以达到基础的虚拟制造功能。
数据手套的应用将人在日常生活中获得的经验技能直 接运用到人机交互中，符合人类的认知习惯，大大提高了人 机交互的自然性和高敛性，同时也使计算机能够完成更加复 杂的任务。
等。
２．２数据手套管理模块
负责管理数据手套的端口检验、开启、传感器的数据读
取和数据转换。模块将传感器数据按线性关系转换成手指
节的弯曲角度。
本交互控制模块中用到的数据手套为５ＤＴ公司开发的
第二代高端数据手套５ＤＴ Ｄａｔａ Ｇｌｏｖｅ １４ Ｕｌｔｒａ，手套采用光电
弯曲传感器，可以检测手指关节弯曲角度和指缝问延展角
值范围来得到获取数
据。其公式为：
１ｔｔ ２数数 据据 手手套套传传感感器器分分布布图图及及编 编号
—－——２５２．——．
２意等鑫 ｏｕｔ ＝——————————————＿＝●
㈩【ｌ，
ｒ口训啪Ｊ—ｒｏ埘ｍｍ×朋口晡
其中：
●Ｒａｗ（１ｌｌａｘ）表示传感器输出原始数据的最大值；
●Ｒａｗ（ｍｉｎ）表示传感器输出原始数据的最小值；
度．运用手的运动学模型计算手在世界坐标系中新的描述；
③图形刷新，进行图形处理，生成图形； ④重复②和③两步．不断地根据用户手的运动变化生
成新的手图形，使图形手跟踪真实手。
根据对人手的运动特点以及外形特征，本模型计划采用
椭球形单元组成（如图４所示）。
这种模型结构模
型表面相对光滑。可伸
展性强，适用于虚拟手
虚拟制造是一种新的制造技术，它以仿真技术、信息技 术、虚拟现实技术为支撑，对产品设计、工艺规划、加工制造 等生产过程进行统一建模，使得在产品设计或制造系统的物 理实现之前就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制 造系统的状态，从而更有效、更经济、更柔性灵活地组织生 产，使资源得到合理配置。
收稿口期：２００７—１２—２６修回日期：２００８—０３一１９
单元的边界；
Ｉｎ是一个常数，随着ｎ的增减，椭球形单元的形状也发
生变化。，ｚ增大则形状趋于圆角立方体，反之则趋于球形。
通过对这些椭球形单元的合理布置，调整它们的形状和
方向就能很容易的构造出封闭的，表面光滑的虚拟手模犁。
在对虚拟物体进行碰撞检测以及抓取时．能快速的根据
每个椭球形单元的口，ｂ和ｃ可以形成对应的包围盒，利用这
●Ｍａｘ表示按照人体工学原理的该关节处的最大角度，
即校正数据的范围为［０，Ｍａｘ］；
●Ｒａｗ（ｖａｌ）表示当前测馈的传感器输出原始数据；
●ｏｕｔ表示经计算之后的数据即该关节弯曲角度。
为了精确计算出手指关节的弯曲以及伸展角度，传感器
输出数据的最大值Ｒａｗ（ｍａｘ）和最小值Ｒａｗ（ｒａｉｎ）也需要进
一步处理。每个传感器得到的原始数据的最大值Ｒａｗ（ｍａｘ）
数据手套的应用对于虚拟制造非常重要。研究数据手套的功能和原理，设计了一种面向虚拟制造的数据手套交互控制模
块。通过虚拟手的建模以及数据手套实时采集数据，来实现虚拟手与人手的手势映射，并结合层次包嗣盒算法实现虚拟手
与虚拟场景的碰撞检测。研究结果显示．在模块下人手到虚拟手的动作映射和虚拟手对虚拟物体的碰撞检测能基本满足虚
数据手套作为虚拟现实技术主要部件之一，发挥了巨大 作用。数据手套是手套式传感器系统，通过数据手套可以跟 踪操作者灵活多变的手势及空间方位，将操作者的位置和方 向输入到计算机。在虚拟世界中应用数据手套．就必须先在 计算机中用某种方法把手表示出来，在虚拟世界中模拟出来 的人手称为虚拟手。
本实验就是计划在虚拟世界中生成虚拟手，配合数据手
度。每只手套有１４个光电传感器，可测量手指的近指骨和
掌骨间关节之间的弯曲角度，中指骨和远指骨间之间的弯曲
角度以及相邻手指问的外展角度，共计１４个数据（如图２所
示）。
在手套开启和每
次更换用户后，需要重
新设置并实时更新各传
感器原始数据，，通过线
性的数学公式，根据原
始数据的最大值和最小
值，以及设定的数据取
图５环转运动与三维坐标系关系
●ＭＰ，ＰＩＰ和ＤＩＰ分别为对应手指关节在基部、中间关 节和末端关节处ｚ方向上测得的角度值。其中按照人体工 学原理，ＤＩＰ＝０．６７｝ＰＩＰ。
●Ｐ为对应手指基部在ｘ方向上测得的角度值。 根据计算的各传感器角度数据，各手指的状态可通过得 出的角度数据合成（Ｓ０表示５ＤＴ数据手套第０号传感器，以 此类推）。 大拇指： １）绕着大拇指基关节的屈伸运动（Ｓ２）即绕Ｚ轴转动。 ２）绕着大拇指基关节的内折运动（ＳＯ）即绕ｘ轴转动。 ３）绕着指中关节的的碰仲运动（Ｓ１）即绕Ｚ轴转动。 其余四指的运动十分相似．所以町以建立同一种运动模 型，以食指为例： １）绕着指根关节的外展运动（ｓ５）即绕ｚ轴转动。 ２）绕着指根关节的屈伸运动（Ｓ３）即绕Ｘ轴转动。 ３）绕着指中关节的屈伸运动（Ｓ４）即绕ｘ轴转动。 本虚拟手运动模型不涉及坐标轴变换，只是移动虚拟手 的手指关节，得到在世界坐标系中的各个关节关键点坐标， 方便生成关节包序｜盒，为虚拟制造过程中的碰撞检测奠定基 础。其实现过程为： ①移动该关节底端至新定位位置Ｐｏｓｉｔｉｏｎｌ。 ②得到ｘ方向上测得的角度值Ｐ，利用旋转变换函数计 算该关节在ｘ方向旋转后的窄问位置。 ③在②中得到的空问位置基础上，得到Ｚ方向Ｊ：测得 的角度值ＭＰ，利用旋转变换函数计算该关节在ｚ方向旋转 后的空间位置。 ④记录③中得到的该关节顶端位置重，作为向上关节 的底端位置Ｐｏｓｉｔｉｏｎｌ。 ２．５虚拟手交互操作模块 虚拟手常用交互操作包括碰撞检测、抓取物体以及释放 等，这螳操作郡与碰撞检测有关。由于发牛碰撞检测后需要 给用户输出视觉反馈，可改变所操纵的虚拟实体颜色，来通 知用户是否发生碰撞，， ２．５．１层次包围盒算法
中指中轴的运动为外展。
手指的运动可由不断连续的、不同方向的环转运动说
明，即指体的圆周运动。运动时手指形成一个底端在近指
骨、尖端在远指骨的圆锥形轨迹。环转运动是屈、展、伸、收
依次连续的动作。 为ｊ－清晰表示虚拟手的运动状态，需要设置合理的坐标
系。全局坐标系原点固定在中指根部，ｘ轴指向小指并排的 一侧，ｙ轴与伸直状态下食指基关节重合，ｚ轴由右手法则 确定为垂直于手掌，并南手背指向手心（如图５所示）。
种矩形包嗣盒可以很大程度上提高碰撞愉测速度，便于碰撞
检测，这也是该系统的一个优点。
２．４．２虚拟手运动建模
人手的关节有如下两种运动形式：
１）屈和仲。组成关节的阋骨瓦相靠拢，其夹角逐渐变小
的运动为屈；相反。两骨之间的夹角逐渐变大的运动为伸。
２）内收和外展。手指的内收和外展是以通过中指中轴
的假想线为准，指体向中指中轴靠拢的运动为内收，而离开
图３人手的结构图
手的几何模型可用于生成图形及判断手是否与虚拟对 象接触或碰撞。为了方便地运用前述的运动学模型确定手 在空间的位置和方位，系统中实时数据采集和图像显示。
手的几何模型的基本流程为：
万方数据
①初始化。根据手的几何模型。生成得到手处于自然
伸展状态时在世界坐标系中的初始描述；
②几何描述刷新。根据手的空间位置、手指的弯曲角
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＶＭ）ｉｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｅｎｔｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｔｈｅ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｏｔ· ｄａｙ．Ｄａｔａ ｇｌｏｖｅ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｖｉｃｅｓ ｉｎ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｇｌｏｖｅ ｉｓ ｉｍ— ｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｔｈｒｏｕｓｈ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｇｌｏｖｅ．ａｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ＆ｃｏｎ· ｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｄａｔａ ｇｌｏｖｅ ｆｉｔ ｆｏｒ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｖｉｒｔｕａｌ ｈａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ｄａｔａ ｇｌｏｖｅ。ｔｈｅ ｈａｎｄ ｇｅｓｔｕｒｅ ｍａｐｐｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｈａｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｈａｎｄ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉ－ ｓｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｈａｎｄ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｏｂｊｅｃｔｓ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｂｏｕｎｄｉｎｇ Ｖｏｌｕｍｅ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ．Ｒｅｓｕｌｔ