專利名稱：一種手套式虛擬輸入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到計(jì)算機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及到一種手套式的虛擬鍵盤和虛擬鼠標(biāo)的 輸入裝置及方法，特別是運(yùn)用陀螺儀檢測(cè)每個(gè)手指的姿態(tài)，并通過計(jì)算機(jī)顯示手指位置圖 像和虛擬鍵盤，從而實(shí)現(xiàn)鍵盤及鼠標(biāo)輸入操作的手套式虛擬輸入裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)也在不斷前進(jìn)。近年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā) 展，個(gè)人電腦等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)越來越輕、薄、小和便攜，但是礙于人體手掌物理尺寸的限 制，鍵盤尺寸不可能做得太小，就比如像PDA鍵盤，鍵盤尺寸太小就會(huì)嚴(yán)重影響人們的輸入 效率和操作習(xí)慣。同時(shí)隨著通訊技術(shù)發(fā)展，特別是3G等移動(dòng)通訊的普及和虛擬顯示(視頻 眼鏡)技術(shù)的發(fā)展，隨時(shí)隨地享受寬帶無線上網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，但是由于移動(dòng)環(huán)境不方便 擺放及操作普通的電腦鍵盤，如何去實(shí)現(xiàn)不受任何環(huán)境限制以及不影響輸入效率和使用習(xí) 慣的一種輸入系統(tǒng)已成為便攜電腦和其它信息終端進(jìn)一步縮小的關(guān)鍵問題?；谏鲜鲈颍景l(fā)明人研制了本發(fā)明“一種手套式虛擬輸入裝置”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過計(jì)算機(jī)顯 示手指位置圖像和虛擬鍵盤，從而實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入操作的一種裝置及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種手套式虛擬輸入裝置，所述的輸入裝置由左手套和右手套組成，左手套和右 手套分別設(shè)有手指檢測(cè)模塊、狀態(tài)收集與處理模塊、無線傳輸模塊和虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序，所 述的手指檢測(cè)模塊由一個(gè)雙軸電子陀螺儀或兩個(gè)單軸電子陀螺儀和外圍電路組成，手指檢 測(cè)模塊用于檢測(cè)每個(gè)手指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度，狀態(tài)收集與處理模塊將每個(gè)電子陀螺 儀的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式角速度信息，無線傳輸模塊由無線發(fā)送模塊 和無線接收模塊組成，無線發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與處理模塊送出的信息無線上傳給電腦主 機(jī)系統(tǒng)并下傳各類控制信息，無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌角速度數(shù) 據(jù)，并將它傳送給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序，虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序是在電腦主機(jī)內(nèi)置的主控驅(qū)動(dòng)程 序，虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)收集到的各手指與手掌的姿態(tài)信息，生成虛擬雙手姿態(tài)圖像和 虛擬鍵盤圖像，并識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定位、擊鍵、鍵值生成等鍵盤操作功能，用于完成模 擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入的所有界面、控制及驅(qū)動(dòng)。所述的手指檢測(cè)模塊的陀螺儀感應(yīng)輸出與角速度對(duì)應(yīng)的電壓，通過狀態(tài)收集與處 理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并經(jīng)藍(lán)牙無線傳輸模塊傳輸至電腦主機(jī)，由主機(jī)內(nèi)部虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程 序軟件進(jìn)行積分運(yùn)算后，然后得出手指的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值，最后得到手指在X軸和Y軸的運(yùn)動(dòng)角度。所述的左手套和右手套設(shè)有手掌檢測(cè)模塊，手掌檢測(cè)模塊包括在手背上設(shè)置的一 個(gè)三軸電子陀螺儀或者若干個(gè)電子陀螺儀組成的3軸電子陀螺儀模塊，3軸電子陀螺儀模
4塊一般可為2個(gè)或3個(gè)電子陀螺儀組成，該三軸電子陀螺儀用于檢測(cè)每個(gè)手掌的在X、Y、Z 軸向的基準(zhǔn)角度，作為手指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)位置，同時(shí)也作為鼠標(biāo)輸入的定位依據(jù)。所述的無線傳輸模塊為藍(lán)牙無線傳輸模塊，藍(lán)牙無線傳輸模塊由藍(lán)牙無線發(fā)送模 塊和藍(lán)牙無線接收模塊組成；藍(lán)牙發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與處理模塊送出的信息無線上傳給 電腦終端系統(tǒng)，同時(shí)也可從電腦終端系統(tǒng)下傳各類控制信息和數(shù)據(jù)；藍(lán)牙無線接收模塊接 收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。此外，無線 傳輸模塊并不限于藍(lán)牙無線傳輸模塊，其還可以為其他可利用的各種無線方式。本發(fā)明由左手套和右手套組成，其中每個(gè)手套由以下7大部分組成1.手指檢測(cè)模塊10個(gè)分別戴在手指指尖上的雙軸電子陀螺儀，用于檢測(cè)每個(gè)手 指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度。2.手掌檢測(cè)模塊每個(gè)手背上各戴一個(gè)三軸電子陀螺儀或者若干個(gè)電子陀螺儀 組成的3軸電子陀螺儀模塊，3軸電子陀螺儀模塊一般可為2個(gè)或3個(gè)電子陀螺儀組成，用 于檢測(cè)每個(gè)手掌的在X，Y，Z軸向的基準(zhǔn)角度，作為手指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)位置，同時(shí)也作為 鼠標(biāo)輸入的定位依據(jù)。3.狀態(tài)收集與處理模塊將每個(gè)電子陀螺儀的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 數(shù)字式角速度信息。4.無線傳輸模塊由無線發(fā)送模塊和無線接收模塊組成。無線發(fā)射模塊將狀態(tài)收 集與處理模塊送出的信息無線上傳給電腦主機(jī)系統(tǒng)并下傳各類控制信息。無線接收模塊接 收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。5.虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序在電腦主機(jī)側(cè)內(nèi)置的主控驅(qū)動(dòng)程序，根據(jù)收集到的各手指 與手掌的姿態(tài)信息，生成虛擬雙手姿態(tài)圖像和虛擬鍵盤圖像，并識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定 位、擊鍵、鍵值生成等鍵盤操作功能和鼠標(biāo)操作功能等。完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入 的所有界面、控制及驅(qū)動(dòng)。6.手套構(gòu)件一雙手套式的柔性編織外殼，用于包裹放置固定各個(gè)模塊。并方便 手掌佩戴，在手腕處集成安裝有各綜合處理電路和電池。7.電源及管理模塊對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)提供電源，內(nèi)含鋰聚合物電池及充放電管理。手指檢測(cè)模塊用于檢測(cè)每個(gè)手指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度，它是由一個(gè)雙軸電子 陀螺儀或兩個(gè)單軸電子陀螺儀和外圍電路組成。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，做鍵盤操作時(shí)，手指一般以O(shè)X 為原點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在鍵盤X軸向的定位，以O(shè)Y為原點(diǎn)進(jìn)行伸縮實(shí)現(xiàn)在鍵盤Y軸向的定 位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的選擇。如果某個(gè)手指以O(shè)X為原點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，則陀螺儀感應(yīng)輸出角速 度ε 1對(duì)應(yīng)的電壓VI，通過狀態(tài)收集與處理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并經(jīng)藍(lán)牙無線傳輸模塊傳輸 至電腦主機(jī)，由主機(jī)內(nèi)部虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序軟件進(jìn)行積分運(yùn)算后，得出手指的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值， 即得到手指在X軸的運(yùn)動(dòng)角度@1。通過同樣的辦法就可以得到手指在Y軸的運(yùn)動(dòng)角度@2。手掌檢測(cè)模塊由手背上一個(gè)或若干個(gè)電子陀螺儀組成的三軸向檢測(cè)電路，用于檢 測(cè)手掌的在X，Y，Z軸向的角度，此參數(shù)可以作為手指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)位置，同時(shí)也作為鼠 標(biāo)輸入的定位依據(jù)。和手指采用同樣的原理和方法即可得到手掌在X，Y，Z軸的運(yùn)動(dòng)角度 §61, §62, @63。狀態(tài)收集與處理模塊由A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理MCU及內(nèi)嵌式軟件和控制電路組成。陀螺儀送出與角速度ε χ對(duì)應(yīng)的電壓Vx，通過狀態(tài)收集與處理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù) 字化的角速度值ε X，內(nèi)嵌軟件將測(cè)得的5個(gè)手指和1個(gè)手掌共13個(gè)角速度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行 整理，按一定的串行數(shù)據(jù)格式傳送給藍(lán)牙無線傳輸模塊。所述的藍(lán)牙無線傳輸模塊，由發(fā)射模塊和接收模塊組成。發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與 處理模塊送出的信息無線上傳給電腦終端系統(tǒng)，同時(shí)也可從電腦終端系統(tǒng)下傳各類控制信 息和數(shù)據(jù)。藍(lán)牙無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送 給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。所述的虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序是電腦終端系統(tǒng)內(nèi)置的虛擬鍵盤輸入主控驅(qū)動(dòng)程序，它 根據(jù)藍(lán)牙無線接收模塊收集到雙手的各手指與手掌姿態(tài)，生成虛擬雙手姿態(tài)圖像和虛擬鍵 盤圖像，并產(chǎn)生與每個(gè)按鍵分布相對(duì)應(yīng)的鍵盤坐標(biāo)系及手形初始坐標(biāo)系，根據(jù)虛擬鍵盤的 XY軸坐標(biāo)分布和當(dāng)前手指和手掌的座標(biāo)，識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定位、擊鍵、鍵值生成等鍵 盤操作功能和鼠標(biāo)操作功能等。完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入的所有界面、控制及驅(qū) 動(dòng)。該虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序由如下功能模塊組成1.數(shù)據(jù)收集與處理模塊2.虛擬鍵盤生成及布局設(shè)置模塊3.虛擬手型生成及姿態(tài)跟蹤模塊4.擊鍵檢測(cè)模塊5.按鍵定位及鍵值生成模塊6.鼠標(biāo)功能模塊7.選項(xiàng)設(shè)置模塊其中數(shù)據(jù)收集與處理模塊，主要功能是將藍(lán)牙無線接收模塊送來的串行數(shù)據(jù)填寫 進(jìn)與各手指及手掌相對(duì)應(yīng)的角速度緩存區(qū)，并對(duì)角速度緩存區(qū)的各數(shù)據(jù)分別進(jìn)行積分從而 得到與各手指及手掌相對(duì)應(yīng)的角度緩存區(qū)。具體方法及原理如下一般陀螺儀直接的用途 就是做角速度測(cè)量?jī)x，為了得到被測(cè)量物體旋轉(zhuǎn)角度@，就必須對(duì)陀螺儀的輸出的角速度 ε結(jié)果積分。積分的主要步驟是用角速度ε，乘以采樣間隔的時(shí)間At，就得到角度偏移量 Δ @，循環(huán)運(yùn)行程序，對(duì)每次的乘積進(jìn)行累加，該結(jié)果即為測(cè)得的物體轉(zhuǎn)過的角度@。虛擬鍵盤生成及布局設(shè)置模塊，主要是按設(shè)定的鍵盤類型在電腦屏幕上顯示出軟 鍵盤，并可按用戶的喜好設(shè)置成個(gè)性化的按鍵布局及特殊功能鍵。虛擬手型生成及姿態(tài)跟蹤模塊，是根據(jù)角度緩存區(qū)的各手指及手掌的角度變動(dòng)數(shù) 據(jù)，結(jié)合虛擬鍵盤的相對(duì)尺寸比例，生成虛擬手指及手掌在虛擬鍵盤上的相對(duì)位置變動(dòng)圖 像，并根據(jù)虛擬鍵盤的相對(duì)位置為每個(gè)手指確定相應(yīng)的坐標(biāo)，為操作者選擇按鍵提供直觀 的手形和位置指示。相當(dāng)于有十個(gè)與每個(gè)手指對(duì)應(yīng)的鼠標(biāo)，用于選擇相應(yīng)的按鍵。同時(shí)具 有手掌位置歸位功能，即當(dāng)手掌位置偏移過大時(shí)可以重新設(shè)置以當(dāng)前位置為參考原點(diǎn)。擊鍵檢測(cè)模塊，主要功能是檢測(cè)哪個(gè)手指發(fā)生了擊鍵操作。具體是通過如下方法 實(shí)現(xiàn)的當(dāng)手指進(jìn)行敲擊時(shí)，手指是以O(shè)y點(diǎn)為原點(diǎn)快速向下進(jìn)行擺動(dòng)，此時(shí)指尖陀螺儀輸 出的Y軸角速度ε 2輸出數(shù)值則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般做手掌平移時(shí)的數(shù)值，故只要監(jiān)測(cè)各手指的 Y軸角速度ε 2輸出數(shù)值是否大于預(yù)設(shè)的閥值ε Α，如果超出則即可判定為擊鍵操作。按此 原理，只要循環(huán)檢測(cè)角速度緩存區(qū)的各數(shù)值是否有超過預(yù)設(shè)閥值的，即可判定哪個(gè)手指發(fā)生了擊鍵操作。按鍵定位及鍵值生成模塊，是當(dāng)有擊鍵操作發(fā)生時(shí)，根據(jù)擊鍵操作時(shí)的手指坐標(biāo) 與虛擬鍵盤的相應(yīng)位置確定擊中了哪個(gè)按鍵，并生成此按鍵的鍵值，送入電腦主系統(tǒng)的鍵 盤輸入緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入操作。此操作類似于鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟鍵盤的原理。鼠標(biāo)功能模塊，是當(dāng)輸入功能模式設(shè)置為鼠標(biāo)輸入模式時(shí)，手掌檢測(cè)模塊即成為 鼠標(biāo)的定位傳感器，通過左右轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)手掌即可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)操作功能。具體是通過如 下方法實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能的通過軟件可預(yù)設(shè)顯示屏與手掌之間的距離L，顯示屏幕的長(zhǎng)和寬 X，Y的尺寸。通過檢測(cè)到的手掌運(yùn)動(dòng)角度和@2，即可運(yùn)用三角函數(shù)公式χ = L^tanily = L*tan@2求得在鼠標(biāo)的在屏幕上的定位坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)隨著手掌的左右轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)在 屏幕上顯示鼠標(biāo)的移動(dòng)。同時(shí)通過點(diǎn)擊食指實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)左鍵功能，點(diǎn)擊中指實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)右鍵的 功能。所述的選項(xiàng)設(shè)置模塊，可以預(yù)設(shè)虛擬鍵盤的款式，定制特殊功能鍵；預(yù)設(shè)擊鍵閥值 ε A ；采樣時(shí)間(靈敏度)At;預(yù)設(shè)輸入模式(鍵盤模式或者鼠標(biāo)模式)；預(yù)設(shè)鼠標(biāo)輸入的 基本參數(shù)(L，X，Y)數(shù)據(jù)；以及各類個(gè)性化的參數(shù)及功能。本發(fā)明一種手套式的虛擬鍵盤和虛擬鼠標(biāo)的輸入裝置及方法的有益效果是1.通過采用本發(fā)明，可以使得電腦系統(tǒng)從此可以摒棄現(xiàn)在實(shí)物型式的鍵盤，鍵盤 變成隱形了。2.通過采用本發(fā)明，可以使得電腦系統(tǒng)從此可以摒棄現(xiàn)在實(shí)物型式的鼠標(biāo)，鼠標(biāo) 變成隱形了。3.通過采用本發(fā)明，可以極大縮小電腦系統(tǒng)的體積，配合虛擬顯示器(眼鏡顯示 器或者頭戴顯示器)，就可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的隱形穿戴式電腦。4.由于本發(fā)明可以按照人們的喜好自己設(shè)置軟鍵盤，這樣就可以符合每個(gè)人的操 作習(xí)慣。5.采用本發(fā)明后，可以在任何地方以任何姿勢(shì)進(jìn)行鍵盤和鼠標(biāo)操作，不受環(huán)境和 空間的限制。本發(fā)明可以大大縮小電腦系統(tǒng)的體積；是可以不受任何環(huán)境和姿勢(shì)的限制，而又 不影響輸入效率和使用習(xí)慣的一種鍵盤輸入系統(tǒng)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明手指檢測(cè)模塊的檢測(cè)原理圖；圖3為本發(fā)明手套輸入部分的系統(tǒng)組成原理圖；圖4為本發(fā)明的虛擬鍵盤示意圖；圖5為本發(fā)明的擊鍵檢測(cè)原理圖；圖6為本發(fā)明的虛擬鼠標(biāo)輸入原理圖；圖7為本發(fā)明的實(shí)施例組成結(jié)構(gòu)圖8為本發(fā)明的虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序的角度數(shù)據(jù)獲取程序流程圖；圖9為本發(fā)明的虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序的擊鍵檢測(cè)及處理程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本技術(shù)方案提供的一種手套式的虛擬輸入裝置進(jìn)行敘述。本發(fā)明是這樣實(shí)施的在圖1至圖9中，一種手套式虛擬輸入裝置，所述的輸入裝置由左手套和右手套組 成，左手套和右手套分別設(shè)有手指檢測(cè)模塊、狀態(tài)收集與處理模塊、無線傳輸模塊和虛擬鍵 盤驅(qū)動(dòng)程序，所述的手指檢測(cè)模塊由一個(gè)雙軸電子陀螺儀或兩個(gè)單軸電子陀螺儀和外圍電 路組成，手指檢測(cè)模塊用于檢測(cè)每個(gè)手指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度，狀態(tài)收集與處理模塊將 每個(gè)電子陀螺儀的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式角速度信息，無線傳輸模塊由 無線發(fā)送模塊和無線接收模塊組成，無線發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與處理模塊送出的信息無線 上傳給電腦主機(jī)系統(tǒng)并下傳各類控制信息，無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手 掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序，虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序是在電腦主機(jī)內(nèi)置的 主控驅(qū)動(dòng)程序，虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)收集到的各手指與手掌的姿態(tài)信息，生成虛擬雙手 姿態(tài)圖像和虛擬鍵盤圖像，并識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定位、擊鍵、鍵值生成等鍵盤操作功能， 用于完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入的所有界面、控制及驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明由左手套和右手套組成，如圖1所示，其中每個(gè)手套由以下7大部分組成，1、手指檢測(cè)模塊10個(gè)分別戴在手指指尖上的雙軸電子陀螺儀，用于檢測(cè)每個(gè)手 指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度。2、手掌檢測(cè)模塊每個(gè)手背上各戴一個(gè)三軸電子陀螺儀，用于檢測(cè)每個(gè)手掌的在 X，Y，Z軸向的基準(zhǔn)角度，作為手指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)位置，同時(shí)也作為鼠標(biāo)輸入的定位依據(jù)。3、狀態(tài)收集與處理模塊將每個(gè)電子陀螺儀的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 數(shù)字式角速度信息。4、藍(lán)牙無線傳輸模塊由藍(lán)牙無線發(fā)送模塊和藍(lán)牙無線接收模塊組成。藍(lán)牙無線 發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與處理模塊送出的信息無線上傳給電腦主機(jī)系統(tǒng)并下傳各類控制信 息。藍(lán)牙無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送給虛擬 鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。5、虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序在電腦主機(jī)側(cè)內(nèi)置的主控驅(qū)動(dòng)程序，根據(jù)收集到的各手指 與手掌的姿態(tài)信息，生成虛擬雙手姿態(tài)圖像和虛擬鍵盤圖像，并識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定 位、擊鍵、鍵值生成等鍵盤操作功能和鼠標(biāo)操作功能等。完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入 的所有界面、控制及驅(qū)動(dòng)。6、手套構(gòu)件一雙手套式的柔性編織外殼，用于包裹放置固定各個(gè)模塊。并方便手 掌佩戴，在手腕處集成安裝有各綜合處理電路和電池。7、電源及管理模塊對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)提供電源，內(nèi)含鋰聚合物電池及充放電管理。在本實(shí)施例中的手指檢測(cè)模塊用于檢測(cè)每個(gè)手指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度，它是 由一個(gè)雙軸電子陀螺儀或兩個(gè)單軸電子陀螺儀和外圍電路組成。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，做鍵盤操作 時(shí)，手指一般通過如圖1所示以O(shè)X為原點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)在鍵盤X軸向的定位，以O(shè)Y為原點(diǎn) 進(jìn)行伸縮實(shí)現(xiàn)在鍵盤Y軸向的定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的選擇。如果某個(gè)手指以O(shè)X為原點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，則陀螺儀感應(yīng)輸出與如圖2所示的角速度ε 1對(duì)應(yīng)的電壓VI，通過狀態(tài)收集與處 理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并經(jīng)藍(lán)牙無線傳輸模塊傳輸至電腦主機(jī)，由主機(jī)內(nèi)部虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程 序軟件進(jìn)行積分運(yùn)算后，得出手指的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值，即得到手指在X軸的運(yùn)動(dòng)角度@1。如圖2 所示，通過同樣的辦法就可以得到手指在Y軸的運(yùn)動(dòng)角度@2。 而手掌檢測(cè)模塊由手背上一個(gè)或二個(gè)電子陀螺儀組成的三軸向檢測(cè)電路，用于檢 測(cè)手掌的在X，Y，Z軸向的角度，此參數(shù)可以作為手指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)位置，同時(shí)也作為鼠 標(biāo)輸入的定位依據(jù)。和手指采用同樣的原理和方法即可得到手掌在X，Y，Z軸的運(yùn)動(dòng)角度 §61, §62, @63。 所述的狀態(tài)收集與處理模塊由A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理MCU及內(nèi)嵌式軟件和控制電 路組成。如圖3所示，陀螺儀送出與角速度ε χ對(duì)應(yīng)的電壓Vx，通過狀態(tài)收集與處理模塊進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的角速度值ε χ,內(nèi)嵌軟件將測(cè)得的5個(gè)手指和1個(gè)手掌共13個(gè) 角速度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，按一定的串行數(shù)據(jù)格式傳送給藍(lán)牙無線傳輸模塊。所述的藍(lán)牙無線傳輸模塊，由發(fā)射模塊和接收模塊組成。發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與 處理模塊送出的信息無線上傳給電腦終端系統(tǒng)，同時(shí)也可從電腦終端系統(tǒng)下傳各類控制信 息和數(shù)據(jù)。藍(lán)牙無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送 給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。所述的虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序是電腦終端系統(tǒng)內(nèi)置的虛擬鍵盤輸入主控驅(qū)動(dòng)程序，它 根據(jù)藍(lán)牙無線接收模塊收集到雙手的各手指與手掌姿態(tài)，生成虛擬雙手姿態(tài)圖像和虛擬鍵 盤圖像，并產(chǎn)生與每個(gè)按鍵分布相對(duì)應(yīng)的鍵盤坐標(biāo)系及手形初始坐標(biāo)系，如圖4所示。根據(jù) 虛擬鍵盤的XY軸坐標(biāo)分布和當(dāng)前手指和手掌的座標(biāo)，識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定位、擊鍵、鍵 值生成等鍵盤操作功能和鼠標(biāo)操作功能等。完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入的所有界 面、控制及驅(qū)動(dòng)。該軟件由如下功能模塊組成1、數(shù)據(jù)收集與處理模塊2、虛擬鍵盤生成及布局設(shè)置模塊3、虛擬手型生成及姿態(tài)跟蹤模塊4、擊鍵檢測(cè)模塊5、按鍵定位及鍵值生成模塊6、鼠標(biāo)功能模塊7、選項(xiàng)設(shè)置模塊所述的數(shù)據(jù)收集與處理模塊，主要功能是將藍(lán)牙無線接收模塊送來的串行數(shù)據(jù)填 寫進(jìn)與各手指及手掌相對(duì)應(yīng)的角速度緩存區(qū)，并對(duì)角速度緩存區(qū)的各數(shù)據(jù)分別進(jìn)行積分從 而得到與各手指及手掌相對(duì)應(yīng)的角度緩存區(qū)。具體方法及原理如下一般陀螺儀直接的用 途就是做角速度測(cè)量?jī)x，為了得到被測(cè)量物體旋轉(zhuǎn)角度@，就必須對(duì)陀螺儀的輸出的角速度 ε結(jié)果積分。如圖9所示，積分的主要步驟是用角速度ε，乘以采樣間隔的時(shí)間At，就得 到角度偏移量△<§，循環(huán)運(yùn)行程序，對(duì)每次的乘積進(jìn)行累加，該結(jié)果即為測(cè)得的物體轉(zhuǎn)過的 角度@。所述的虛擬鍵盤生成及布局設(shè)置模塊，主要是按設(shè)定的鍵盤類型在電腦屏幕上顯 示出軟鍵盤，并可按用戶的喜好設(shè)置成個(gè)性化的按鍵布局及特殊功能鍵。
所述的虛擬手型生成及姿態(tài)跟蹤模塊，是根據(jù)角度緩存區(qū)的各手指及手掌的角度 變動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合虛擬鍵盤的相對(duì)尺寸比例，生成虛擬手指及手掌在虛擬鍵盤上的相對(duì)位置 變動(dòng)圖像，并根據(jù)虛擬鍵盤的相對(duì)位置為每個(gè)手指確定相應(yīng)的坐標(biāo)，為操作者選擇按鍵提 供直觀的手形和位置指示。相當(dāng)于有十個(gè)與每個(gè)手指對(duì)應(yīng)的鼠標(biāo)，用于選擇相應(yīng)的按鍵。 同時(shí)具有手掌位置歸位功能，即當(dāng)手掌位置偏移過大時(shí)可以重新設(shè)置以當(dāng)前位置為參考原 點(diǎn)ο所述的擊鍵檢測(cè)模塊，主要功能是檢測(cè)哪個(gè)手指發(fā)生了擊鍵操作。具體是通過如 下方法實(shí)現(xiàn)的如圖5所示，當(dāng)手指進(jìn)行敲擊時(shí)，手指是以O(shè)y點(diǎn)為原點(diǎn)快速向下進(jìn)行擺動(dòng)， 此時(shí)指尖陀螺儀輸出的Y軸角速度ε 2輸出數(shù)值則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般做手掌平移時(shí)的數(shù)值，故 只要監(jiān)測(cè)各手指的Y軸角速度ε 2輸出數(shù)值是否大于預(yù)設(shè)的閥值ε Α，如果超出則即可判定 為擊鍵操作。按此原理，如圖10所示，只要循環(huán)檢測(cè)角速度緩存區(qū)的各數(shù)值是否有超過預(yù) 設(shè)閥值的，即可判定哪個(gè)手指發(fā)生了擊鍵操作。所述的按鍵定位及鍵值生成模塊，是當(dāng)有擊鍵操作發(fā)生時(shí)，根據(jù)擊鍵操作時(shí)的手 指坐標(biāo)與虛擬鍵盤的相應(yīng)位置確定擊中了哪個(gè)按鍵，并生成此按鍵的鍵值，送入電腦主系 統(tǒng)的鍵盤輸入緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入操作。此操作類似于鼠標(biāo)點(diǎn)擊軟鍵盤的原理。所述的鼠標(biāo)功能模塊，是當(dāng)輸入功能模式設(shè)置為鼠標(biāo)輸入模式時(shí)，手掌檢測(cè)模塊 即成為鼠標(biāo)的定位傳感器，通過左右轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)手掌即可實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)操作功能。具體是 通過如下方法實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能的如圖6所示，通過軟件可預(yù)設(shè)顯示屏與手掌之間的距離L， 顯示屏幕的長(zhǎng)和寬X，Y的尺寸。由圖可知通過檢測(cè)到的手掌運(yùn)動(dòng)角度和@2，即可運(yùn)用 三角函數(shù)公式χ = L^tanily = L*tan@2求得在鼠標(biāo)的在屏幕上的定位坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)隨著手掌的左右轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)在 屏幕上顯示鼠標(biāo)的移動(dòng)。同時(shí)通過點(diǎn)擊食指實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)左鍵功能，點(diǎn)擊中指實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)右鍵的 功能。所述的選項(xiàng)設(shè)置模塊，可以預(yù)設(shè)虛擬鍵盤的款式，定制特殊功能鍵；預(yù)設(shè)擊鍵閥值 ε A ；采樣時(shí)間(靈敏度)At;預(yù)設(shè)輸入模式(鍵盤模式或者鼠標(biāo)模式)；預(yù)設(shè)鼠標(biāo)輸入的 基本參數(shù)(L，X，Y)數(shù)據(jù)；以及各類個(gè)性化的參數(shù)及功能。以上所述，僅是本發(fā)明一種手套式虛擬輸入裝置的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā) 明的技術(shù)范圍作任何限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上的實(shí)施例所作的任何細(xì)微修 改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的輸入裝置由左手套和右手套組成， 左手套和右手套分別設(shè)有手指檢測(cè)模塊、狀態(tài)收集與處理模塊、無線傳輸模塊和虛擬鍵盤 驅(qū)動(dòng)程序，所述的手指檢測(cè)模塊由一個(gè)雙軸電子陀螺儀或兩個(gè)單軸電子陀螺儀和外圍電路 組成，手指檢測(cè)模塊用于檢測(cè)每個(gè)手指在X和Y軸向的運(yùn)動(dòng)角度，狀態(tài)收集與處理模塊將每 個(gè)電子陀螺儀的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字式角速度信息；無線傳輸模塊由無 線發(fā)送模塊和無線接收模塊組成，無線發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與處理模塊送出的信息無線上 傳給電腦主機(jī)系統(tǒng)并下傳各類控制信息，無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手掌 角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序；虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序是在電腦主機(jī)內(nèi)置的主 控驅(qū)動(dòng)程序，虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)收集到的各手指與手掌的姿態(tài)信息，生成虛擬雙手姿 態(tài)圖像和虛擬鍵盤圖像，并識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定位、擊鍵、鍵值生成等鍵盤操作功能，用 于完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入的所有界面、控制及驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的手指檢測(cè)模塊 的陀螺儀感應(yīng)輸出與角速度對(duì)應(yīng)的電壓，通過狀態(tài)收集與處理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并經(jīng)藍(lán)牙 無線傳輸模塊傳輸至電腦主機(jī)，由主機(jī)內(nèi)部虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序軟件進(jìn)行積分運(yùn)算后，然后 得出手指的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值，最后得到手指在X軸和Y軸的運(yùn)動(dòng)角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的左手套和右手 套設(shè)有手掌檢測(cè)模塊，手掌檢測(cè)模塊包括在手背上設(shè)置的一個(gè)三軸電子陀螺儀或者若干個(gè) 電子陀螺儀組成的3軸電子陀螺儀模塊，該三軸電子陀螺儀用于檢測(cè)每個(gè)手掌的在X、Y、Z 軸向的基準(zhǔn)角度，作為手指相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)位置，同時(shí)也作為鼠標(biāo)輸入的定位依據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的無線傳輸模塊 為藍(lán)牙無線傳輸模塊，藍(lán)牙無線傳輸模塊由藍(lán)牙無線發(fā)送模塊和藍(lán)牙無線接收模塊組成； 藍(lán)牙發(fā)射模塊將狀態(tài)收集與處理模塊送出的信息無線上傳給電腦終端系統(tǒng)，同時(shí)也可從電 腦終端系統(tǒng)下傳各類控制信息和數(shù)據(jù)；藍(lán)牙無線接收模塊接收來自發(fā)射模塊的各手指及手 掌角速度數(shù)據(jù)，并將它傳送給虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的輸入裝置還設(shè) 有電源及管理模塊，電源及管理模塊對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)提供電源，電源及管理模塊包括鋰聚 合物電池及充放電管理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的狀態(tài)收集與處 理模塊由A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理MCU及內(nèi)嵌式軟件和控制電路組成，手指檢測(cè)模塊和手掌檢 測(cè)模塊中的陀螺儀送出與角速度ε Χ對(duì)應(yīng)的電壓Vx，通過狀態(tài)收集與處理模塊進(jìn)行A/D轉(zhuǎn) 換后得到數(shù)字化的角速度值ε X，內(nèi)嵌式軟件將測(cè)得的5個(gè)手指和1個(gè)手掌共13個(gè)角速度 數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理，按一定的串行數(shù)據(jù)格式傳送給藍(lán)牙無線傳輸模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的虛擬鍵盤驅(qū) 動(dòng)程序是電腦終端系統(tǒng)內(nèi)置的虛擬鍵盤輸入主控驅(qū)動(dòng)程序，該虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序由數(shù)據(jù)收 集與處理模塊、虛擬鍵盤生成及布局設(shè)置模塊、虛擬手型生成及姿態(tài)跟蹤模塊、擊鍵檢測(cè)模 塊、按鍵定位及鍵值生成模塊、鼠標(biāo)功能模塊、選項(xiàng)設(shè)置模塊組成，根據(jù)無線接收模塊收集 到雙手的各手指與手掌姿態(tài)，生成虛擬雙手姿態(tài)圖像和虛擬鍵盤圖像，并產(chǎn)生與每個(gè)按鍵 分布相對(duì)應(yīng)的鍵盤坐標(biāo)系及手形初始坐標(biāo)系，根據(jù)虛擬鍵盤的XY軸坐標(biāo)分布和當(dāng)前手指 和手掌的座標(biāo)，識(shí)別分辨產(chǎn)生出按鍵定位、擊鍵、鍵值生成等鍵盤操作功能和鼠標(biāo)操作功能等，完成模擬所有鍵盤輸入及鼠標(biāo)輸入的所有界面、控制及驅(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的虛擬手型生成 及姿態(tài)跟蹤模塊是根據(jù)角度緩存區(qū)的各手指及手掌的角度變動(dòng)數(shù)據(jù)，結(jié)合虛擬鍵盤的相對(duì) 尺寸比例，生成虛擬手指及手掌在虛擬鍵盤上的相對(duì)位置變動(dòng)圖像，并根據(jù)虛擬鍵盤的相 對(duì)位置為每個(gè)手指確定相應(yīng)的坐標(biāo)，為操作者選擇按鍵提供直觀的手形和位置指示。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述的擊鍵檢測(cè)模塊 用于檢測(cè)哪個(gè)手指發(fā)生了擊鍵操作，當(dāng)手指進(jìn)行敲擊時(shí)，手指是以O(shè)y點(diǎn)為原點(diǎn)快速向下進(jìn) 行擺動(dòng)，此時(shí)監(jiān)測(cè)指尖陀螺儀輸出的Y軸角速度ε 2輸出數(shù)值是否大于預(yù)設(shè)的閥值εΑ，如 果超出則即可判定為擊鍵操作，當(dāng)循環(huán)檢測(cè)角速度緩存區(qū)的各數(shù)值超過預(yù)設(shè)閥值的，即可 判定哪個(gè)手指發(fā)生了擊鍵操作；所述的按鍵定位及鍵值生成模塊，是當(dāng)有擊鍵操作發(fā)生時(shí)， 根據(jù)擊鍵操作時(shí)的手指坐標(biāo)與虛擬鍵盤的相應(yīng)位置確定擊中了哪個(gè)按鍵，并生成此按鍵的 鍵值，送入電腦主系統(tǒng)的鍵盤輸入緩沖區(qū)，實(shí)現(xiàn)鍵盤的輸入操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種手套式虛擬輸入裝置，其特征在于所述鼠標(biāo)功能模塊 的實(shí)現(xiàn)方法是首先通過軟件可預(yù)設(shè)顯示屏與手掌之間的距離L，顯示屏幕的長(zhǎng)和寬X，Y的 尺寸，通過檢測(cè)到的手掌運(yùn)動(dòng)角度和@2，運(yùn)用三角函數(shù)公式χ = L^tanil ；y = L*tani2 ；求得在鼠標(biāo)的在屏幕上的定位坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)隨著手掌的左右轉(zhuǎn)動(dòng)和上下擺動(dòng)在屏幕 上顯示鼠標(biāo)的移動(dòng)，通過點(diǎn)擊食指實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)左鍵功能，點(diǎn)擊中指實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)右鍵的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及到計(jì)算機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及到一種手套式虛擬輸入裝置。其由左手套和右手套組成，左手套和右手套分別設(shè)有手指檢測(cè)模塊、狀態(tài)收集與處理模塊、無線傳輸模塊和虛擬鍵盤驅(qū)動(dòng)程序。本發(fā)明的有益效果是1)可以使得電腦系統(tǒng)從此可以摒棄現(xiàn)在實(shí)物型式的鍵盤，鍵盤變成隱形了。2)使得電腦系統(tǒng)從此可以摒棄現(xiàn)在實(shí)物型式的鼠標(biāo)，鼠標(biāo)變成隱形了。3)極大縮小電腦系統(tǒng)的體積，配合虛擬顯示器(眼鏡顯示器或者頭戴顯示器)，就可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的隱形穿戴式電腦。4)可以按照人們的喜好自己設(shè)置軟鍵盤，這樣就可以符合每個(gè)人的操作習(xí)慣。5)可以在任何地方以任何姿勢(shì)進(jìn)行鍵盤和鼠標(biāo)操作，不受環(huán)境和空間的限制。
文檔編號(hào)G06F3/01GK102063183SQ20111003705
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月12日
發(fā)明者劉美鴻 申請(qǐng)人:深圳市億思達(dá)顯示科技有限公司