基于弯曲传感器的数据手套性能改进

罗马大学电子工程系；罗马大学电子工程系；罗马大学电子工程系；罗马大学计算机工程系；Dave Beck Flexpoint传感器系统工程总监

摘要

当需要测量人手的手指静态和动态姿势时，数据手套非常重要。实现数据手套的一个优势成本可靠性比是采用弯曲传感器测量每个手指关节。

我们通过标准测量程序验证了我们的新型阵列配置，但存在一些细微差异以克服公认的问题。取得的结果令人鼓舞。

1、简介

数据手套可以在社会、医疗、工作、运动和娱乐等许多领域得到应用。

在社交领域，数据手套可用于手语识别（Kuroda等人，2004；Mehdi和Khan，2002），作为实际pc输入设备的替代品（de la Hamette，2002；Kolsch和Tur，2002），作为家庭和远程协助的工具，作为设计人体工程学设备的工具。

医学领域报告了患者运动治疗、康复（Morrow et al.，2006）和远程康复（Heuser et al.，2007）、术后评估、远程手术（Hong and Tan，1989）、功能评估（Gentner and Classen，2009；Michera et al.，2003；Simone et al.，2007）或残疾的优势。但医生也可以通过操纵3D虚拟解剖部位（Székely和Satava，1999）或接受虚拟手术培训（Satava和Jones，1998）来利用他们的教育优势。

由于有了数据手套，工人可以熟练地在虚拟环境或危险环境中模拟其操作的后果，以达到安全目的，可以组建专业人员，如士兵（Yao和Zhang，2006）、宇航员、消防员等，他们的行动（Micera et al.，2002）或环境的人体工程学可以进行评估，程序员可以通过自动编程工具获得帮助（Biggs和MacDonald，2003），人们可以在远程设备控制方面得到帮助，可以在手势识别方面得到支持，甚至可以在实际制作商品之前，通过与计算机生成的环境进行交互，在设计和制造方面得到帮助。

在运动场上，数据手套是一个有用的工具，完美的手静态和动态姿势对于达到要求的目标至关重要（在高尔夫、板球、游泳等运动中），因此，手部姿势测量注册和进一步的数据分析可以为物理性能评估提供重要元素。

娱乐领域可以将数据手套用于游戏和视频游戏应用、计算机生成角色（Damasio和Musse，2002）、多媒体、艺术（Keefe et al，2001）和音乐设备（Mulder，2000）（播放虚拟仪器、声音合成或雕刻），因为一个手势可以与事件、音符或和弦相关联。

2、数据手套实现

数据手套可以根据不同的原理与传感器部分一起实现：

光学：带或不带参考标记的摄像机（Degeorges等人，2005），光纤，基于光电管的系统；

磁性：霍尔效应（Villella et al.，2004），感应编码器（Kuroda et al.，2004）；

物理：压力（Karlsson et al.，1998），超声（Hahn et al.，1995）；

电气：电位计（Zurbrügg，2003），电容；

等

在所有可能性中，利用弯曲传感器，能够在弯曲时改变其电阻值，可以确保有利的成本可靠性比。已报告数据手套应用中的弯曲传感器利用率。Williams等人（2000年）在手指的远端指间关节（DIP）、近端指间关节（PIP）和掌指关节（MCP）的背侧以及手套的胯部放置了弯曲传感器。Noaman等人（2008年）在手外骨骼结构上安装了弯曲传感器，用于方便手套的穿脱。Simone et al.（2007）为每个待监测的关节实现了单独的莱卡套管，每个套管包含一个包裹在薄塑料护套中的弯曲传感器。Gentner和Classen（2009）使用了两层莱卡缝合层，在每个手指关节之间插入传感器，并利用这种配置。

3、传感器阵列

所有这些提到的传感器开发作为文献报告从不同的角度来看都很有趣。无论如何，所有这些传感器至少都有一个共同点，即每个传感器完全独立，彼此独立。这方面有一些优点，但也有一些缺点。

这里我们提出了一种不同的架构