数据手套专利技术综述

数据手套专利技术综述

数据手套专利技术综述

1、虚拟现实技术发展历史

虚拟技术的发展历程大致可以分为以下三个阶段：1970年代以前为第一阶段，1980年代初到1980年代中期为第二个阶段，1980年代末期至今为第三个阶段。

1973年Myron Krurger提出了“artificial reality”，这是虚拟现实技术的早期词语表达。

1980年代初期到1980年代中期，此阶段开始形成虚拟现实技术的基本概念，在此期间先后出现的典型系统有DARPA开的SIMNET虚拟战场系统，M.McGreevy等开发的虚拟环境视觉显示器，WPAFB开发的VCASS飞行系统仿真器。

1980年代至今，虚拟现实技术日趋完善。1992年Sense8公司开发了“WTK”开发包，为VR技术提供更高层次上的应用；1994年3月首次正式提出VRML这个名字，后来又出现了大量的VR建模语言，如X3D，Java3D等；1994年Burdea G出版了虚拟现实技术一书，书中使用3I （Imagination、Interaction、Immersion）概括VR的三个基本特征。

G306；TP333；TP309

1.1 手势识别

手势是一种自然，直观，易于学习的人机交互手段。以人手直接作为

计算机的输入设备，人机间的通讯将不再需要中间的媒体，用户可以简单的定义一种适当的手势来对周围的机器进行控制。手势研究分为手势合成和手势识别，前者属于计算机图形学问题，后者属于模式识别问题。手势识别技术分为基于数据手套和基于计算机视觉两大类。

以人手直接作为输入手段与其他输入方法相比较，具有自然性、简洁性和丰富性，直接性的特点，因此用计算机来识别手势提供了一个更自然的人机接口。但是由于其难度较大，目前的研究结果尚不能实用化。

手势识别的方法有：模拟匹配技术，神经网络技术，统计分析技术。数据手套的识别目前较多采用神经网络的方法。由于神经网络可以用静态的和动态的输入，和适合用快速交互的方式定义传递特征、还可以根据用户个人情况调整网络的权值，使手势识别程序能适应不同的用户。存在的不足是络依赖于设备。当使用不同的手套设备时，要改变网络的拓扑结构，并重新训练网络得到新的权值。

1.2 国内外放任机器人专利申请分析

在专利申请方面，到目前为止，国内申请量325件，国外申请233件。

虽然国内数据手套的研究起步较晚，但是发展很迅速，进入二十一世纪以后，申请量猛增。这与国家过关计划，国家863高技术发展规划、国家973重点基础研究发展规划和国家自然科学基金会等都把VR列入了重点资助范围是密不可分的。

对于中国以外的国家和地区，其申请量比较可以看出美国的专利申请量远超其他国家和地区，占到了36%，美国在数据手套方面的发展位列世

界前茅，其次是韩国和日本，分别位列申请量第2和第3。

2、数据手套发展及专利审查

2.1、驱动安装位置（外骨架式内置式）

根据驱动安装位置，数据手套可以分为外骨架式和内置式两种，外骨架式数据手套驱动器安装在手背上，内置式数据手套则是将驱动器安置在手上。外骨架式重量大，运动空间自由，可对手指的多個关节输出反馈力，内置式结构简单，重量轻，但是手指的运动空间受到一定的限制。

由于外置式与内置式数据手套的优缺点，内置式数据手套的申请量极少，大多为外置式数据手套的申请。例如W.industries limited于1992年4月20日提交的申请（公开号WO92/__A1），其中请求保护的是一种外骨架式穿戴式数据手套。

苏茂于2022年5月13日提交的申请（公开号CN2022年__U）请求保护一种外构架式数据手套，针对现有数据手套价格昂贵，系统复杂，维护困难等缺点，提出了一种外置传感器检测关节运动的方法，通过对外部构架进行优化在各个关节基座间采用独特的连接方式，并对各关节测量点巧妙布局，降低或消除了检测机构对操作者手指运动的阻碍和影响，令操作者在使用数据手套时，其五个手指的运动还能保持最大成都的灵活或轻巧。

哈尔滨大学于2022年12月30日提出的申请（公开号CN__-__4A）请求保护一种外骨骼数据手套，其具有指尖位置跟随和指尖双向力反馈功能，能够协调控制被控机械手的位置，并能受控从手手指的受力状况进行两个方向的精确反馈。结构轻巧，结合外骨骼机构的优势，伸长范围大，

巧妙的选择传感器使系统的集成化程度高，便于携带，动态响应快，操作简便，承载力大，力反馈进度高，真实感强，工作可靠。

2.2 驱动方式

2.2.1电驱动

哈尔滨工业大学于2022年12月30日提出了一项专利申请（申请号CN2022年__-__），其中请求保护一种具有指尖位置跟随和指尖双向力反馈功能的外骨骼手指，解决现有力反馈数据手套存在的需与人手手指指节配合才能运动；不能实现双向主动驱动；结构臃肿，集成度低；力反馈时，不能很好的区分“接触”和“非接触”模式。摩擦问题突出，不利于控制的缺陷。电机驱动系统的输出端与可伸长外骨骼机构的输入端相连接，可伸长外骨骼机构的输出端与指尖力反馈装置和位置跟随装置连接，组成一个模块化的力反馈手指，能根据从手工作在自由空间或者约束空间进而实现对操作者手指运动的位置跟随或者力反馈，以增强虚拟现实或遥操作的临场感。

2.2.2气动

西南大学于2022年12月31日提出了一项专利申请（申请号：

CN2022年__-__），其中请求保护一种虚拟现实系统，包括手臂模拟装置和力反馈数据手套装置，其中力反馈数据手套系统包括：手套，手套内壁设置有气囊，气囊通过导管与气泵相接，与气泵相接的控制器控制气泵的充气与放气。其可以实时显示手臂的运动情况，并且通过控制手套内气囊的充气和排气，来对使用者的手部进行压迫，易于实现，成本较低。

2.3 数据手套发展路线

纵观数据手套的发展，其主要涉及对数据手套结构，驱动方式和测量方式的改进，而其中测量方式和驱动方式的改进是重点，测量方式和驱动方式的改进与结构上的改进是强耦合的，前两者的改进一般必然涉及到结构的改进。

通过专利分析后，统计得到国内外在驱动和测量方面的申请量变化，其中大量申请涉及到测量方式的改进，至于驱动方式的改进则申请量很少。

3 结语

近年来，虚拟现实、多媒体和可视化对计算机系统的人机交互提出自然、高效、三维和非精确的要求，推动着人机交互界面向多通道用户界面的方向发展，使用户在视觉和听觉上能感受到真实的三维效果，同时又能和系统进行自然、高效的交互。数据手套作为主要部件之一，在虚拟现实领域发挥了巨大作用。

对数据手套的专利审查而言，通过熟悉把握专利技术的分布、所处的发展阶段以及重要申请人等信息，使得审查员可以快速的把握专利申请的技术高度，以便准确寻找对比文件，从而保证审查质量。