[发明专利]一种一体化自驱动全纺织手势识别数据手套

说明书

本发明公开了一种一体化自驱动全纺织手势识别数据手套，其特征在于，包括手套基体、自供电应变传感部分和柔性弱敏感导电纱线；织造所述手套基体的基础纱线为弹性绝缘纱线，所述自供电应变传感部分设于手套基体的若干传感区域，所述自供电应变传感部分通过所述柔性弱敏感导电纱线连接控制电路。本发明所述数据手套的传感器在满足电学性能的情况下柔性纤维化，以满足用于纺织织造工艺的力学性能，实现传感检测与手套材料的结构一体化，提高批量化生产的可能。同时检测电路的自驱动无源化可有效减轻设备负担并简化电路，也避免了充电或更换电池带来的使用限制。

技术领域

本发明涉及一种一体化自驱动全纺织手势识别数据手套，属于人机互动技术领域。

背景技术

随着科技进步，数据手套的使用价值被发现，其发展对医疗、机械及纺织等领域都会产生重要影响。数据手套能够实时采集穿戴者手部运动信号，并转换为数字信号传输到计算机、手机等终端设备，通过数据分析得到对应的手势信息。目前，较为典型的数据手套有CAS-Glove型数据手套、5DT Data Glove型数据手套等。

国内CAS-Glove型数据手套采用柔性材料制作，在相应位置安装柔性弯曲传感器以测量手指各关节弯曲角度。该数据手套共安装有15个传感器，布局如图1所示，分别完成对手指各个关节弯曲角度及手指开合程度的测量。其将应变传感器缝制在手套基体上，佩带舒适、对手指运动限制小、重量轻，但没有设置手腕处传感区域，无法检测手背相对小臂所成角度。同时，在数据手套上使用电阻应变传感器材料，不仅需要外部电源，功耗高，且这种传感材料的拉伸性能和耐用性能都还存在很大挑战。检测电路通过电线外接插座获取电源，使用时有一定空间和设备上的限制。

与此类似的，大部分现有数据手套将传感器缝制在两层织物形成的间隙里，其基本满足重要数据的测量，但传感器的轻微移位以及与相邻传感器的部分重叠、摩擦会造成测量结果的偏差，同时影响手套稳定性和关节对称性。手套与手的紧密贴合非常重要，但现有数据手套在使用传感器时，通常每个传感器与两根电线连接，整只手套最终要集合三十根左右的电线至控制电路处，图2所示为常见数据手套传感电路排布示意图，其中电线3的数量及柔软程度影响穿戴舒适性，其变形还会影响测量精确度和检测电路的耐用性，此时若是非柔性原件与手紧密贴合，会造成手部活动不自由，限制运动，产生不适感。

国外5DT Data Glove型数据手套则使用光纤传感器，光纤安装在轻便且有弹性的Lycra手套上。手指每个被测关节上都有一个光纤环，光纤经过塑料附件安装，使之在手指弯曲时作小的移动。在标准的布局中，每个手指背面只安装两个光纤传感器，以便测量主要关节的弯曲运动。每个光纤的一端连接到LED(发光管)光敏晶体管，另一端传回数据到控制电路，如图3所示。同时，5DT Data Glove型数据手套使用电池提供能源，通过蓝牙技术，收集到的信号最远可传输 20米，在终端利用USB接口传入计算机，该无线模块单次使用时间可达8小时。电池易影响手套的柔性，影响穿戴贴合性及舒适性，且需要反复更换电池，造成环境污染的同时也给长时间穿戴带来麻烦。图3所示的5DT Data Glove型数据手套所使用的光纤传感器5和光纤6耐磨性欠佳，且现有数据手套皆使用被动型传感器，无法自驱动，对数据手套的使用造成一定限制。

诸如此类以光电转换为基础，应用光纤传感器来研发数据手套的占相关发明大多数。据研究，以光导纤维材料来研制的传感器，其突出特点是：体型细小，易于安装固定；响应实时强，工作稳定。同时也有不足：光纤的塑料护套一般弹性较差，多次弯曲后难以复原，接触面渐渐产生应力，从而作用其内部光纤；而光纤本身是塑料制成的，多次弯曲亦会产生应力，容易造成弯曲处裂隙。这种影响的存在对传感器的测量精度的提高产生很大的威胁。

现有数据手套制作流程复杂，难以制定自动化流程，无法投入批量生产且成本普遍较高。本发明采用全纺织工艺与柔性化集成，实现传感系统与手套结构的一体化，通过纺织敏感材料的应用及织物结构的设计，降低批量生产难度减小测量偏差。