CN106996796B - 穿戴式动作感知装置 - Google Patents

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Abstract

本发明穿戴式动作感知装置，包含一衣着本体、一信号接收与运算元件，以及一由导电织物所形成的导电线路，其两端是分别电性连接至该信号接收与运算元件，借以构成一电路回路，且该信号接收与运算元件及该导电线路，皆是设置于衣着本体上。该导电线路的裸露侧具导电性，且该电路回路是对应于所需量测的人体部位的该衣着本体的部位上被设置。当使用者穿着本发明穿戴式动作感知装置动作时，即可量测得其动作信息，可进一步结合一生理感测装置所量测的的信息，通过软件运算可获致更多的信息。本发明穿戴式动作感知装置可被制作成一衣着形式，借此使用者即可像穿着一般衣物般，轻松穿戴而无额外负担。

Description

穿戴式动作感知装置
技术领域
本发明是有关于一种动作感知装置，特别是有关于一种整合于织物上的穿戴式动作感知装置，使用者可通过穿戴本发明穿戴式动作感知装置，而量测得其动作信息，如使用者的运动动作状况。
背景技术
随着社会经济、科学技术及生活水平的提升，人们对健康的认知，已有了更深的体会。除了注重饮食健康外，亦更注重通过运动来维持身体健康。
然而，运动者于运动时的动作信息，例如动作是否正确，运动者通常并不清楚。为了解其运动时的动作信息，则有需借由动作感知装置来了解。已知，感知装置(或称，感测器)是利用自然界物理或生物特性来探测外界信息，而感测元件在科技进步下不断发展，结合人类在科学、物理、医疗上所累积的知识，如今感测器已经不只是人类用来探索知识的一门工具，更能结合通讯、物联网、云端巨量数据的运算，提供生活中更便利的服务。
已知在量测动作方面，可通过动作感知装置测量人体的动作，此是通过直接在人体身上放置多个感测器来进行感测。一般来说，感测人体“动作”的方式，包含方向及速度(加速度感测器)等。因此，已知动作感测的方式通常会需要测量物理量(重力、速度)的变化，故通常采机械元件构成的结构所制成。不过，现今微机电系统(MEMS)已成为一种先进的工艺技术，可将传统的机械系统微小化到类似晶片的大小，也是今天能将动作感测器放入手机、手表等许多穿戴装置的重要科技。
前述，以加速度感测器，又称重力感测器(G-Sensor)或加速计，是以感侦测人体的移动及速度来进行量测。如果加上方向，一个加速度感测器可以感测一个轴向，两个可以感测平面移动(X,Y)，三个可以立体全方位感测(X,Y,Z)称为三轴加速度感测器。加速度感测器目前已有被应用在体感操控上，如游戏机wii的操控方式只要挥动手上的摇控器，即可侦测得手部的动作。此种穿戴装置在运动方面，还可被用于测量行走步数、距离，计算消秏的卡路里等。
另外，也有人提出利用肌电图(electromyography,EMG)进行人体动作的分析。肌电图是一种生理的肌肉电特性感测器，能通过感测肌肉放缩或舒张所产生的动作电位，侦测人体的动作。
上述，几种已知技术对于了解人体运动状态均有一定的效果，惟于人体动作量测时，需于四肢上分别装设数个感测器，借以分别量测四肢的动作。然而，这些在四肢上装设的感测器，除会增加使用者的负担，亦会增加量测装置的成本。此外，尚有信号品质不稳等问题，例如杂讯多、信号弱等。故而，提出一种对使用者无负担，且成本较为低廉的动作感测技术仍有其需要。
发明内容
据此，本发明的目的即在于提供一种穿戴式动作感知装置，用以量测使用者的动作信息。
为达成前述的目的，本发明提出一种穿戴式动作感知装置，其特征在于包含：一衣着本体，其是用于穿戴于一使用者上时，披附于使用者的至少一身体部位上；一信号接收与运算元件，以及一由导电织物所形成的导电线路，其两端是分别电性连接至该信号接收与运算元件，借以构成一电路回路，且信号接收与运算元件及导电线路，皆是设置于衣着本体上，其中，导电线路的裸露侧具导电性，且电路回路是对应于所需量测的人体部位的衣着本体的部位上被设置。
在一个与多个实施方式中，本发明穿戴式动作感知装置穿戴于一使用者上时，至少披附于该使用者的一关节部位上，且该电路回路是通过对应于该关节部位的该衣着本体的部位上被设置。
在一个与多个实施方式中，前述的导电线路较佳为具有不高于1×106欧姆的线电阻值，更佳为1～1×105欧姆，最佳为10～1×104欧姆。
在一个与多个实施方式中，前述的导电线路宽度不小于0.5厘米，更佳为0.8～5厘米。
在一个与多个实施方式中，本发明提出一种穿戴式动作感知装置，其中导电织物包括一织物本体，及一导电涂料层，其包含一疏水性粘结剂及多个导电粒子分布于其中，其中，导电涂料层是自织物本体的一侧嵌合于织物本体中，并平贴于其上，且导电涂料层的厚度不大于织物本体的厚度。
在一个与多个实施方式中，前述的导电涂料层有部分厚度凸设于该织物本体的表面。
在一个与多个实施方式中，前述的织物本体为一平织织物。
在一个与多个实施方式中，前述的疏水性粘着剂是选自聚氨酯、硅氧烷树酯、聚对苯二甲酸乙二酯及聚丙烯酸酯所组成的族群至少其中之一。
在一个与多个实施方式中，前述的多个导电粒子为金属导电粒子或非金属导电粒子。
在一个与多个实施方式中，前述的导电涂料层中多个导电粒子所占的比例为20～70wt％。
本发明穿戴式动作感知装置可被制作成一衣着形式，借此使用者即可像穿着一般衣物般，轻松穿戴而无额外负担。在一个与多个实施方式中，使用者于穿着本发明穿戴式动作感知装置运动时，因关节部位的弯折动作，会造成电路回路弯折，因而改变相同电压下的电流量。在一个与多个实施方式中，使用者使穿戴式动作感知装置上的一部导电线路与另一部导电线路碰触，以改变电路回路路径。借此，即可通过电流变化的频率与幅度，进而量测使用者的动作信息。
附图说明
图1为本发明穿戴式动作感知装置的一实施方式的局部示意图；
图2为本发明穿戴式动作感知装置中信号接收与运算元件的示意图；
图3本发明导电线路的一实施方式的截面示意图；
图4本发明导电线路另一实施方式的截面示意图；
图5为本发明穿戴式动作感知装置的另一实施方式的局部示意图；以及
图6为本发明穿戴式动作感知装置于使用者穿戴时的示意图。
具体实施方式
为使熟悉本技术领域中的技艺者，更易于通过本发明说明书的说明而了解本发明，以下配合附图进一步说明。已知技艺者当可了解的是，以下的说明内容仅用以示例说明本发明技术，并说明较佳的实施条件范围，并非用以限制本发明的范围。
参阅图1，为本发明穿戴式动作感知装置的一实施方式的局部示意图。本发明穿戴式动作感知装置，主要包含一衣着本体10、一信号接收与运算元件14，以及一导电线路12。导电线路12是由一导电织物所构成，且其两端分别电性连接至信号接收与运算元件14，借以构成一电路回路。前述的信号接收与运算元件14与导电线路12皆是设置于该衣着本体10上，且导电线路12的裸露侧(即，与衣着本体10接合的相反侧)具导电性(亦即，可与任何具导电性物体经由接触而形成电性连接)，借以构成本发明的穿戴式动作感知装置1。
在一个或多个实施方式中，当一使用者穿戴本发明穿戴式动作感知装置1时，本发明穿戴式动作感知装置1较佳是披附于该使用者的至少一关节部位上，且前述的电路回路是通过对应于该关节部位的该衣着本体1的部位上被设置。
在一个或多个实施方式中，导电线路较佳具有不高于1×106欧姆的线电阻值。更佳为1～1×105欧姆，最佳为10～1×104欧姆。
在一个或多个实施方式中，导电线路较佳具有不小于0.5厘米的宽度，更佳为具有0.8～5厘米的宽度。
上述的衣着本体10只要是可被用于供使用者穿着身上的织物或非织物，均可应用于本发明中，于此并无特别的限制。前述的非织物，例如可由天然或人造树脂制成的薄膜所制成的衣着，但并不仅限于此。前述的织物包含不织布、针织织物与平织织物。在一个或多个实施方式中，该衣着本体10是具有伸缩性者。此伸缩性可通过织物或非织物的材料或结构设计来获致，例如针织物的组织结构设计，或进一步于针织物或平织物中加入弹性纱(如，莱卡弹性纱)，但并不仅限于此。
前述的信号接收与运算元件14，主要除用以提供电路回路一稳定电压的电源外，尚用以接收来自于导电线路12的电流变化信息，并将该电流变化信息经过转换运算，借以获致所需要的使用者的动作信息。信号接收与运算元件14中可进一步整合一无线信号发射单元，借以使电子信号可以传送出。前述无线信号发射单元亦可独立于信号接收与运算元件14外单独设置，且与信号接收与运算元件14电性连接。
参阅图2，为本发明穿戴式动作感知装置1中信号接收与运算元件14的示意图。导电线路12的两端点分别通过一电性接点18与信号接收与运算元件14的电流信号输出端与输入端电性连接，借以构成一完整的电路回路。信号接收与运算元件14中至少包含一信号转换运算单元22，及一电源供应元件(图中未显示)。该电源供应元件可持续输出一稳定电压通过上述的电路回路。已知任何可达成此一目的的电源供应元件皆可被应用于本发明中，于本发明中并无特别的限制。例如，电池，但并不仅限于此。
本发明穿戴式动作感知装置1的系统运作时，信号接收与运算元件14中的电源供应元件将输出一稳定电压的电流通过电性接点18，经由导电线路12，再通过导电线路12另一端的电性接点18而回到信号接收与运算元件14，借以构成一完整电路回路。
为调控信号转换运算单元22所接收到电流变化信息的灵敏度，可进一步于自电性接点18至调控信号转换运算单元22间的线路26并联一电阻20，通过电阻20的线路26连接于信号转换运算单元22的接地端(GND,Ground)。前述的电阻20可依所需要的侦测灵敏度进行选择，于本发明中并无特别的限制。在一个或多个实施方式中，前述的电阻20为一可调控的电阻元件，例如可变电阻器(rheostat)，但并不仅限于此。
在一个或多个实施方式中，前述的导电线路12较佳为一导电织物所构成者。更佳为，该导电织物是由一织物本体28及一与其嵌合的导电涂料层34所构成。参阅图3，于此实施方式中，织物本体28为一平织织物，其是由多条纬纱30与多条经纱32所交错编织而得。借此，织物本体28即具有一由纱线交错编织所形成的厚度h1。导电涂料层34是自织物本体28的一侧嵌入其内，填入织物本体28交错纱线间的空隙，并整合成一体。
于此实施方式中，导电涂料层34是完全没入织物本体28内，并与其嵌合，且导电涂料层34上方侧是与织物本体28上方侧实质上切平，而导电涂料层34下方侧则位于织物本体28内。借此，导电涂料层34呈现实质上平贴于织物本体28上方侧的外观型态。于此实施方式中，导电涂料层34的厚度h2是不大于织物本体28的厚度h1。
参阅图4，是为前述导电织物的另一实施方式的截面示意图。于此实施方式中，导电织物基本上亦是由一织物本体28及一与其嵌合的导电涂料层34所构成。差异点在于，导电涂料层34是部分嵌合于织物本体28内。亦即，导电涂料层34有部分厚度范围是凸设于织物本体28上。
前述导电涂料层34凸设于织物本体28上的厚度，于本发明中并无特别的限制。在一个与多个实施方式中，较佳为不大于40微米，更佳为不大于30微米，最佳为不大于20微米。
前述实施方式中的织物本体28虽仅用平织织物进行事例说明，惟熟悉技艺者通过本发明的说明当可了解的是，亦可以针织织物做为本发明中的织物本体28。
根据本发明所指出的导电线路12，如上所述导电涂料层34是全部或大部分嵌合于织物本体28内。借此，织物本体28将进一步赋予导电涂料层34一物理性支撑与保护，使导电涂料层34的结构强度因而获致强化。借此，导电线路12即呈现类似复合材料的结构强化效果，但同时又保有接近于一般织物的柔软性，可提供使用者较为舒适的穿着感。在一个与多个实施方式中，前述导电涂料层34嵌合于织物本体28内的厚度，较佳为10～50微米，更佳为20～40微米。若少于10微米，易使导电涂料层34自织物本体28表面剥离。反的，若大于50微米，则易发生电阻值不均匀的状况，影响电流变化的量测结果。
前述导电涂料层34是由一疏水性粘结剂及多个分布于其中的导电粒子所构成。可应用于本发明中做为疏水性粘结剂用的材料，包含但并不仅限于，聚氨酯(Polyurethane,PU)、硅氧烷树酯(silicon resin)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)及聚丙烯酸酯(Polyacrylate)等。可应用于本发明中做为导电粒子的材料，包含非金属材料、金属材料，或其组合。前述的非金属材料，包含但并不仅限于，纳米碳管(Carbonnanotubes,CNT)、碳黑(Carbon black)、碳纤维(Carbon fiber)、石墨烯(Graphene)及导电高分子(例如，聚3,4-二氧乙基噻吩(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene),PEDOT)、聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)…等)等。其中，以纳米碳管为最佳。前述的金属材料，包含但并不仅限于，金、银、铜及金属氧化物(例如，氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO))等。
前述导电涂料层34可通过任何已知的方法与织物本体28嵌合。例如，将疏水性粘结剂溶于溶剂中，并将导电粒子分散于其中，借以形成一导电涂布液。接着，将此导电涂布液涂布于织物本体上，并使其渗入织物本体中，以形成一导电涂料层。最后将导电涂料层烘干，并使其完全干燥，但并不仅限于此。
熟悉本发明领域的技艺者，通过本发明前述的说明，当可了解到前述导电织物，亦可使用，例如导电纱所织造得的导电织物，但并不仅限于此。
前述导电线路12设置于衣着本体10上时，是将不具导电性的一侧与衣着本体10结合，借以使导电涂料层的裸露在外。前述的结合方式于本发明中并无特别的限制，只要是可将导电线路12装设于衣着本体10上的任何已知方法，皆可被应用于本发明中，包含但并不限于，以粘着剂贴合或缝合等方式实施。
参阅图5，为本发明穿戴式动作感知装置1的另一实施方式的局部示意图。于此种实施方式中，本发明穿戴式动作感知装置1，包含两组导电线路12电性连接至一个信号接收与运算元件14，借以构成两个电路回路。借此，信号接收与运算元件14可同时接收来自使用者身上两个不同感测部位的动作信息。此仅为事例说明，已知本技术领域的技术，通过本发明说明书所揭示的内容，亦可得知以相同方式，同时连接三个以上的电路回路，亦是可行的。
参阅图6，为本发明穿戴式动作感知装置1于使用者穿戴时的示意图。穿戴式动作感知装置1中的导电线路12是设置于对应于使用者手臂部位的衣着本体10上，且所形成的电路回路是通过关节弯折线16。同时再参阅图1，当使用者穿戴本发明穿戴式动作感知装置1运动而弯曲手肘时，在手肘弯曲处的衣着本体10将会受到挤压而产生皱折，而使得位于导电线路12上的接触点A，碰触到接触点A’，而接触点B，则会碰触到接触点B’。借此，电流将越过接触点A至接触点A’间的导电线路12，以及接触点B至接触点B’间的导电线路12，致使电流实际经过导电线路12的路径变短。借此，电路回路上的总电阻将降低，致使电流增加，因而产生一电流变化信息。此电流变化信息，包含强度与频率的变化。此电流变化信息为信号接收与运算元件14所接收后，信号接收与运算元件14将电流变化信息进一步转换成一使用者动作信息。最后以无线信号传输方式传送至一接收装置，例如已知的各种智慧型携带装置，如手机、手表、手环及平板等装置。
在一个与多个实施方式中，当使用者穿戴本发明穿戴式动作感知装置1运动时，导电线路12的电路回路可依所需量测的动作位置进行设置，只要使用者动作时可使导电线路12的不同部分碰触，致使电流实际经过导电线路12的路径发生改变，产生电流变化信息即可。
具体实施例
将聚氨酯(购市售品，型号CD-5030)以醋酸丁酯(n-Butyl acetate,nBAC)配制成聚氨酯涂布液(固含量30wt％)。再将纳米碳管(购自市售品，双多壁纳米碳管)加入聚氨酯涂布液中，添加重量比为1:5(纳米碳管：聚氨酯涂布液)，并使其均匀混合，借以制得导电涂布液。将导电涂布液以200目的网版(购自市售品，型号多特龙)，通过网版印刷技术印刷于一平织布上(购自市售品，30丹尼平织布)，再于150℃下热风干燥，以去除溶剂，以形成一嵌合于平织布中的导电涂料层。借此即可制得本发明导电线路(导电涂料层厚度40微米，其中嵌合于平织布中厚度为10微米)。于此状况下纳米碳管于导电涂料层中所占的比例为40wt％。
取一件供作为衣着本体的衣物，将信号接收与运算元件设置于胸口，或背部。将前述的导电线路裁切成1厘米宽，与信号接收与运算元件电性连接，并沿衣着本体上的手臂部位铺设。最后，返回信号接收与运算元件并与的电性连接，借以构成一电路回路。
启动信号接收与运算元件的电源，以持续供应上述电路回路一3伏特的稳定电压。当使用者穿着穿戴本发明穿戴式动作感知装置，弯折手肘时，信号接收与运算元件即会接收到一电流变化信息。借此，即可获致使用者动作是否精确，及动作次数的信息。同时，亦可通过电流变化的频率计算出动作频率与速度。通过已知的软件运算，可进一步计算出使用者的其他运动动作信息，包括卡洛里消耗状况等信息，但并不仅限于此。
本发明穿戴式动作感知装置所量测的的信息，可进一步结合一生理感测装置所量测的的信息，通过软件运算可获致更多的信息，例如跑姿、肌肉疲劳度、运动强度…等等。
综上所述，本发明具有产业的实用性及创造性，且本案未见的于任何刊物，亦具新颖性。
但以上所述者，仅为本发明的一较佳实施例，当不能以的限定本发明实施的范围，凡与本发明申请专利范围所作的等效变化、均等实施或修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (12)

1.一种穿戴式动作感知装置，其特征在于，包含：
一衣着本体，其是用于穿戴于一使用者上时，披附于该使用者的至少一关节部位上，该衣着本体因该关节部位运动而受到挤压并产生皱折；
一信号接收与运算元件，以及
一由导电织物所形成的导电线路，其两端是分别电性连接至该信号接收与运算元件，借以构成一电路回路，且该信号接收与运算元件及该导电线路皆是设置于衣着本体上，其中该导电织物包括一织物本体及一导电涂料层，该导电涂料层是自该织物本体的一侧嵌合于该织物本体中，
其中，该导电线路的裸露侧具导电性，且该电路回路是对应于所需量测的关节部位的该衣着本体的部位上被设置，当该衣着本体因该关节部位运动而受到挤压并产生皱折时，该导电线路互相接触，从而使该电路回路变短并具有较低的一电阻及较高的一电流。
2.如权利要求1所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电线路宽度不小于0.5厘米。
3.如权利要求2所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电线路宽度为0.8～5厘米。
4.如权利要求1所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电线路的线电阻值为不高于1×106欧姆。
5.如权利要求4所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电线路的线电阻值为1～1×105欧姆。
6.如权利要求1所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，其中该导电涂料层包含一疏水性粘结剂及多个导电粒子分布于其中，其中，该导电涂料层平贴于该织物本体上，且该导电涂料层的厚度不大于该织物本体的厚度。
7.如权利要求1所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电涂料层是完全没入并嵌合于该织物本体内，且该导电涂料层的一侧是与该织物本体的一侧切齐。
8.如权利要求1所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电涂料层有部分厚度凸设于该织物本体的表面。
9.如权利要求1所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该织物本体为一平织织物。
10.如权利要求6所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该疏水性粘结剂是选自聚氨酯、硅氧烷树酯、聚对苯二甲酸乙二酯及聚丙烯酸酯所组成的族群至少其中之一。
11.如权利要求6所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该多个导电粒子为金属导电粒子或非金属导电粒子。
12.如权利要求6所述的穿戴式动作感知装置，其特征在于，该导电涂料层中多个导电粒子所占的比例为20～70wt％。
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