CN107850935A - 可穿戴设备及利用该设备输入数据的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括：传感器阵列，包括各检测对相应身体区域的表皮的物理变化的多个传感器；及身体移动判定部，基于从上述多个传感器接收的检测信号判定身体部位的移动。

Description

可穿戴设备及利用该设备输入数据的方法
技术领域
本发明涉及一种可穿戴设备及其利用该设备的信息输入方法，尤其涉及一种识别穿戴设备的使用者的手势并基于所识别的手势输入信息的信息输入设备及利用该设备的信息输入方法。
背景技术
随着计算机环境变成普适计算环境，开发出各种信息输入设备。这种信息输入设备的技术变化从键盘携带型进化为利用身体的一部分的输入设备。
韩国注册专利第10-0634494号公开可穿戴的信息输入设备、信息处理设备及信息输入方法。上述输入设备检测随着手指的弯曲变化的手指之间的距离并根据检测到的距离选择信息输入项目。
韩国注册专利第10-1130150号公开输入设备、信息处理设备及输入设备控制方法。上述输入设备利用根据对传感器部表面的加压或接触变化的检测数据值检测加压等，进行定位并生成由此而来的控制信号。
发明内容
发明要解决的问题
本发明一实施例的目的在于提供一种通过检测身体区域表皮的物理变化识别身体部位的移动并基于此输入信息的设备。
本发明一实施例的目的在于提供一种通过检测由手腕的肌肉变化产生的手腕表皮的物理变化，识别手指及手腕的移动的信息输入设备。
本发明一实施例的目的在于提供一种基于识别到的身体部位的移动控制外部设备的信息输入方法。
解决问题的方案
在实施例中，一种可穿戴设备，可包括：传感器阵列，包括各检测对相应身体区域的表皮的物理变化的多个传感器；及身体移动判定部，基于从上述多个传感器接收的检测信号判定身体部位的移动。
在一实施例中，上述多个传感器的密集度可与位于上述相应身体区域的表皮下的肌肉的密集度成正比。
在一实施例中，还可包括将上述多个传感器的已定义的检测信号模式和上述身体部位的移动关联起来进行保存的身体移动模式保存部。
在一实施例中，上述身体移动判定部可通过比较对上述所接收的检测信号的信息和保存于上述身体移动模式保存部的检测信号模式检查相似度，并基于上述相似度判定上述身体部位的移动。
在一实施例中，还可包括通过通信网将对上述所判定的身体部位的移动的信息传送至外部设备的身体移动传送部。
在一实施例中，上述传感器阵列可检测上述相应身体区域的表皮的变形度(Strain)。
在一实施例中，上述传感器阵列可位于手腕并检测由包括拇长屈肌及指深屈肌在内的肌肉的变化产生的手腕表皮的物理变化。
在一实施例中，还可包括设置在位于上述相应身体区域的表皮下的肌肉密集度小于特定标准以下的表皮附近，并检测由上述身体部位的移动产生的角速度及加速度的惯性传感器。
在一实施例中，上述身体移动判定部可基于从上述多个传感器接收的检测信号和上述惯性传感器测得的角速度及加速度判定上述身体部位的移动。
在实施例中，一种信息输入方法，可包括：在包括多个传感器的传感器阵列各检测相应身体区域的表皮的物理变化的步骤；及在身体移动判定部基于从上述多个传感器接收的检测信号判定身体部位的移动的步骤。
在一实施例中，还可包括在身体移动传送部传送对上述所判定的身体部位的移动的信息的步骤。
在一实施例中，上述传送对所判定的身体部位的移动的信息的步骤，可包括：通过通信网确认所连接的物联网(Internet of Things)设备的步骤；及向所连接的物联网设备传送对所判定的身体部位的移动的信息，以控制相应设备的步骤。
发明效果
本发明一实施例的可穿戴设备可通过检测身体区域表皮的物理变化识别身体部位。
本发明一实施例的可穿戴设备可通过检测由手腕的肌肉变化产生的手腕表皮的物理变化，识别手指及手腕的移动并基于此输入信息。
本发明一实施例的可穿戴设备可基于识别到的身体部位的移动控制外部设备。
附图说明
图1为本发明一实施例的可穿戴设备的示例图；
图2为图1中的可穿戴设备的结构框图；
图3为图2中的传感器阵列的示例图；
图4为图3中的传感器阵列所包括的传感器示例图；
图5为手指和手腕的肌肉的示例图；
图6为利用图1中的可穿戴设备检测对表皮的物理变化的过程示例图；
图7为本发明另一实施例的可穿戴设备的示例图；
图8为利用本发明一实施例的可穿戴设备的信息输入方法顺序图。
具体实施方式
关于所公开的技术内容只不过是用来说明结构或功能的实施例，因此所公开的技术的权利范围不应受本文所描述的实施例的限制。即实施例可进行各种变形，具有各种形式，因此，所公开的技术的权利范围应包括可实现技术思想的均等物。本发明的特定实施例不是需包括全部上述目的活性效果或只包括如下效果，因此，所公开的技术的权利范围不受此限制。
另外，用于本本发明的术语需按如下方式理解。
“第一”、“第二”等术语用于从一个构成要素区分另一构成要素，但权利要求范围不受上述术语的限制。例如，第一构成要素可以命名为第二构成要素，而与此相似，第二构成要素也可以命名为第一构成要素。
一个结构“连接”或“接入”另一个结构是指直接连接或接入另一个结构或通过其他结构连接或接入。与此相反，一个结构与另一个结构“直接连接”是指中间不存在其他结构。说明结构之间关系的其他描述，例如“……之间”和“就在……之间”或“相邻于……”和“相接于……”等也是同样的意思。
在语境中没有明显的区别，则单数的记载包含复数的含义，“包括”或“拥有”等术语表示存在说明书上记载的特征、数字、步骤、动作、结构、部件或它们的组合，而非预先排除一个或以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构、部件或它们的组合的存在或附加可能性。
在各步骤中，识别符号(例如，a、b、c等)是为说明的便利所使用的，识别符号不是说明各步骤的顺序，除非在文脉上明确记载特定顺序，各步骤也可按以所记载的顺序不同的顺序实施。即，各步骤可按所记载的顺序实施，也可实际上同时实施，还可按相反的顺序实施。
本发明可在计算机可读的记录媒介上以计算机可读的编码实现，而计算机可读的记录媒介包括保存可由计算机系统读取的数据的所有种类的记录装置。计算机可读的记录媒介，例如有ROM、RAM、CD-ROM、磁盘、软盘、光数据存储装置等，而还包括以载波(例如，通过互联网传送)的形式实现的记录媒介。另外，计算机可读的记录媒介可分布于通过网络连接的计算机系统并以分布方式保存并执行计算机可读的编码。
除非有特别的说明，包括技术或科学术语在内的在此使用的所有术语的意思与本实用新型所属技术领域的技术人员通常所理解的意思一样。一般使用的与词典中定义的术语相同的术语具有与相关技术的语境中的意思相同的含义，除非有明确的定义，在本申请中不具有理想的或过度的含义。
图1为本发明一实施例的可穿戴设备的示例图。
如图1所示，使用者可通过在身体区域110穿戴可穿戴设备120输入信息。例如，图1的可穿戴设备120可利用柔性(flexible)传感器阵列，以手环或手链形式穿戴于手腕，并通过手的移动输入信息。
即使用者在手腕上穿戴可穿戴设备120之后，通过移动穿戴可穿戴设备120的手输入所希望的信息。可穿戴设备120可通过检测对根据使用者的身体部位的移动的该身体区域的表皮的物理变化，并基于此判定身体部位的移动以输入使用者所希望的信息。
在图1中图示了使用者在手腕上穿戴可穿戴设备的示例，但本发明还可用作穿戴或附着于除手腕之外的其他身体部位的可穿戴设备。此时，改变可穿戴设备的形式以更简便地穿戴或附着于相应的身体部位。
图2为图1中的可穿戴设备的结构框图。
如图2所示，可穿戴设备120包括传感器阵列210、身体移动判定部220、身体移动模式保存部230、身体移动传送部240及控制部250。
传感器阵列210检测对与多个传感器接触的身体区域的表皮(epidermis)的物理变化。传感器阵列210将表皮的物理变化变换为电信号输出，且位于与身体区域相对的方向以容易检测表皮的物理变化。在一实施例中，传感器阵列210由以不均匀的密集度排列的多个传感器构成并检测表皮的变形度(Strain)。在一实施例中，多个传感器的密集度可与位于相应身体区域的表皮下的肌肉的密集度成正比。例如，在肌肉密集的身体区域的表皮下密集有多个传感器，而在肌肉不密集的身体区域的表皮下不密集有多个传感器。
在一实施例中，传感器阵列210可由柔性触角传感器阵列(array)构成并检测表皮的变形度(Strain)。
身体移动模式保存部230将传感器阵列210的多个传感器的已定义的检测信号模式和身体部位的移动关联起来进行保存。检测信号模式和对与之对应的身体部位的移动的信息可由开发者预先定义并保存于身体移动模式保存部230。相应的信息定义的越多，可穿戴设备120越能识别各种移动并基于此输入各种信息。
身体移动判定部220基于从传感器阵列210的多个传感器接收的检测信号判定身体部位的移动。在一实施例中，身体移动判定部220通过比较传感器阵列210检测到的检测信号和保存于身体移动模式保存部210的检测信号模式检索匹配的模式。在一实施例中，身体移动判定部220可通过比较从多个传感器接收的检测信号和检测信号模式检测相似度。在此，相似度可以表示接收的检测信号和预定义的检测信号模式有多相似，即表示接收的检测信号是否在预设的误差范围之内与特定检测信号模式相匹配。
在一实施例中，身体移动判定部220检索在预设的误差范围之内与接收的检测信号相匹配的模式。当比较结果表明存在相匹配的模式，则身体移动判定部220将对应于相匹配的模式的身体部位的移动识别为使用者的移动，而当不存在相匹配的模式，则身体移动判定部220舍弃传感器阵列210检测的检测信息并重新等待。
身体移动传送部240通过通信网将对由身体移动判定部220判定的身体部位的移动的信息传送至外部设备。例如，身体移动传送部240可向通过通信网与可穿戴设备120连接的外部设备传送信息。可穿戴设备120可由此控制外部设备或向外部设备输入信息。
在一实施例中，可穿戴设备120可包括电源部。电源部可供应可穿戴设备120的运行所需的电源。例如，电源部可以是电池，可使用更换型或充电型。在充电型的情况下，电源部可通过有线充电装置或无线充电装置进行充电。
控制部250控制传感器阵列210、身体移动判定部220、身体移动模式保存部230、身体移动传送部240的运行及数据的流动。
图3为图2中的传感器阵列的示例图。
如图3的(a)所示，传感器阵列210包括多个传感器310，而多个传感器310由第一传感器311、第二传感器312、第三传感器313、第四传感器314、第五传感器315及第六传感器316构成并检测对所接触的身体区域的表皮物理变化。
在一实施例中，如图3的(b)所示，当传感器阵列210戴在手腕且传感器阵列210的中央线32部分位于手腕下端时，多个传感器310基于位于手腕的肌肉的密集度排列成使多个传感器310之间的距离为a、b、c及d的形式。具体而言，位于手腕的肌肉密集于手腕下端，而手腕上端相对于手腕下端没有那么多的肌肉密集，因此，可以a<b<c<d的距离排列多个传感器310。即手腕下端的多个传感器310的密集度高于手腕上端的多个传感器310的密集度。而且，多个传感器310可根据接触对象部位的种类或存在于接触对象部位的肌肉的位置，以可更有效地检测对身体区域的表皮的物理变化的形式排列使用。
如图3的(a)的传感器阵列210的多个传感器310可各检测对所接触的相应身体区域的表皮的表皮的变形度(Strain)。例如，在如图1所示的可穿戴设备120的情况下，传感器阵列210可检测由手腕肌肉的变化产生的手腕部位的细微的表皮变形度。
例如，若结合如图5所示的手指和手腕肌肉进行说明，则人们通过移动贯通手腕的包括拇长屈肌及指深屈肌移动手(例如，手指及/或手腕)。即根据拇长屈肌及指深屈肌的移动改变手的移动，而根据拇长屈肌及指深屈肌的移动，位于相应肌肉的手腕的表皮发生变化。图5的(a)为表示手指和手腕肌肉的示意图，而(b)表示拇长屈肌，(c)表示指深屈肌。
当传感器阵列210位于手腕时，传感器阵列210检测根据拇长屈肌及指深屈肌的移动的表皮的变形度并将其变换为电信号，而身体移动判定部220将传感器阵列210接收的检测信号与保存于身体移动模式保存部230的检测信号模式进行比较。当存在相匹配的模式时，身体移动判定部220可将对应于相匹配的模式的移动识别为使用者的手的移动。
在一实施例中，身体移动模式保存部230基于多个传感器310各自检测的检测信号保存预定义的检测信号模式。具体而言，根据是否检测到对第一传感器311、第二传感器312、第三传感器313、第四传感器314、第五传感器315及第六传感器316各接触的相应身体区域的表皮的物理变化与否及当检测到物理变化，则根据表皮的变形度有多少定义检测信号模式。例如，若参考[表1]，则对应于{(第一传感器，yes)，(第二传感器，yes)，(第三传感器，no)，(第四传感器，no)，(第五传感器，no)，(第六传感器，yes)}的检测信号模式与握拳相关的移动进行关联进行保存，而当从传感器阵列210的多个触感器310接收的检测信号属于{(第一传感器，yes)，(第二传感器，yes)，(第三传感器，no)，(第四传感器，no)，(第五传感器，no)，(第六传感器，yes)}时，可识别为使用可穿戴设备120的使用者进行了握拳的移动。
[表1]
图4为图3中的传感器阵列所包括的传感器示例图。
包括在传感器阵列210的多个传感器310可各有图4的(a)或(b)构成。
如图4的(a)所示，各多个触感器310由多个触角传感器阵列(arrya)构成并检测所接触的表皮的物理变形。触角传感器为检测接触部位的物理特性变换为电信号的触感器，可使用基于硅的CMOS触角传感器、基于高分子聚合物的触角触感器、基于压力感应材料的触角触感器等。在一实施例中，各多个传感器310可由多个触角传感器以阵列方式设置的柔性PCB(FPCB)基板、层积于设置有触角传感器的FPCB的上部和下部的聚合物(plymer)保护层构成。
在一实施例中，各多个传感器310强触角传感器排列为m×n矩阵，但触角传感器可根据接触对象部位的种类排列成能够有效检测物理变形的形式使用。
如图4的(b)所示，各多个传感器310可构成为柔性触角传感器模块，在此，柔性触角传感器模块可使与触角传感器的电线连接的端子以平面线的形式与触角传感器一同制造。另外，可以柔性扁平电线(Flexible Flat Cable，FFC)的形式实现具备信号处理连接部的柔性触角传感器模块。
在一实施例中，柔性触角传感器模块包括应变计420、绝缘膜411及412、第一电线460、第二电线430、第一开口451、第二开口452及支撑部450。具体而言，柔性触角传感器模块，可包括应变计420、围绕应变计420的绝缘膜411及412、连接于应变计420一端并形成于绝缘膜411及412内部及表面的第一电线460、连接于应变计420另一端并形成于绝缘膜411及412内部及表面的第二电线430、形成有可使应变计420的一部分浮起的第一开口451及露出第二电线430的第二开口452并形成于绝缘膜411及412下部的支撑部450。
在一实施例中，绝缘膜411及412分离成第一绝缘层411及第二绝缘层412，在第一绝缘层411及第二绝缘层412之间连接有应变计420的一端以排列于第一绝缘层411及第二绝缘层412之间，而第二电线430在第二绝缘层412内部连接于应变计420的另一端并沿第一绝缘层411表面排列。
在一实施例中，在第二开口452内部还可形成电镀于第一及第二电线460及430的镀金层。
在一实施例中，绝缘膜411及412可由柔性(Flexible)聚合物构成。
在一实施例中，包括有图4的(a)或(b)构成的多个传感器310的传感器阵列210，可通过排列成阵列的多个传感器310检测接触部位表皮的变形度(Strain)，具体而言，通过包括排列成阵列的多个触角传感器的各多个传感器310检测接触部位表皮的变形度(Strain)。例如，在如图1所示的可穿戴设备120的情况下，传感器阵列210可检测由手腕肌肉的变化产生的手腕部位的细微的表皮变形度。
图6为利用图1中的可穿戴设备检测对表皮的物理变化的过程示例图。
如图6所示，利用可穿戴设备120检测手指及手腕的移动前后的手腕表皮的变形度并可将其输出为信号。图6以利用手指抓取的移动、扭动手腕的移动、张开手指的移动及上下移动手腕的移动为例进行了图示，但可穿戴设备120可检测根据各种移动的手腕表皮的变形度，并基于检测到的变形度识别手(手指及手腕中的一种)的移动。
例如，如图6所示，根据手指及手腕中的一种的移动的种类，从戴在手腕上的传感器阵列210的多个传感器310接收的检测信号的前后相互不同，因此，身体移动判定部220通过将传感器阵列210接收的检测信号与保存于身体移动模式保存部230的检测信号模式进行比较判定使用者的手的移动。
图7为本发明另一实施例的可穿戴设备的示例图。
如图7所示，可穿戴设备120包括惯性传感器710、传感器阵列210、身体移动判定部220、身体移动模式保存部230、身体移动传送部240及控制部720。下面，以与图2的结构存在差异的部分为中心进行说明。
惯性传感器710检测由身体部位的移动产生的角速度及加速度并输出电信号。在一实施例中，惯性传感器710可包括在可穿戴设备120或可具备于使用者穿戴或拥有的外部的其他设备。
在一实施例中，当惯性传感器710包括在可穿戴设备120时，可设置在位于相应身体区域的表皮下的肌肉密集度小于特定标准以下的表皮附近。
传感器阵列210检测所接触的身体部位的表皮(epidermis)的物理变化并将物理变化变换为电信号进行输出。
身体移动模式保存部230保存对预定义的物理变化及惯性模式和与对应于相应模式的身体的移动的信息。
身体移动判定部220将惯性传感器710输出的电信号(角速度及加速度信息)和传感器阵列210输出的表皮的物理变化信号与保存于身体移动模式保存部230的物理变化及惯性模式进行比较，以检索相匹配的模式。在一实施例中，身体移动判定部220检索在预设的误差范围之内相匹配的模式，当存在相匹配的模式时，身体移动判定部220强对应于相匹配的模式的身体移动识别为使用者的移动。
例如，当使用者戴上可穿戴设备120进行抓取(grab)对象的移动时，身体移动判定部220基于对从传感器阵列210接收的相应身体区域表皮的物理变化的检测信号识别抓取(grab)移动，并基于惯性传感器710输出的电信号识别拉的移动及拉的方向。
可穿戴设备120通过身体移动传送部240将识别结果信息传送给外部设备，以控制外部设备或输入信息。例如，当可穿戴设备120与机械臂(外部设备)连接并识别了抓取拉动(grab and pull)的移动时，将识别信息传送给机械臂以进行使机械臂抓取拉动实际物体的移动。另外，当可穿戴设备120与计算机(外部设备)连接并识别了抓取拉动的移动时，将识别信息传送给计算机移动画面或输入消除特性信息的命令。
控制部720控制惯性传感器710、传感器阵列210、身体移动判定部220、身体移动模式保存部230、身体移动传送部240的运行及数据的流动。
图8为利用本发明一实施例的可穿戴设备的信息输入方法顺序图。
如图8所示，传感器阵列210检测对所接触的相应身体区域的表皮的物理变化(S810步骤)。例如，传感器阵列210由多个传感器310或触角传感器阵列构成并检测所接触的身体区域表皮的变形度(Strain)。在戴在手腕上的可穿戴设备120的情况下，传感器阵列210可检测由手腕肌肉的变化产生的手腕表皮的物理变化。
传感器阵列210将多个传感器310检测到的物理变化变换为检测信号并传送给身体移动判定部220(S820步骤)。
身体移动判定部220将从传感器阵列210接收的检测信号与保存于身体移动模式保存部230的预定义的检测信号模式进行比较以匹配(S830步骤)。当存在相匹配的模式时，身体移动判定部220强对应于相匹配的模式的身体部位移动识别为使用者的移动(S840步骤)。
在一实施例中，本发明的信息输入方法还可包括通过惯性传感器710测得由身体区域的移动产生的角速度及加速度的步骤。此时，身体移动判定部220可基于通过传感器阵列210测得的表皮的物理变化信息和通过惯性传感器测得的角速度及加速度识别使用者的移动。
身体移动传送部240通过有线或无线通信网将身体移动判定部220识别的对身体部位的移动的信息传送给外部设备(S850步骤)。例如，身体移动传送部240可通过蓝牙(Bluetooth)、UWB(Ultra Wide Band)等近距离无线通信网向外部设备传送关于移动的信息。
在一实施例中，当使用者通过可穿戴设备控制物联网(IoT，Internet of Things)设备时，身体移动传送部240可通过无线通信网确认与可穿戴信息输入设备连接的IoT设备并向所连接的IoT设备传送关于移动的信息。
上述实施例仅用以说明本发明而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、变形或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
工业实用性
本发明涉及一种识别穿戴设备的使用者的手势并基于所识别的手势输入信息的信息输入设备及利用该设备的信息输入方法，具有工业实用性。

Claims (13)

1.一种可穿戴设备，包括：
传感器阵列，包括各检测对相应身体区域的表皮的物理变化的多个传感器；以及
身体移动判定部，基于从上述多个传感器接收的检测信号判定身体部位的移动。
2.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于：上述多个传感器的密集度与位于上述相应身体区域的表皮下的肌肉的密集度成正比。
3.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于：上述多个传感器的密集度在上述相应身体区域为手腕的情况下，对上述手腕下端部分的密集度大于对上述手腕的上端部分的密集度。
4.根据权利要求1所述的可穿戴设备，该可穿戴设备还包括将上述多个传感器的已定义的检测信号模式和上述身体部位的移动关联起来进行保存的身体移动模式保存部。
5.根据权利要求4所述的可穿戴设备，其特征在于：上述身体移动判定部通过比较对上述所接收的检测信号的信息和保存于上述身体移动模式保存部的检测信号模式检查相似度，并基于上述相似度判定上述身体部位的移动。
6.根据权利要求1所述的可穿戴设备，该可穿戴设备还包括通过通信网将对上述所判定的身体部位的移动的信息传送至外部设备的身体移动传送部。
7.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于：上述传感器阵列检测上述相应身体区域的表皮的变形度。
8.根据权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于：上述传感器阵列位于手腕并检测由包括拇长屈肌及指深屈肌在内的肌肉的变化产生的手腕表皮的物理变化。
9.根据权利要求1所述的可穿戴设备，该可穿戴设备还包括设置在位于上述相应身体区域的表皮下的肌肉密集度小于特定标准以下的表皮附近，并检测由上述身体部位的移动产生的角速度及加速度的惯性传感器。
10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其特征在于：上述身体移动判定部基于从上述多个传感器接收的检测信号和上述惯性传感器测得的角速度及加速度判定上述身体部位的移动。
11.一种信息输入方法，包括：
在包括多个传感器的传感器阵列各检测相应身体区域的表皮的物理变化的步骤；以及
在身体移动判定部基于从上述多个传感器接收的检测信号判定身体部位的移动的步骤。
12.根据权利要求11所述的信息输入方法，该方法还包括在身体移动传送部传送对上述所判定的身体部位的移动的信息的步骤。
13.根据权利要求12所述的信息输入方法，其中上述传送对所判定的身体部位的移动的信息的步骤包括：通过通信网确认所连接的物联网设备的步骤；以及
向所连接的物联网设备传送对所判定的身体部位的移动的信息，以控制相应设备的步骤。
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