CN108621646A - 一种纠正握笔姿势的智能签字笔 - Google Patents

一种纠正握笔姿势的智能签字笔 Download PDF

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刘震东
杨建奎
裘烨
梁利华
刘爱萍
彭翔
王有岩
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Abstract

本发明基于一种纠正握笔姿势的智能签字笔，将传感器布置在签字笔握笔处，当手指握住签字笔时，传感器将随着手指压力而产生变形。传感器的变形使得传感器自身电阻发生变化，由于电阻的变化使传感器产生一组电信号。获取电信号之后将其转换为数字信号，然后对比数据库中正确握笔姿势数据来确定动作是否达标。如果数据对比成功，则为正确的握笔姿势，反之，则握笔姿势不正确。本发明不仅有较强的创新性，而且结构简单，易于携带和操作更重要的是本发明的成本较低，易于大批量，因此拥有较好的市场前景。

Description

一种纠正握笔姿势的智能签字笔
技术领域
本发明涉及传感器、信号处理技术、动作反馈技术、无线传感网络、物联网等领域。尤其涉及到了一种基于金字塔式互锁结构的压阻传感器的智能签字笔，属于智能控制领域。
背景技术
在日常生活中一大部分人的书写字体是较为难看的，其字体难看的根本原因就是因为握笔姿势的不标准。众所周知，书写握笔姿势的好与坏直接影响一个人书写字体的好坏。因此拥有一个良好的握笔姿势是写出一手好字的前提。根据观察可知，人们在握笔时，将对笔的不同部位产生不同的压力。而正确的握笔姿势和错误的握笔姿势最大不同之处在于握笔时产生的压力以及握笔的部位。而本发明是通过监测握笔时手指与笔之间的压力以及压力产生部位来确定握笔姿势的正确与否，准确并且直观。本发明通过金字塔式互锁结构的柔性压阻传感器来监测手指握笔压力和握笔部位，从而反馈给用户的握笔姿势指导并且提醒用户如何正确握笔。
由于本发明所用传感器的特殊结构(金字塔式互锁结构)，本传感器的灵敏性要高于市面上大部分传感器。通过本传感器监测握笔压力以及部位，可以准确的分析出握笔姿势。从而给出正确的握笔姿势建议。
发明内容
本发明的目的是改善国民书写字体，弘扬中国传统文化，而提供一种可以规范握笔姿势的智能签字笔。从而使用户在书写过程中改善握笔姿势，写出一手好字。
为到达到上述功能，本发明是通过以下技术方案实现的：一种可以纠正握笔姿势的智能签字笔，包括握笔状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池。
握笔状态信号采集单元用于采集握笔状态信号，采用一柔性压阻传感器，所述种柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS表面的rGO层构成，该膜组件正面具有金字塔阵列；两个膜组件正面相对，其表面的金字塔阵列相互嵌合；当使用者作握笔时，传感器由于使用者的握笔动作而发生形变，继而产生一系列的电信号。
信号转换单元，包括一个微型模数转换器，其功能是将所述传感器采集的电信号转换为数字信号。
数据处理单元是将采集到的信号与存储在数据处理单元中规范握笔姿势的信号做对比；
所述蓝牙发送模块主要是将数据处理结果发送到手机APP中。
所述纽扣电池主要是为产品提供稳定持续的电源。
进一步地，传感器的信号输出是通过两个铜电极实现的，铜电极通过银胶粘贴于rGO层，两个铜电极关于膜组件中心对称。
进一步地，两个膜组件封装在PDMS内。
进一步地，所述膜组件通过以下布置制备得到：
(1)将正庚烷，乙酸乙酯，十八烷基三甲氧基硅氧烷按照体积比1000:50:20配置成溶液，将硅模板浸泡在该溶液中两小时，进行疏水处理。所述硅模板正面带有金字塔阵列结构；
(2)将PDMS与交联剂按质量比10:1比例混合均匀后，反复真空除气泡，旋涂在疏水处理后的硅模板表面。将涂有PDMS的硅模板放在鼓风干燥机中，60℃加热2小时。固化后，与硅模板水中剥离。
(3)对表面具有金字塔微结构的PDMS表面进行氧等离子处理，增加其表面亲水性。
(4)将具有金字塔微结构的PDMS反复涂抹rGO溶液。待溶液干燥后即可进行组装，以获得柔性压阻传感器。
进一步地，所述rGO溶液的浓度为1mg/ml。
进一步地，所述rGO层的厚度大约在500μm左右。
进一步地，存储在数据处理单元中规范握笔姿势的信号通过以下方法获得：采集标准握笔姿势的数字信号范围，再将其存储在数据库中。
进一步地，所述信号转换单元和数据处理单元可单片集成。
进一步地，所述电源为纽扣电池，为设备提供稳定持续的电源。
本发明方法的优点在于：通过监测握笔时产生的压力分布状况来分析握笔姿势是否正确的这种监测方法是从握笔动作的根源上去分析握笔的正确性。因此，可以最直观、最准确的反映出握笔姿势的正确性。基于上述特点，该方法不仅简单而且直观有效，适用于各种年龄段和各种人群，也为日后产品的推广提供了有利条件。
本发明仪器的优点在于：仪器所用传感器为原创发明的传感器，由于其结构的特殊性(金字塔式互锁结构)具有非常高的灵敏性。因此保证了仪器纠正握笔姿势的准确度和灵敏度。基于仪器的高灵敏度和高准确度，该仪器可以有效的保证用户握笔姿势的正确性。由于最终的分析结果是通过手机APP展示，因此可以将结果和建议等信息清晰明了的传递给用户。本发明不仅体积小方便携带，而且操作简单，而且仪器生产制造简单成本较低，易形成产业化，更重要的是本发明潜在用户基数大前景非常广阔。
附图说明
图1是传感器微结构图。
图2是将本发明模拟外观效果图。
图3是本发明系统的流程框图。
图4是金字塔微结构电阻分析示意图；
图5是金字塔微结构电阻分析示意图。
图6为本发明灵敏度测试图。
具体实施方式
本发明提供一种纠正握笔姿势的智能签字笔，包括握笔姿势状态信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池。
握笔姿势信号采集单元用于采集握笔姿势信号，采用一柔性压阻传感器，如图1所示，所述种柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS表面的rGO层构成，该膜组件正面具有金字塔阵列；两个膜组件正面相对，其表面的金字塔阵列相互嵌合；当使用者握笔时，传感器由于使用者的握笔姿势而发生形变，继而产生一系列的电信号。该柔性压阻传感器中，上层rGo层电阻为R1,，下层rGO电阻层为R2，两者之间由金字塔微结构相互接触而导通的电路电阻为R3。由于中间导电通路是由金字塔塔尖接触而导通的，因此即使受到非常微小的力，也会改变金字塔塔尖所形成的导电通路。其具体过程如下，由于传感器受力而导致塔尖与相对rGO层相互接触的形状改变，塔尖形状改变导致导电通路的面积改变，继而改变R3电阻。这就是传感器高灵敏度的具体原理。而不同弯曲角度，不同按压力度都会形成不同的电阻变化，且具有较高的灵敏度，这就给传感器具体应用提供了可行性。具体如下：
传感器的总电阻为：
R＝R1+R2+R3 (1)
式中R为传感器的总电阻，其中R1为上层rGO电阻，R2为接触面的电阻，R3为金字塔微结构电阻。详细示意如图4所示。
根据电阻定律将公式(1)改写为：
其中ρ2是接触面的电阻率，L2为接触面的长度，A2为接触面面积，ρ3为金字塔微结构表面电阻率，L3为金字塔微结构长度，D3为金字塔微结构表面涂层厚度，W3为金字塔微结构周长。详细示意如图5所示。
将公式(2)改写成：
传感器的电阻改变公式为：
R-R0＝ΔR (4)
其中R0为初始电阻，R为变形后电阻，ΔR为改变的电阻值。
因为
所以将公式(4)改写成：
将公式(5)化简得：
由公式(5)可见电阻值改变的量与接触面积，涂层厚度和金字塔微结构周长的改变量有关，而金字塔微结构的接触面积，涂层厚度和金字塔微结构周长可以成倍的改变，这也就解释了该传感器灵敏高的根本原因。
信号转换单元，包括一个微型模数转换器，其功能是将所述传感器采集的电信号转换为数字信号。
数据处理单元是将采集到的信号与存储在数据处理单元中规范握笔姿势的信号做对比；
所述蓝牙发送模块主要是将数据处理结果发送到手机APP中。
所述纽扣电池主要是为产品提供稳定持续的电源。
传感器的信号输出是通过两个铜电极实现的，铜电极通过银胶粘贴于rGO层，两个铜电极关于膜组件中心对称，有利于提高电信号的准确性
根据权利要求1所述的柔性压阻传感器，其特征在于，两个膜组件封装在PDMS内，保证两个膜组件紧密贴合，且避免rGO长期暴露空气中。
所述握笔姿势监测方法，包括以下步骤：
(1)将所述握笔姿势信号采集单元贴在签字笔上，并将传感器布置成不同阵列，然后采集握笔时产生的信号。
(2)将信号传输到所述信号转换单元，将电信号转换为数字信号。
(3)将数字信号传输到数据处理单元中，对数据进行处理，分析和配对。
(4)将分析和配对结果通过蓝牙模块发送到手机APP中。
所述膜组件通过以下步骤制备得到：
(1)将正庚烷，乙酸乙酯，十八烷基三甲氧基硅氧烷按照体积比1000:50:20配置成溶液，将硅模板浸泡在该溶液中两小时，进行疏水处理。所述硅模板正面带有金字塔阵列结构；
(2)将PDMS与交联剂按质量比10:1比例混合均匀后，反复真空除气泡，旋涂在疏水处理后的硅模板表面。将涂有PDMS的硅模板放在鼓风干燥机中，60℃加热2小时。固化后，与硅模板水中剥离。
(3)对表面具有金字塔微结构的PDMS表面进行氧等离子处理，增加其表面亲水性。
(4)将具有金字塔微结构的PDMS反复涂抹rGO溶液。待溶液干燥后即可进行组装，以获得柔性压阻传感器。
作为优选的技术方案，所述rGO溶液的浓度为1mg/ml。所述rGO层的厚度大约500μm，有利于提高传感器的精度和灵敏度。
存储在数据处理单元中规范握笔姿势的信号通过以下方法获得：采集标准握笔姿势的数字信号范围，再将其存储在数据库中。所述信号转换单元和数据处理单元可单片集成。所述电源可采用纽扣电池，为设备提供稳定持续的电源。

Claims (8)

1.一种纠正握笔姿势的智能签字笔，其特征在于：包括信号采集单元，信号转换单元，数据处理单元，蓝牙发送模块，手机APP，纽扣电池。
信号采集单元用于采集握笔姿势信号，采用一柔性压阻传感器，所述种柔性压阻传感器包括两个膜组件，所述膜组件由PDMS和涂覆在PDMS表面的rGO层构成，该膜组件正面具有金字塔阵列；两个膜组件正面相对，其表面的金字塔阵列相互嵌合；当使用者做握笔时，传感器由于使用者的握笔压力而发生形变，继而产生一系列的电信号。
信号转换单元，包括一个微型模数转换器，其功能是将所述传感器采集的电信号转换为数字信号。
数据处理单元是将采集到的信号与存储在数据处理单元中规范握笔姿势的信号做对比；
所述蓝牙发送模块主要是将数据处理结果发送到手机APP中。
所述纽扣电池主要是为产品提供稳定持续的电源。
2.根据权利要求1所述的智能签字笔，其特征在于，传感器的信号输出是通过两个铜电极实现的，铜电极通过银胶粘贴于rGO层，两个铜电极关于膜组件中心对称。
3.根据权利要求1所述的智能签字笔，其特征在于，两个膜组件封装在PDMS内。
4.根据权利要求1所述的智能签字笔，其特征在于，所述膜组件通过以下步骤制备得到：
(1)将正庚烷，乙酸乙酯，十八烷基三甲氧基硅氧烷按照体积比1000:50:20配置成溶液，将硅模板浸泡在该溶液中两小时，进行疏水处理。所述硅模板正面带有金字塔阵列结构；
(2)将PDMS与交联剂按质量比10:1比例混合均匀后，反复真空除气泡，旋涂在疏水处理后的硅模板表面。将涂有PDMS的硅模板放在鼓风干燥机中，60℃加热2小时。固化后，与硅模板水中剥离。
(3)对表面具有金字塔微结构的PDMS表面进行氧等离子处理，增加其表面亲水性。
(4)将具有金字塔微结构的PDMS反复涂抹rGO溶液。待溶液干燥后即可进行组装，以获得柔性压阻传感器。
5.根据权利要求4所述的智能签字笔，其特征在于，所述rGO溶液的浓度为1mg/ml。
6.根据权利要求1所述的智能签字笔，其特征在于，所述rGO层的厚度大约在500μm左右。
7.根据权利要求1所述的智能签字笔，其特征在于，存储在数据处理单元中标准握笔姿势的信号通过以下方法获得：采集标准握笔姿势的数字信号范围，再将其存储在数据库中。
8.根据权利要求1所述的智能签字笔，其特征在于，所述信号转换单元和数据处理单元可单片集成。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204622917U (zh) * 2015-05-12 2015-09-09 冯馨苇 可调节握笔姿势的笔具
CN105922793A (zh) * 2016-05-19 2016-09-07 深圳职业技术学院 一种握笔姿势纠正装置及智能笔
CN106037731A (zh) * 2016-07-06 2016-10-26 湖南天羿领航科技有限公司 用于提高训练效果的智能服装及其方法
CN106197774A (zh) * 2016-07-20 2016-12-07 上海交通大学 柔性压阻式触觉传感器阵列及其制备方法
CN106430160A (zh) * 2016-09-09 2017-02-22 浙江理工大学 双层还原氧化石墨烯薄膜柔性应变传感器的制备方法
CN106648050A (zh) * 2016-09-20 2017-05-10 浙江理工大学 基于柔性电子皮肤的多媒体电脑手势控制系统及控制方法
CN106618516A (zh) * 2016-09-09 2017-05-10 浙江理工大学 一种心尖搏动传感器
CN106768520A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 中国科学院深圳先进技术研究院 压力传感器及其制备方法
CN106813811A (zh) * 2017-01-20 2017-06-09 南京大学 一种高灵敏度电容型柔性压力传感器
CN206451128U (zh) * 2016-12-21 2017-08-29 北京灵铱科技有限公司 一种陀螺仪检测自动校正握笔姿势的儿童笔帽
CN206568765U (zh) * 2017-02-13 2017-10-20 浙江工贸职业技术学院 一种具有纠正握笔姿势功能的笔
CN107495953A (zh) * 2017-08-31 2017-12-22 浙江理工大学 一种可穿戴式人体健康检测柔性传感器
CN107677296A (zh) * 2017-09-25 2018-02-09 合肥工业大学 一种全柔性接近‑触压觉传感器
CN107678536A (zh) * 2017-08-31 2018-02-09 浙江理工大学 一种可穿戴式的智能家居手势控制系统

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204622917U (zh) * 2015-05-12 2015-09-09 冯馨苇 可调节握笔姿势的笔具
CN105922793A (zh) * 2016-05-19 2016-09-07 深圳职业技术学院 一种握笔姿势纠正装置及智能笔
CN106037731A (zh) * 2016-07-06 2016-10-26 湖南天羿领航科技有限公司 用于提高训练效果的智能服装及其方法
CN106197774A (zh) * 2016-07-20 2016-12-07 上海交通大学 柔性压阻式触觉传感器阵列及其制备方法
CN106618516A (zh) * 2016-09-09 2017-05-10 浙江理工大学 一种心尖搏动传感器
CN106430160A (zh) * 2016-09-09 2017-02-22 浙江理工大学 双层还原氧化石墨烯薄膜柔性应变传感器的制备方法
CN106648050A (zh) * 2016-09-20 2017-05-10 浙江理工大学 基于柔性电子皮肤的多媒体电脑手势控制系统及控制方法
CN206451128U (zh) * 2016-12-21 2017-08-29 北京灵铱科技有限公司 一种陀螺仪检测自动校正握笔姿势的儿童笔帽
CN106768520A (zh) * 2016-12-28 2017-05-31 中国科学院深圳先进技术研究院 压力传感器及其制备方法
CN106813811A (zh) * 2017-01-20 2017-06-09 南京大学 一种高灵敏度电容型柔性压力传感器
CN206568765U (zh) * 2017-02-13 2017-10-20 浙江工贸职业技术学院 一种具有纠正握笔姿势功能的笔
CN107495953A (zh) * 2017-08-31 2017-12-22 浙江理工大学 一种可穿戴式人体健康检测柔性传感器
CN107678536A (zh) * 2017-08-31 2018-02-09 浙江理工大学 一种可穿戴式的智能家居手势控制系统
CN107677296A (zh) * 2017-09-25 2018-02-09 合肥工业大学 一种全柔性接近‑触压觉传感器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张会明: "基于石墨烯的触觉传感器及三维力解耦研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》 *
胡圣飞等: "聚合物基柔性导电应力应变复合材料的研究进展", 《高分子材料科学与工程》 *

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