CN110139574A - 可穿戴设备及样板纸 - Google Patents

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CN110139574A CN201680091885.8A CN201680091885A CN110139574A CN 110139574 A CN110139574 A CN 110139574A CN 201680091885 A CN201680091885 A CN 201680091885A CN 110139574 A CN110139574 A CN 110139574A
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Abstract

可穿戴设备(100)包括：以在正面(1f)和反面(1b)当中每一面上至少一个的方式设置的传感器(2)；以及对传感器(2)进行控制的单个控制器(4)。布料(1)的正面(1f)和反面(1b)交界处由施加缝合的第一部分(13r，13l，14r，14l)和未施加缝合的第二部分(11r，11l，12r，12l)构成。线路(3)的一部分通过正面(1f)和反面(1b)交界处的所述未施加缝合的第二部分(11r，11l，12r和12l)跨正面(1f)和反面(1b)设置，以使设于正面(1f)和反面(1b)上的传感器(2)与控制器(4)电连接。

Description

可穿戴设备及样板纸
技术领域
本发明涉及一种可穿戴设备和样板纸。
背景技术
近年来，由可伸缩线路和传感器构成的可伸缩电子设备的研发正在逐步推进。举例而言，通过将可伸缩电子设备形成于衣服等物之上，可以将其用作能够获得穿着者动作、脉搏等生物信息的可穿戴设备，从而受到瞩目。
作为此类可伸缩线路的形成方法，已提出的例如有：将导电油墨直接印刷在可伸缩基底材料上的方法(参见专利文献1)；将导电丝缝入或纺入可伸缩基底材料中的方法(参见专利文献2)。
另一方面，在将含传感器、致动器、光源等电子元器件的电路附着于布料上制成的智能服装领域中，最难实现柔顺性的是含有锂电池等电源、模数转换器等器件的微型计算机，以及Bluetooth(注册商标)、Wi-Fi等无线通信模块。因此，在智能服装中，常常使用通过连接器将上述各种器件安装于塑料壳等壳体内而形成的控制器与布料连接的方法。
为了实现此类智能服装的高效生产，在以单个控制器对散布于身体正反两面多个部位上的电子元器件进行控制的情形中，需要使用含有用于连接所述元器件的线路等物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：公开号为2016-130940的日本专利申请
专利文献2：公开号为2008-504856的日本专利申请
发明内容
本发明待解决的问题
在上述智能服装的传统制造过程中，与普通服装类似，正反两面分别使用不同的样板纸。如此，预先经缝合形成三维形状的服装，其正反两面交界处必然需要缝合。因此，当在此类服装上形成电路时，必须通过缝合才能使线路跨越正反两面的交界线，从而有可能造成线路的断开和损坏。此外，若想以线路不跨越正反两面交界线的方式形成电路，必须分别设置用于控制正面电路的控制器和用于控制反面电路的控制器，从而导致成本和重量增大。
另一方面，由于上述原因，即使在将预先在平面布料上形成电路的印刷电路布(Printed Circuit Fabric)缝制成服装形式时，同样可能存在上述问题。
为了解决上述问题，发明人经过锐意探讨后想出，对于身体正反两面均设有传感器的智能服装，要想以单个控制器控制正反两面，可使用无需跨越正反两面缝合的特殊样板纸。
具体而言，在发明人想出的结构中，按照上述样板纸制造的布料的正反两面交界处部分连接，线路通过该连接部分跨正反两面设置。
本发明的目的在于，根据发明人的上述发现，提供一种通过在衣服上形成电路而制成的可穿戴设备以及可制造该可穿戴设备的样板纸，其中，在该可穿戴设备中，传感器之间的线路无需缝合便可跨连，而且仅凭单个控制器便可控制。此外，该可穿戴设备还可降低线路发生损坏的风险，并减小成本和重量。
解决问题的技术手段
(一)为了解决上述问题，本发明的一种实施方式涉及一种通过在具有正反两面的布料上设置线路而形成的供上半身穿着的可穿戴设备，包括：以在所述正反两面当中每一面上至少一个的方式设置的电子元器件；以及对该电子元器件进行控制的单个控制器。其中，所述布料的正反两面交界处由施加缝合的第一部分和未施加缝合的第二部分构成。此外，所述线路的一部分通过所述交界处的第二部分跨所述正反两面设置，以使设于该正反两面上的所述电子元器件和控制器电连接。
(二)在其他实施方式的可穿戴设备中，在上述(一)的基础上，所述电子元器件包括传感器，致动器以及光源当中的任意一者。
(三)在其他实施方式的可穿戴设备中，在上述(一)和(二)当中任何一项的基础上，所述线路为通过将导电丝以锯齿状设置于可伸缩基底材料内而形成的可伸缩线路。
(四)在其他实施方式的可穿戴设备中，在上述(一)至(三)当中任何一项的基础上，该可穿戴设备的正面或反面进一步具有将该正面或反面分割为右半身和左半身的前开口，所述控制器跨越该前开口设于所述右半身和左半身上。
(五)另外，本发明的一种实施方式涉及一种用于通过在具有正反两面的布料上设置线路而形成的供上半身穿着的可穿戴设备的样板纸，该可穿戴设备包括：以在所述正反两面当中每一面上至少一个的方式设置的电子元器件；以及对该电子元器件进行控制的单个控制器，所述线路的一部分跨所述正反两面而设，以使设于该正反两面上的所述电子元器件和控制器电连接，其中，该样板纸的与所述布料的正反两面交界处相对应的部分至少部分一体成型。
本发明的有益效果
按照本发明的上述构成，可以提供一种可穿戴设备以及可制造该可穿戴设备的样板纸，该可穿戴设备即使在施加缝合的衣服上形成连接电子元器件的线路时，也不会因缝合而发生线路的断开或损坏，而且还可保持良好的线路特性，并能够以单个控制器对这些线路进行控制。
此外，按照本发明的上述构成，无需为了避免因缝合导致线路断开或损坏而将线路的设置方式复杂化，并因而可实现以单个控制器对线路进行简单控制。
附图说明
图1A为本发明一种实施方式的可穿戴设备的基本结构平面示意图，该图所示为正面。
图1B为本发明一种实施方式的可穿戴设备的基本结构平面示意图，该图所示为反面。
图2为图1所示可穿戴设备将控制器外盖拆下后状态的示意平面图。
图3为本发明可穿戴设备制造过程中所使用的样板纸一例的示意平面图。
图4为同一样板纸的其他示例的示意平面图。
图5为本发明可伸缩线路结构沿图1A中A-A'线的截面图。
图6为本发明可伸缩线路结构沿图1A中B-B'线的截面图。
图7A为金属丝33a和非金属丝33b以Z向捻合的本发明导电丝结构示意图。
图7B为本发明导电丝的各种例示加捻方式示意图。
图8为本发明传感器系统所采用的控制器结构框图。
附图标记列表
1……布料；1b……反面；1f……正面；2……传感器；3……可伸缩线路；4……控制器；5……空腔；6……样板纸；7……空腔；11l……左肩部；11r……右肩部；12l……左腕外侧部分；12r……右腕外侧部分；13l……左腕内侧部分；13r……右腕内侧部分；14l……左肋侧面部分；14r……右肋侧面部分；31……防短路层；31a、31c、32a……粘合层；31b、32b……绝缘层；32……可伸缩膜；33……导电丝；33a……金属丝；33b……非金属丝；33c～33q……丝；34……布线层；35……保护层；40……连接器；41……CPU；42……模数转换器；43……9轴传感器；44a……音频编解码器；44b……麦克风；44c……扬声器；45a……触觉驱动器；45b……振动电机；46a……电池；46b……直流/直流降压转换器；46C……充电电路；47……MicroUSB连接器；48……Bluetooth模块；49……MicroSD卡单元；100……可穿戴设备；OF……前开口；OFl……前开口左缘；OFr……前开口右缘；OP……开孔；61……样板纸主体部分；62、63……样板纸肋部；611l、611r、612l，612r、613lf，613lb，613rf，613rb、614lf，614lb、614rf、614rb……样板纸各部分。
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明实施方式的可穿戴设备进行详细描述。
图1A和图1B为本发明一种实施方式的可穿戴设备100的结构示意平面图。其中，图1A所示为正面，图1B所示为反面。如图1A和图1B所示，本实施方式可穿戴设备100为通过在具有正面1f和反面1b的布料1上设置线路3而形成的供上半身穿着的可穿戴设备100。可穿戴设备100还包括：以在正面1f和反面1b当中每一面上至少一个的方式设置的电子元器件2(在本实施方式中为传感器)；以及对传感器2进行控制的控制器4。此外，布料1的正面1f和反面1b交界处由施加缝合的第一部分(13r，13l，14r，14l)和未施加缝合的第二部分(11r，11l，12r，12l)构成(这一点将在后面进行描述)。线路3的一部分通过正面1f和反面1b交界处的未施加缝合的第二部分(11r，11l，12r，12l)跨正面1f和反面1b设置，从而使设于正面1f和反面1b上的传感器2和控制器4电连接。虽然传感器2和线路3上覆有保护层，但是为使传感器2和线路3易于理解，图1A和图1B中省略了该保护层。
在本说明书中，“布料”是指可穿着于上半身，即具有正面部分和反面部分的衣服等物，具体为长袖、七分袖、半袖、无袖、坎肩等衣物。在本实施方式中，以布料1为长袖的情形进行说明。
此类衣物可由各种衣物常用材料制成。例如，可使用棉、麻、毛等天然纤维，聚酯、尼龙、丙烯酸纤维等化学纤维或者所述各种纤维的混合纤维制成。然而，为了以高灵敏度检测服装穿着者的动作，构成衣服的布料1优选尽可能与穿着者紧密接触。因此，布料1优选由采用聚氨酯等弹性纤维且具有伸缩性的拉伸材料构成。
多个传感器2以正面1f和反面1b当中每一面上至少一个的方式设于布料1上。传感器2设于布料1上与肩部、肘部、背部、腹部等对应的位置，以对穿着者的动作进行感测。传感器2的数目和位置根据可穿戴设备100的使用目的适当选择。
传感器2可例如采用光电二极管、温度传感器、应变传感器、压力传感器或加速度传感器等。此外，传感器2也可根据位置的不同而不同。
传感器2无具体限制，只要传感器2内所流过的电流、传感器2上所加电压、传感器2的电阻以及/或者传感器2的电容随所感测的物理量的变化而变化即可。但是，从电路的简单性等方面出发，传感器2优选采用电阻及两端所加电压随物理量的变化而变化的变阻传感器。此外，为了满足I2C等高速通信的需求，传感器2优选采用数字传感器。其中，所述物理量可适宜采用声、光、温度、压力及应变中的至少一种。在该情况下，传感器2的电阻值优选为线路3电阻值的50倍以上。
此外，传感器2优选采用使用油墨的传感器。使用油墨的传感器是指以将导电粒子混入弹性体溶液或分散物后形成的油墨制成的传感器。通过印刷和干燥该油墨，可得到导电粒子随机分散于弹性体膜内的传感器。在该传感器中，导电颗粒之间的距离随拉伸、压缩或温度变化引起的热涨冷缩而变化，从而使得传感器两端电阻发生变化。使用油墨的传感器非常薄，对待测物体的顺应性非常高，因此可进行稳定且准确的测量。
所述多个传感器2之间通过线路3连接。如下所述，线路3包括通过将导电丝缝入可伸缩基底材料内而形成的布线层，以及设于布料1和布线层之间的防短路层。
与传感器2连接的线路3进一步与控制器4连接。如下所述，控制器4具有与线路3连接的连接器部件，以及安装有各种电路的电路板。依据这些电路的功能，控制器4对传感器2感测的信息进行收集，并对其进行发送于外部或存储于存储介质中等操作。
在本实施方式中，如图1A和图1B所示，线路3的一部分通过布料1的未施加缝合的双肩部分(11r和11l)跨正面1f和反面1b设置。如下所述，这一设置方式通过采用肩部以不施加缝合的方式连接的样板纸实现。
此外，在本实施方式中，布料1的正面1f中形成前开口OF。该前开口上形成拉锁或纽扣等物，而且可穿戴设备100通过前开口OP的开合实现穿脱。线路3设置为避免跨越前开口OP。
图2所示为本实施方式可穿戴设备100将控制器4外盖拆下后的状态。如图2所述，在本实施方式中，控制器4包括两个连接器40。这两个连接器40分别与设于右半身的线路3和设于左半身的线路3相连。
此外，两个连接器40之间的距离优选在30cm以内。连接器40之间的距离太长时，将导致覆盖连接器40的外盖尺寸增大，从而可能导致重量增大及平衡性下降。在本实施方式中，如图1A所示，覆盖两个连接器40的外盖由分别覆盖连接器40的圆形部分和连接这些圆形部分的连接部分构成。然而，毋庸赘言，控制器4的形状也可为其他形状，例如矩形或椭圆形。
如上所述，在本实施方式可穿戴设备100中，布料1中存在施加缝合的第一部分(13r，13l，14r，14l)和未施加缝合的第二部分(11r，11l，12r，12l)。更具体而言，布料1的两肋侧面(14r和14l)和双腕内侧(13r和13l)施加缝合。此外，双肩部分(11r和11l)和双腕外侧(12r和12l)未施加缝合。
此外，就线路3跨布料1正面1f和反面1b设置的位置而言，线路3设置于未施加缝合的双肩部分(11r和11l)。如此，通过使线路3穿过未施加缝合的第二部分，可以防止缝合所致线路断开和损坏，并抑制线路传输特性的退化。
此外，由于可将线路3通过未施加缝合的第二部分跨正面1f和反面1b设置，因此可以以单个控制器4对设于正面1f和反面1b的线路3同时进行控制，无需分别控制。如此，可实现提升控制稳定性，抑制重量增大以及削减成本等效果。
此外，虽然在本实施方式中线路3穿过双肩部分(11r和11l)，但是其也可以通过双腕外侧(12r和12l)这一其他未施加缝合的部分跨正面1f和反面1b而设。
此外虽然本实施方式示出了在布料1上设置传感器2的结构，但是还可在传感器2之外设置致动器或LED等光源，或者以致动器或LED等光源代替传感器2。另外，也可向控制器4赋予上述各器件的功能。
图3为本实施方式可穿戴设备100布料1制造时使用的样板纸6的平面图。如图3所示，本实施方式样板纸6由与布料1的正面1f和反面1b相对应的样板纸主体部分61和为了确保作为衣服的立体感而缝合于主体部分61两肋侧面上的一对样板纸肋部62，63构成。
如图3所示，主体部分61的与布料1双肩部分(11l，11r)对应样板纸部分(611l，611r)以及其与布料1双腕外侧部分(12l，12r)对应的样板纸部分(612l，612r)形成为一体，无需施以缝合。此外，与布料1双腕内侧(13l，13r)对应的样板纸部分(613lf，613lb，613rf，613rb)以及与两肋侧面(14l，14r)对应的(614lf，614lb，614rf，614rb)以相互分离的方式形成。
沿着该样板纸6进行布料裁剪后，通过将样板纸部分(613lf，613lb，613rf，613rb)的正面一侧部分(612lf，612rf)与反面一侧部分(612lb，612rb)相互缝合，便可形成布料1的双腕内侧(13l，13r)。
此外，通过分别将样板纸部分(613lf，613lb，613rf，613rb)的正面一侧部分(613lf，613rf)与两肋部分(62，63)的正面一侧部分(622，632)缝合以及将反面一侧部分(613lb，613rb)与两肋部分(62，63)的反面一侧部分(621，631)缝合，可形成布料1的两肋侧面(14l，14r)。另外，在前开口左缘OFl和前开口右缘OFr上形成拉锁、纽扣等物后，便可获得布料1。其中，附图标记OP表示缝合后供头部穿过的开孔。
因此，如上所述，通过使用样板纸，可制造肩部未施加缝合的布料1。也就是说，本实施方式可穿戴设备100可通过该样板纸实现，从而可防止线路的断开和损坏。此外，从样板纸6的构造和上文描述中可显而易见地看出，工程设计可以自由地进行，与布料1的制造和线路3的形成之间的顺序关系无关。
图4为其他实施方式样板纸的平面结构图。图4所示样板纸与图3所示样板纸的不同之处在于，正反两面均不分割。利用此类样板纸制造布料1时，可获得从上往下套的所谓套头式可穿戴设备。在该情况下，与以图3样板纸制造的布料1不同，由于正面并不分割为左右两部分，因此可提高形成于正面的线路3的设置自由度。
图5和图6分别为图1所示可穿戴设备100的含传感器2部分沿A-A'线和B-B'线的例示截面图。如图5和图6所示，线路3具有设于布料1的防短路层31和布线层34构成的层叠结构。此外，在本实施方式中，传感器2设于布线层34之上。布线层34的上表面和传感器2的上表面还覆有保护层35。虽然为了有助于理解各层的层叠结构等内容，图5和图6中将布料1和防短路层31之间，防短路层31和布线层34之间，以及布线层34和传感器2之间示为部分分离，但是其实际上分别相互接触。
布线层34由可伸缩膜32和以锯齿状缝于可伸缩膜32上的导电丝33构成。可伸缩膜32由粘合层32a和绝缘层32b构成。粘合层32a优选为热塑性粘合层，而且该热塑性粘合层例如为已知的热熔胶膜等，但优选具有伸缩性的热熔胶膜。如此，可提高布料1伸缩时布线层34对布料1的顺应性。具有伸缩性的热熔胶例如为以聚氨酯为主成分的热熔胶等。此外，绝缘层32b可采用聚氨酯膜等同时具有伸缩性和绝缘性的膜。
如上所述，在本实施方式中，导电丝33以锯齿状缝于可伸缩膜32上。其中，如图5和图6所示，本实施方式中的“锯齿状”是指导电丝33交替朝向可伸缩膜32的传感器2一侧表面和防短路层31一侧表面延伸的设置方式。此外，虽然本实施方式中以导电丝33缝附的情形进行描述，但是在此之外，也可通过刺绣、针织、纺织当中的任意方法设为锯齿状。
此外，导电丝33至少暴露于可伸缩膜32的传感器2一侧表面上。通过这种结构，可实现导电丝33与传感器2之间的电连接。另外，虽然在本实施方式中导电丝33还暴露于可伸缩膜32的防短路层31一侧表面上，但是导电丝33并不非得暴露于该表面之上。
在本实施方式中，导电丝33采用加捻丝，该加捻丝采用无绝缘覆盖层的金属丝线。换言之，导电丝33所采用的金属丝线中的金属暴露于其外表面上。与通过在化学合成纤维等纤维表面上电镀银等金属而获得导电性的现有技术丝线相比，通过将上述加捻丝用作导电丝33，可实现将电阻降低约两个数量级。此外，与带覆盖层的金属丝线相比，还可防止导电率因局部破损而大幅下降。以下，将对导电丝33的具体加捻结构进行描述。
导电丝33优选制成为在与可伸缩膜32的表面平行的方向(与纸面垂直的方向)上呈波浪形。通过将导电丝33制成波浪形，可确保当可伸缩膜32沿水平方向伸长时，导电丝33具有从波浪形向直线形逼近的较大变形(伸长)裕量，从而可提高针对可伸缩膜32伸长的顺应性。除了波浪形之外，导电丝33还可具有曲折形、锯齿形、马蹄形等各种形状。
如上所述，由于粘合层32a和绝缘层32b采用可伸缩层，因此可伸缩膜32具有可伸缩性。此外，由于导电丝33以波浪形缝入可伸缩膜32中，因此布线层34具有高伸缩性。如此，可以获得能够顺应穿着者的运动所导致的伸长、弯曲等形状变化的可穿戴设备100。其中，布线层34的伸缩性优选相对于初始状态的允许形变量为30％以上，更优选为50％以上，尤其优选为100％以上。其中，“允许形变量”是指()。此外，当布料1的伸缩性和/或传感器2的伸缩性之间的差异超出一定量时，将导致相互间对对方的伸长造成妨碍、传感器灵敏度下降等后果。因此，上述伸缩性差异优选处于一定范围内。
可伸缩膜32的厚度无特定限制，但优选为5μm～300μm，更优选为10μm～100μm。当可伸缩膜32的厚度处于这一范围内时，可同时实现高的伸缩性和强度。
此外，可伸缩膜32并不限制于上述实施方式。举例而言，可伸缩膜32也可仅由聚氨酯膜形成的绝缘层32b构成，绝缘层32b也可两面上均形成粘合层。此外，可伸缩膜32也可仅由粘合层32a构成。
此外，在图5和图6中，由于布线层34与传感器2直接接触，而且导电丝33暴露于布线层34的传感器2一侧表面上，因此传感器2与导电丝33直接接触。然而，还可在传感器2与导电丝33的接触之处添加含导电金属颗粒的导电热熔胶。如此，可促进传感器2与导电丝33之间的电连接，并降低接触电阻。导电热熔胶内采用的导电金属微粒优选为银、金、铜、铂、铝，更优选为银、金、铜，最优选为银。此外，当使用片状金属微粒时，还可以低含量实现高导电性。所述导电热熔胶优选含以聚氨酯为主成分的热熔胶。如此，可减小可伸缩基底材料1伸缩时的应变将传感器2或导电丝33从热熔胶上剥离的作用。
在本实施方式中，布线层34和布料1之间设有防短路层31。防短路层31具有自布线层34一侧依次层叠的粘合层31a、绝缘层31b和粘合层31c。防短路层31的设置目的在于为布线层34的可伸缩基底材料1一侧表面提供绝缘保护，因此至少具有绝缘性。
防短路层31的绝缘性由绝缘层31b保证，该绝缘层由绝缘膜等物构成。通过设置绝缘层31b，可以将暴露于布线层34的可伸缩基底材料1一侧表面之外的导电丝33埋入其中，从而确保布线层34的可伸缩基底材料1一侧的绝缘性。如此，可防止可穿戴设备100因汗液等物发生短路，并实现在水中等环境内的使用。此外，通过设置防短路层31，还可进一步提高整个线路3的强度。构成绝缘层31b的绝缘性膜例如可优选采用聚氨酯膜。如此，不但可确保高绝缘性，而且还可提高防短路层31在可伸缩基底材料1伸缩时的顺应性。
此外，防短路层31包括设于绝缘层31b两侧表面上的粘合层31a和31c。通过设置粘合层31a和31c，可使防短路层31具有粘合可伸缩基底材料1与布线层34的功能。
粘合层31a和31c优选采用热塑性粘合层。该热塑性粘合层例如为已知的热熔胶膜等，但优选具有伸缩性的热熔胶膜。具有伸缩性的热熔胶膜例如为以聚氨酯为主成分的热熔胶膜等。如此，不但可提高可伸缩基底材料1伸缩时的顺应性，而且还可实现可伸缩基底材料1和布线层34的牢固粘合。此外，由于该结构可实现可伸缩基底材料1和布线层34的牢固粘合，因此即使在进行洗涤等使用水的处理时，也能防止防短路层31从可伸缩基底材料1上脱落。
此外，虽然图5和图6将布线层34示为导电丝33自可伸缩膜32的可伸缩基底材料1一侧表面暴露而出，但是如上所述，导电丝33也可不暴露于可伸缩膜32的可伸缩基底材料1一侧表面之外。在该情况下，由于可伸缩膜32的可伸缩基底材料1一侧表面为由绝缘膜形成的绝缘层32b，因此本身已确保绝缘性。相应地，在该情况下，防短路层31可不设绝缘层31b，只由粘合层构成。与此同时，防短路层31同样具有粘合可伸缩基底材料1与布线层34的功能。
防短路层31的厚度无特定限制，但优选10μm～800μm，更优选30μm～300μm。在防短路层31的各构成部分中，绝缘层31b的厚度优选为5μm～300μm，更优选10～100μm。当绝缘层31b的厚度处于这一范围内时，可维持高的伸缩性和强度。粘合层31a和31c的厚度优选10μm～200μm，更优选30μm～100μm。具体而言，当粘合层31c的厚度处于这一范围内时，可充分确保布料1与布线层34之间的粘合强度。
除了上述结构之外，防短路层31还可具有各种其他构造。例如，其可设置多个不同种类的绝缘层。
线路3通过防短路层31和布线层34的上述层叠结构形成。线路3的电阻优选为0.005～0.5Ω/cm，更优选为0.005～0.2Ω/cm，进一步优选为0.005～0.1Ω/cm。此外，线路3从初始状态伸长50％后的电阻变化率优选为伸长前电阻的5％以下。
作为线路3上层部分的布线层34的上表面设有传感器2，该传感器2的上表面设有保护层35。保护层35的与传感器2相反一侧的表面为可穿戴设备100使用状态下的最顶层表面。也就是说，通过以保护层35覆盖布线层34和传感器2，可将传感器2和布线层34的表面与外部大气隔绝。在本实施方式中，保护层35具有绝缘性，因此可保护传感器2和线路3免受可穿戴设备100使用时的汗水侵蚀。因此，还可实现在水中等环境内的使用。
如上所述，由于保护层35为可穿戴设备使用时的最顶层部分，因此除了绝缘性之外，保护层35优选还具有伸缩性。具体而言，保护层35例如优选为聚氨酯形成的层。
保护层35的厚度优选为5μm～300μm，更优选为10～100μm。当保护层35的厚度处于这一范围内时，可同时维持高的伸缩性和强度。
如图3所示，保护层35和线路3(防短路层31和布线层34)优选仅设于覆盖传感器2上表面所需最低程度的部分上即可。在该结构中，可伸缩基底材料1上形成无任何附着物的空间5。通过形成空间5，可以进一步提高可穿戴设备100的透气性和柔顺性。
其中，“覆盖传感器2上表面所需最低程度的部分”是指在平面视角下优选距传感器2和线路3外周0.1mm～100mm以内的范围，更优选0.5mm～5mm以内的范围。当覆盖传感器2上表面的部分太大时，可导致不必要部分增多，有损可穿戴设备100的透气性。与此相对，当覆盖传感器2上表面的部分太小时，可增大传感器2和线路3的一部分因传感器2和线路3之间的高度差而暴露于外部的风险，并增大发生短路的风险。
以下，将结合图7A，对本发明一种实施方式的导电丝33进行描述。如图7A所示，本实施方式中采用的导电丝33由单捻金属丝33a与通常使用的单捻非金属丝33b(天然纤维或化学纤维)等捻合而成。导电丝33不但可以为单捻丝捻合而成的多股丝，也可以为单捻丝与无捻丝组合而成的螺旋形多股丝、最外层缠丝的包覆丝或交替加捻制成的丝。此外，该导电丝33最外层的最后一道加捻优选为Z捻。这是因为，当导电丝33应用于可穿戴设备100中时，多以缝纫机缝合之故。
在现有技术中，当以在非金属丝表面电镀金属之物作为导电丝时，导电丝中具有导电性的部分仅为覆盖该导电丝表面的金属电镀部分。也就是说，电阻率极高的非金属丝占导电丝截面积的大部分，从而使得导电丝整体电阻率变高。与此相对，在本实施方式采用的金属丝33a与非金属丝33b捻合而成的导电丝33中，假设金属丝33a的粗细与非金属丝33b的截面积大致相同，则金属丝33a将占导电丝33截面积的一半左右，从而极大地降低电阻率。如此，可显著地提高线路所承载信号的传输速度，从而可获得高质量的线路。当然，金属丝33a自身的比电阻也需要处于足够低的范围内。
此外，虽然导电丝33随可伸缩线路32的伸缩而伸缩，但是当构成导电丝33的金属丝33a因布料1过度伸长而断裂时，其将失去作为线路的功能。因此，金属丝33a必须避免在可伸缩线路32伸长时发生断裂。具体而言，金属丝33a必须具有特定值以上的断裂伸度。断裂伸度为金属材料抗拉试验过程中，试验样品断裂时的永久伸长长度占原始长度的百分比值。
如上所述，导电丝33缝入可伸缩膜32内。其中，当以普通缝纫针粗细的针在缝纫机上对可伸缩膜32进行缝纫操作时，有因该针所开的孔太大而发生破裂的风险。因此，导电丝33本身须具有不导致可伸缩膜32发生破裂的粗细程度。具体而言，非金属丝33b优选具有10～150旦的粗细度，并具有足够的强度。
如上所述，导电丝33所采用的金属丝33a须至少在导电率(比电阻)上满足一定的条件。此外，在此基础上，在选择金属丝时，还须对加工难度、成本、耐用性等各种条件加以考虑。表1中示出了线路中可能使用的各种金属的比电阻值。该表的“评定”一栏中给出了各种金属在比电阻方面是否适合用于线路的评定结果，其中“优”表示非常适合，“良”表示适合，“可”表示勉强适合，“差”表示不适合。
表1
如上表所示，在比电阻方面，适于用作构成金属丝33a的金属丝线的金属为铝、铜、银、钨或金。当综合考虑加工难度、成本、耐用性等因素时，尤其优选使用铜。此外，也可使用上述金属的合金。在使用合金的情形中，比电阻优选处于上述“可”这一范围内，更优选处于“良”这一范围内，最优选处于“优”这一范围内。具体而言，比电阻优选为5.00×10-6Ω·cm以下，更优选为3.00×10-6Ω·cm以下，最优选为2.00×10-6Ω·cm。合金具体例如为铍铜、锆铜、黄铜、青铜、磷青铜、钛铜、白铜等。此外，此类金属丝线还可进行电镀。电镀中使用的金属具体例如为锡、锌、铜、银、镍、铝、钛、铂、金及其合金等。
此外，构成金属丝33a的金属丝线的粗细度优选为0.01～0.20mm，更优选为0.02～0.10mm。特别一提的是，当以铜线作为构成金属丝33a的金属丝线时，其粗细度极其优选为0.025～0.08mm。
非金属丝33b可使用现有技术中的天然纤维或化学纤维等物，但尤其优选聚氨酯丝或聚酯丝。非金属丝33b的粗细度优选为10～150旦。
此外，导电丝33的捻数越大，越可确保单位长度金属丝33a拉得更长，从而减轻金属丝拉长时所承受的负担，抑制金属疲劳的发生。具体捻数优选为100～450T/m，更优选为200～400T/m。
此外，导电丝33的加捻方式可采用单捻(将一根或多根单丝拉齐后加捻)、弱捻合股(将两根或两根以上弱捻或中捻的单捻丝拉齐，并以与该单捻丝相反的捻向加捻)、强捻合股(将两根或两根以上强捻的单捻丝拉齐，并以与该单捻丝相反的捻向加捻)或者螺旋合股(将单捻粗丝与未加捻的细丝拉齐，并以与该单捻丝相反的捻向加捻)当中的任意一者。此外，导电丝中所含的多条丝的捻向也可完全相同。
图7B为上述导电丝33加捻方式若干具体示例的示意图。其中，图7B(a)为两丝单捻，图7B(b)为三丝强捻合股，图7B(c)为四丝合股，图7B(d)为螺旋合股。从这些图中可以看出，当将多条丝以多个步骤捻合形成导电丝33时，通过将其中若干条丝的捻向设为相反，则在缝纫机等机器上加工时，丝线即可稳定进给而不发生解捻。当以缝纫机等机器进行缝合时，最外层尤其优选Z捻。
如此，与如上所述通过对非金属丝进行金属电镀形成的现有导电丝相比，通过将金属丝33a与非金属丝33b捻合而成的加捻丝用作导电丝33，可以显著提高导电性。此外，由于金属丝线之间会频繁接触，上述方式还可显著减少因变形及单根金属丝线断裂而导致的电阻增大的情形。因此，其还可用于现有技术难以实现的采用数字传感器的I2C等通信方式。
上述I2C(Inter-Integrated Circuit，集成电路间)通信是指，近距离(如同一电路板内)直接连接的器件以100kbps或400kbps的高速进行串行通信的通信方式，主要用于实现与EEPROM存储器集成电路等设备之间的高速通信。在此类I2C通信当中，由于需要进行高速通信，因此必须使用导电性足够高的线路。在这一点上，如上所述，由于本实施方式中的可伸缩线路采用以铜线等金属丝线布线的线路，因此与通过在化学纤维等物上进行金属电镀而形成的现有导电丝相比，可以大幅提升导电率，从而若仅以I2C通信而论，可确保其所需的导电性。
为了进一步提高数字传感器的稳定性，还可使用能够稳定传感器供应电流量并防止电压下降的电容器。电容器的容量优选处于10μF～100μF范围，更优选处于0.1μF～10μF范围。
以下，结合图8，对本发明一种实施方式的传感器系统所采用的控制器4进行描述。图8为本实施方式传感器系统所采用的控制器4结构框图。此外，在图8中，以传感器2为应变传感器为例进行描述。
如图8所示，控制器4包括对传感器2的测量结果进行接收和处理的CPU。传感器2(应变传感器)感测的信号经模数转换器42转换后发送给CPU 41。
控制器4还包括9轴传感器43。9轴传感器43例如包括用于检测角速度(旋转速度)的3轴陀螺仪传感器，用于检测加速度的3轴加速度传感器以及用于通过检测地磁而检测绝对方向的3轴地磁传感器。利用9轴传感器43的功能，可以检测穿着者本身的旋转动作及水平/垂直方向上的平移动作。
控制器4还包括用于编码/解码音频信息的音频编解码器44a。当可穿戴设备配备麦克风44b时，音频编解码器44a将通过麦克风44b收集的穿着者的声音和呼吸等编码为数据后发送给CPU。此外，当可穿戴设备配备扬声器44c时，音频编解码器44a在CPU运行的一端将移动距离和经过时间等各种数据解码为音频数据，并通过扬声器44c传达给穿着者。
当可穿戴设备配备振动电机45b时，控制器4还包括对所谓的触觉反馈进行控制的触觉驱动器45a。触觉驱动器45a例如通过振动电机45b对穿着者的心率进行测量。振动电机45b例如由偏心电机、线性振动器或压电元件构成，而触觉驱动器45a含有与此类装置相应的驱动集成电路。
控制器4还包括可拆卸电池46a，以及与电池46a相连且用于将高压转换为低压的直流/直流降压转换器46b。电池46a通过充电电路46c与MicroUSB连接器47连接。电池46a既可在安装于控制器4内的状态下充电，也可在移除状态下充电。
控制器4还包括Bluetooth(注册商标)模块48。CPU 41的处理结果可通过该模块48发送至外部。此外，除了Bluetooth模块48之外，还可添加存储介质插槽(图8为MicroSD卡插槽49)，或者以存储介质插槽代替Bluetooth模块48，以将数据直接存储于存储介质中。虽然图8中将与外部的通信方式图示为Bluetooth(注册商标)，但是本发明不限于此，还可使用Zigbee(注册商标)、Wi-Fi(注册商标)等通信标准。在此之外，还可使用有线通信。
虽然以上参考附图，对本发明实施方式进行了描述，但不发明不限于上述实施方式。在不脱离本发明精神的范围内，还可对所设置的传感器2的数目、线路3的设置方式(左右对称、不对称等)、每条线路3连接的传感器2数目、控制器4的形状或结构等设计因素做出改变。

Claims (6)

1.一种供上半身穿着的可穿戴设备，通过在具有正面和反面的布料上设置线路而形成，其特征在于，包括：
电子元器件，以在所述正面和所述反面当中每一面上至少一个的方式设置；以及
单个控制器，用于对所述电子元器件进行控制，
其中，所述布料的所述正面和所述反面的交界处由施加缝合的第一部分和未施加缝合的第二部分构成，
所述线路的一部分通过所述交界处的所述第二部分跨所述正面和所述反面设置，以使设于所述正面和所述反面上的所述电子元器件与所述控制器电连接。
2.如权利要求1所述的可穿戴设备，其特征在于，所述电子元器件包括传感器、致动器以及光源中的任意一种。
3.如权利要求1或2所述的可穿戴设备，其特征在于，所述线路为通过将导电丝以锯齿状设置于可伸缩基底材料内而形成的可伸缩线路。
4.如权利要求1至3中任一项所述的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备的正面或反面进一步具有将所述正面或所述反面分割为右半身和左半身的前开口，所述控制器跨越所述前开口设于所述右半身和所述左半身上。
5.一种样板纸，用于制造通过在具有正面和反面的布料上设置线路而形成的供上半身穿着的可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括：以在所述正面和所述反面当中每一面上至少一个的方式设置的电子元器件；以及用于对所述电子元器件进行控制的单个控制器，所述线路的一部分跨所述正面和所述反面设置，以使设于所述正面和所述反面上的所述电子元器件与所述控制器电连接，
其中，所述样板纸的与所述布料的所述正面和所述反面的交界处相对应的部分至少部分一体成型。
6.如权利要求5所述的样板纸，其特征在于，所述样板纸还包括与所述布料的两肋侧面对应的一对样板纸侧面部分。
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