CN110403274A - 一种柔性应力测量手套 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性应力测量手套，包括以纺织面料为基体制成的手套本体，手套本体表面编织有多个应力传感单元；所述应力传感单元包括两根导电纤维束，每根导电纤维束均带有疏松结构，两根导电纤维束的疏松结构互相交叉叠放并形成交叉结结构。本发明具有可清洗、不易脱落、抗运动干扰、分辨率高、灵敏度高以及与现有纺织技术兼容的优点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器设备技术领域，特别是涉及一种柔性应力测量手套。
背景技术
随着穿戴式设备和人机交互技术的发展，人们逐渐探究肢体运动的内在规律，希望能够通过建立一系列的数据库，实现各种各样的仿生技术，从而使得人工智能得到进一步的发展。应力传感器作为机器人的“触觉器官”，它对于机器人实现物体的把握起到关键作用。要实现物体的精准把握并非仅靠单点触碰即可完成，而是通过一个非均匀受力面接触待测物体才能完成仿生动作。因此，需要对能够实现多点测量应力传感器进行研究，并形成一种应力测量手套供机器人使用。
市面上的应力传感器通常采用电阻式设计，虽然这种电阻式的应力传感器解决光电式的传感器的易受客观因素干扰的问题，但鲜有传感器能够实现可弯曲变形，可穿戴，与传统的布料兼容，特别是无法像衣服一样可多次清洗循环使用。
目前，有文献报道通过对传统布料的表面进行功能层的修饰，如喷镀导电材料层等方式，虽然能实现柔性应力传感性能，也可与布料兼容，但往往存在着在使用过程中或者在多次清洗过程容易发生功能薄膜层脱落的问题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种柔性应力测量手套，其具有可清洗、不易脱落、抗运动干扰、分辨率高、灵敏度高以及与现有纺织技术兼容的优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种柔性应力测量手套，包括以纺织面料为基体制成的手套本体，手套本体表面编织有多个应力传感单元；所述应力传感单元包括两根导电纤维束，每根导电纤维束均带有疏松结构，两根导电纤维束的疏松结构互相交叉叠放并形成交叉结结构。
本发明的工作原理为：首先采用多根导电纤维丝组成具有疏松结构的导电纤维束，并通过设置两根导电纤维束彼此交叉接触形成交叉结结构，该交叉结结构在四个纺织线结的作用下固定在不导电的手套本体上从而形成柔性应力测量手套；其次，利用导电纤维束作为引线与外围电路实现电连接，使得电流流过具有疏松结构的交叉结结构；最后，在应力的作用下，具有疏松结构的交叉结结构的电阻会下降，并且电阻的变化率与所受外力的大小成对应关系，在撤外力后，该交叉结结构可恢复到初始的电阻值。
与现有技术相比，本发明所述的柔性应力测量手套具有以下优点：
(1)利用具有疏松结构的导电纤维束来构建基于导电纤维交叉结的应力传感器。在该传感器中，疏松结构在外应力的作用下会发生形变，导致接触结的电阻下降，通过测量交叉结电阻的变化率从而感应力的大小，同时还利用了导电纤维本身的导电性，可充当导线无需要外加引线，从而为实现全纺织材料的柔性应力测量手套提供了可能。
(2)采用与纺织制造兼容的方法，把应力传感单元编织到纺织面料的手套中，无需添加其它材料，在不改变手套本身的功能和属性的前提下，实现可穿戴、可清洗、可对手掌上的应力分布进行有效监测的柔性应力测量手套。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述疏松结构包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙；交叉结结构表面的互相接触的导电纤维丝之间形成的导通电流通道的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述多根导电纤维丝的数量多于10根。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述手套本体的背侧粘合有控制单元，所述控制单元通过导线分别与每个应力传感单元电连接。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述导线布置在手套本体的背侧一面。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述手套本体为不导电材料，其可以是麻、桑蚕丝、涤纶、平布、细布、丝绸或绒布。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术改进还包括，所述应力传感单元通过纺织线结编织在手套本体上。
附图说明
图1为本发明的柔性应力测量手套的结构示意图；
图2为本发明的柔性应力测量手套的另一示意图；
图3为本发明的应力传感单元的结构示意图；
图4为本发明的导电纤维束的结构示意图；
图5为本发明的柔性应力测量手套的应力传感测试结果图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域的普通技术人员应能理解其他可能得实施方式以及本发明的优点。
请同时参阅图1至图4。
本发明的柔性应力测量手套，其包括以纺织面料为基体制成的手套本体10，手套本体10的五根手指头表面均编织有应力传感单元20；手套本体10的背侧粘合有控制单元30，所述控制单元30通过导线40分别与每个应力传感单元20电连接。其中，所述导线40布置在手套本体10的背侧一面。
所述手套本体10为不导电材料，其可以是麻、桑蚕丝、涤纶、平布、细布、丝绸或绒布。其中，所述应力传感单元20通过纺织线结编织在手套本体10上。
所述应力传感单元20包括两根导电纤维束50，每根导电纤维束50均带有疏松结构60，两根导电纤维束50的疏松结构60互相交叉叠放并形成交叉结结构70。
具体地，所述疏松结构60包括多根导电纤维丝61，多根导电纤维丝61之间存在多个空隙。所述两根导电纤维束50的疏松结构60交叉叠放的交叉结结构70，在外力的作用下，两根导电纤维束50叠放的导电纤维丝61之间形成的导通电流通道的数量以及相互之间的空隙都有所变化。
本实施例中，优选地，多根导电纤维丝61的数量多于10根；并且，所述导电纤维丝61为碳、金属或导电高分子材料。
所述交叉结结构70通过外力的作用下，能够引起其电阻变化，从而将力学信号输送至控制单元30，并由控制单元30将力学信号转化成电学信号。
另外，本发明的柔性应力测量手套通过手工方式去逐一测量每个应力传感单元40分别在手掌处于(1)自然舒展、(2)握紧一只烧杯和(3)握紧一支笔的状态下的电阻变化率。测试的结果如图5所示，各个应力传感单元40较好地展示出了各根手指的用力情况，但需要说明的是在握紧烧杯的过程中，拇指用力的位置为拇指的内侧，故拇指头上的传感单位未能测到指拇指的用力情况。从所得到的应力响应曲线可知，本发明所提方案的具有一定的可行性，且充分展现其能够充分地与现有纺织工艺、材料完全兼容，解决目前关于穿戴式设备，只能“戴”不能“穿”的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明柔性应力测量手套范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种柔性应力测量手套，其特征在于：包括以纺织面料为基体制成的手套本体，手套本体表面编织有多个应力传感单元；所述应力传感单元包括两根导电纤维束，每根导电纤维束均带有疏松结构，两根导电纤维束的疏松结构互相交叉叠放并形成交叉结结构。
2.根据权利要求1所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述疏松结构包括多根导电纤维丝，多根导电纤维丝之间存在多个空隙；交叉结结构表面的互相接触的导电纤维丝之间形成的导通电流通道的数量以及导电纤维丝之间的空隙随着外力的改变相应地发生改变。
3.根据权利要求2所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述多根导电纤维丝的数量多于10根。
4.根据权利要求2所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述导电纤维丝为碳、金属或导电高分子材料。
5.根据权利要求1所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述手套本体的背侧粘合有控制单元，所述控制单元通过导线分别与每个应力传感单元电连接。
6.根据权利要求5所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述导线布置在手套本体的背侧一面。
7.根据权利要求1所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述手套本体为不导电材料，其可以是麻、桑蚕丝、涤纶、平布、细布、丝绸或绒布。
8.根据权利要求1所述的柔性应力测量手套，其特征在于：所述应力传感单元通过纺织线结编织在手套本体上。
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