CN111103076A - 可穿戴式布莱叶盲文识别系统及其识别方法、制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统。该识别系统主要由行列复用的柔性触觉压阻式传感器阵列和采集电路组成。触觉传感器阵列整体重量轻，具有高度的便携性，无需人工干预，无需额外光源，可以在潮湿的环境下正常工作。同时提供了一种识别方法和制备方法。识别方法采用模板匹配算法可以准确识别布莱叶盲文，将传感器采集到的压力信号转化为电压信号，进而转化为被测者手指按压的盲文字符，最后发送到应用终端上进行显示，并由耳机播放语音，辅助视障人群理解盲文。制备方法简单，易于大规模生产，成本较低，具有切实可行的实际意义。

Description

可穿戴式布莱叶盲文识别系统及其识别方法、制备方法

技术领域

本发明涉及柔性触觉传感器技术领域，具体地，涉及一种基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统及其识别方法、制备方法。

背景技术

触觉，作为人类重要的感知能力之一，使得我们在与外界接触时，能有效地分辨力觉、滑觉、扭转、纹理，甚至还包括温度和湿度等参数，帮助人类感知外界的变化并传递给大脑做出相应的判断。同时，触觉也是人机交互过程中最为重要的物理量之一，是人与机器进行信息互换的媒介和支撑。因此，越来越多的人机交互平台、机器臂、可穿戴设备都对高精度的触觉传感阵列提出了要求。触觉传感器中最常见的单一检测对象是对压力的检测，主要包括压阻式压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器和摩擦电式压力传感器。

压阻式压力传感器的主要作用机制是当垂直的压力作用于传感器上时，引起压阻材料的电阻发生变化，并将该种电阻变化转变为对应的电压变化，进而通过后端的采集电路进行放大、比较和数据处理，反应压力的幅值大小和位置分布。压阻式压力传感器的原理简单，测试电路结构容易实现，因此被广泛应用于生活中的压力测量。压阻式压力传感器的性能主要取决于压阻材料的力学响应。对于柔性触觉传感器而言，导电聚合物型的压阻材料既可以满足传感器本身的柔性需求，又具备良好的压阻特性，灵敏度高，工作量程能够满足可穿戴式器件的应用要求，可基本排除外界电磁场的干扰，是一种首选的柔性压力传感器的敏感材料。

布莱叶盲文是一种专为盲人设计的，靠触觉感知的凸点文字，每个盲文字块由6点组成，通过不同凸点数量和位置的排列组合代表不同的字符。盲文的尺寸、凸点的高度和排布的间隔等都有统一的规定，因此视障人群可以依靠手指的触摸来识别文字内容。但是由于视障人群本身的熟练程度不同，在识别盲文时存在一定的错误率，且长时间的读写盲文对于其本身而言存在巨大的体能消耗。因此，一种便携可靠的盲文识别工具对于提升视障人群的信息读取速度和质量，具有重大的意义。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统及其制备方法，采用高密度柔性触觉传感器阵列，可以用于布莱叶盲文识别。本发明通过高密度触觉传感器与后端可穿戴式采集电路共同集成在可穿戴设备(例如便携手环)上，可在移动环境中识别布莱叶盲文，并将识别结果发送到应用终端(例如安装于安卓手机的应用APP)上进行结果展示和语音播放，辅助用户提高盲文理解的速度和准确度。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种可穿戴式布莱叶盲文识别系统，包括：

-柔性触觉传感器，所述柔性触觉传感器用于检测盲文凸点引起传感器的电阻变化，并将电阻变化转换为电压信号后发送至可穿戴式采集电路；

-可穿戴式采集电路，所述可穿戴式采集电路用于对接收到的电信号进行数据处理，生成识别结果并发送至应用终端；

-应用终端，所述应用终端用于将接收到的识别结果进行展示并合成语音输出；

其中：

所述柔性触觉传感器包括：由上至下依次设置的顶电极层、压阻层和底电极层；

所述顶电极层和底电极层均包括：由下至上依次设置的柔性衬底、电极阵列和柔性间隔；所述柔性间隔为与电极阵列中每一个电极点位置具有对应开窗的间隔层；所述顶电极层上的电极阵列和底电极层上的电极阵列之间具有对准关系。

优选地，所述柔性衬底包括如下任意一项或任意多项：

-采用聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备得到；

-厚度为27.5～50微米。

优选地，所述柔性间隔包括如下任意一项或任意多项：

-采用聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制备得到；

-厚度为27.5～50微米。

优选地，所述顶电极层的电极阵列中包含多条行电极，其中每一条行电极均包括多个电极点；所述底电极层的电极阵列包含多条列电极，其中每一条列电极均包括多个电极点；相应地，所述顶电极层上的电极阵列和底电极层上的电极阵列之间的对应关系为：所述顶电极层中的任意一条行电极总是与底电极层中的所有列电极存在垂直对应关系。

优选地，每一条所述行电极均包括如下任意一项或任意多项：

-采用铜制备得到；

-厚度为18.5微米；

-结构采用平行直线结构、折线形电极结构以及蛇形线结构中的任意一种；

-电极上电极点的形状采用圆形、矩形以及正六边形中的任意一种。

优选地，每一条所述列电极均包括如下任意一项或任意多项：

-采用铜制备得到；

-厚度为18.5微米；

-结构采用平行直线结构；

-电极上电极点的形状采用圆形、矩形以及正六边形中的任意一种。

优选地，所述压阻层采用包含多壁碳纳米管的聚氨酯合成物制备得到，并能够伸展及压缩。

优选地，所述可穿戴式采集电路包括集成在可穿戴式结构(例如手环)上的分压电路和开发板，所述柔性触觉传感器通过软排线与分压电路连接；其中，所述分压电路用于与柔性触觉传感器阵列构成闭合回路，所述开发板用于将柔性触觉传感器阵列的模拟电压转化为数字电压，并进行数据分析。

优选地，所述应用终端包括集成的显示模块、语音输出模块以及语音合成模块，其中，所述显示模块用于展示开发板输出的识别结果，所述语音合成模块用于将识别结果进行语音合成，并通过语音输出模块输出。

根据本发明的另一个方面，提供了一种可穿戴式布莱叶盲文识别方法，采用上述任一项所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，包括：

S1，柔性触觉传感器碰触盲文字符，将盲文字符的凸点引发的相应传感器的压力变化转变为电信号，并发送至可穿戴式采集电路；

S2，可穿戴式采集电路对接收到的电信号进行数据处理，生成识别结果并发送至应用终端；

S3，应用终端将接收到的识别结果进行展示并合成语音输出。

优选地，所述S2中，可穿戴式采集电路对接收到的电信号进行数据处理的方法，包括：

S21，对已知的布莱叶盲文字母A-Z建立标准盲文向量库；

S22，将柔性触觉传感器得到的电信号向x轴和y轴两个方向投影，确认出盲文字符中第一个凸点所处的行和列，并将第一个凸点沿x轴正向和y轴正向的相邻柔性触觉传感器划分为6个单元，分别对应于每个完整盲文字符中的6个凸点，建立关于触觉传感器位置坐标的十二维特征向量；

S23，通过建立的十二维特征向量和标准盲文向量库中各个已知向量的欧氏距离，找到最小欧氏距离对应的字符，得到盲文字符的识别结果。

根据本发明的第三个方面，提供了一种上述任一项所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统的制备方法，包括：

s1：选取绝缘的柔性衬底，并在其上电镀铜箔或者压延铜箔，形成铜箔层；

s2：在s1中得到的铜箔层上贴覆干膜，对干膜进行曝光显影形成图形化的干膜，并通过刻蚀得到图形化的电极，最后去除残余的干膜，得到电极阵列；

s3：在柔性衬底和电极阵列上制备柔性间隔层，并在电极阵列中每一个电极点位置开窗，仅暴露电极点位置并包覆其他电极部分不被导通，得到顶电极层和底电极层；

s4：将超声预处理后的多壁碳纳米管水溶液与聚氨酯水溶液混合并均质后，涂敷在特氟龙衬底上得到压阻薄膜，对得到的压阻薄膜进行烘干后从特氟龙衬底上揭下并进行外观切割；

s5：将顶电极层、压阻层和底电极层进行固定并封装，形成柔性触觉传感器；将分压电路与开发板的12个ADC逐一相连，形成采集电路；将柔性触觉传感器通过软排线连接到后端的分压电路，完成硬件结构制备；

s6，安装应用终端，所述应用终端与硬件结构共同构成可穿戴式布莱叶盲文识别系统。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，基于高密度柔性触觉传感器，具有操作方便、便携性佳和可靠性好的特点；与现有的基于图像识别的盲文检测技术相比，无需集成微型照相机，无需人工预处理，无需额外光源，因此应用场景更加广泛，制造成本也大幅降低。

本发明提供的可穿戴式布莱叶盲文识别方法，采用的模板匹配技术可以准确识别布莱叶盲文，将传感器采集到的压力信号转化为电压信号，进而转化为被测者手指按压的盲文字符，最后可以通过蓝牙发送到应用终端(例如安装于安卓手机的应用程序)上进行显示，并由耳机播放语音，辅助视障人群理解盲文，是一种具备高度实用价值的布莱叶盲文识别技术手段。

本发明提供的可穿戴式布莱叶盲文识别系统制备方法，制作方法简单，易于大规模生产，成本较低，具有切实可行的实际意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例1中电极层的加工过程和传感器的组装方法；

图2为本发明实施例1中底电极层和顶电极层的结构设计和组装方法；

图3为本发明实施例1中顶电极层中的行电极的结构设计；

图4为本发明实施例1中顶电极层中的行电极的的局部微观结构；

图5为本发明实施例1中触觉传感器和可穿戴采集电路的物理连接关系；

图6为本发明实施例1中盲文识别方法的流程图；

图7为本发明实施例2顶电极层中行电极的直线结构设计；

图8为本发明实施例3顶电极层中行电极的折线结构设计；

图9为本发明实施例4顶电极层中行电极的蛇形线结构设计；

图10为本发明实施例中所提供的可穿戴式布莱叶盲文识别系统工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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。

本发明实施例提供了一种基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，包括高密度的柔性触觉传感器、可穿戴式采集电路以及用于展示识别结果并合成语音的应用终端。

进一步地，所述高密度的触觉传感器包括：顶电极层、压阻层和底电极层，且压阻层设置在顶电极层与底电极层之间。

进一步地，所述的顶电极层和底电极层都分别包含柔性衬底、电极阵列和柔性间隔；

进一步地，所述的顶电极层和底电极层的柔性衬底和柔性间隔的材料分别为聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的任一种。

进一步地，所述的顶电极层和底电极层的柔性衬底和柔性间隔的厚度分别为27.5-50微米。

进一步地，所述的顶电极层包含多条行电极，所述的底电极层包含多条列电极。

进一步地，所述的顶电极层中任意一条电极总是与底电极层中所有的电极存在垂直对应关系。

进一步地，所述的顶电极层中的行电极结构为平行直线结构、折线形电极结构或者蛇形线结构中的任意一种。

进一步地，所述的底电极层中的列电极结构为平行直线结构。

进一步地，所述的每条行电极或每条列电极都分别包含多个电极点，且电极点的形状为圆形、矩形或正六边形的任意一种。

进一步地，所述的顶电极层和底电极层中的电极材料为铜，铜的厚度为18.5微米。

进一步地，顶电极层和底电极层中的柔性间隔仅暴露出电极点，而将其他部分全部覆盖，以保护电极之间不因连通而短路。

进一步地，压阻层是包含多壁碳纳米管的聚氨酯合成物。

进一步地，压阻层是能够伸展或压缩的。

进一步地，压阻层、顶电极层和底电极层中对应位置的行电极上的电极点和列电极上的电极点，共同构成一个触觉传感器。

进一步地，当压力垂直施加在触觉传感器上时，压阻层的电阻减小。

进一步地，底电极层的柔性衬底一侧通过双面胶贴附在食指指腹上。

进一步地，柔性触觉传感器由软排线和分压电路用ACF热压工艺相连。

进一步地，所述的可穿戴式采集电路由分压电路和ESP32-PICO-KIT型号或者ESP32-DevKitC型号的开发板组成。

进一步地，可穿戴式采集电路可以集成在一条手环上，由用户穿戴于左手或者右手手腕上进行测试。

进一步地，应用终端可以安装于移动设备中(例如安卓手机)，应用程序(应用APP)名称可设定为TouchReader，应用终端包括用于识别结果展示的显示模块、用于语音输出的语音输出模块(例如蓝牙设备)以及用于语音合成的语音合成模块；其中，所述语音合成模块可以采用百度智能云提供的语音合成功能，集成在TouchReader中。

进一步地，基于上述可穿戴式布莱叶盲文识别系统，本发明实施例同时提供了一种可穿戴式布莱叶盲文识别方法，采用上述任一项所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，包括：

S1，柔性触觉传感器碰触盲文字符，将盲文字符的凸点引发的相应传感器的压力变化转变为电信号，并发送至可穿戴式采集电路；

S2，可穿戴式采集电路对接收到的电信号进行数据处理，生成识别结果并发送至应用终端；

S3，应用终端将接收到的识别结果进行展示并合成语音输出。

所述可穿戴式布莱叶盲文识别系统的应用场景为识别6点布莱叶盲文字母，并将识别结果通过显示模块进行展示，同时通过语音合成模块转化为语音并通过语音输出模块播放出来。

进一步地，基于上述可穿戴式布莱叶盲文识别系统，本发明实施例同时提供了一种上述任一项所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统的制备方法，包括：：

s1：在所述的柔性衬底上电镀铜箔或者压延铜箔；

s2：在所述的柔性衬底上制备图形化的行电极结构或列电极结构，具体为：在s1所述的电镀铜箔或压延铜箔上贴干膜，对干膜进行曝光显影形成图形化的干膜，并通过刻蚀得到图形化的电极，最后去除残余的干膜，完成行电极和列电极制备；

s3：在所述的柔性衬底和电极上制备间隔层，具体为：在圆形、矩形或正六边形电极点以外的区域覆盖一层与柔性衬底材料相同的间隔层，仅暴露电极点位置而保护其他电极部分不被导通；

s4：将所述的压阻材料制备为传感器中的压阻层，具体为：将多壁碳纳米管和聚氨酯进行液相混合，得到分散均匀的复合材料，之后用棒涂法制备厚度为50±5微米的压阻薄膜，烘干后使用激光切割得到特定尺寸的压阻薄膜；

s5：将所述的顶电极层、压阻层和下电极用热熔胶固定，封装后用FPC软排线连接到后端采集电路。所述柔性触觉传感器、采集电路和应用终端共同构成该可穿戴式布莱叶盲文识别系统。

下面结合具体实施例对本发明上述实施例中所提供的技术方案进一步详细描述。

实施例1

图1展示了本发明实施例1中柔性触觉传感器的顶电极层和底电极层的工艺流程。柔性触觉传感器的顶电极层和底电极层均包含柔性衬底2、压阻层5和柔性间隔9。图1中的步骤(a)至(f)展示了一层电极层的制作过程。

如图1(a)所示，带有离型纸1的柔性衬底2用作整个电极层的支撑层，柔性衬底2的厚度为27.5微米。在柔性衬底上电镀得到铜箔层3，铜箔层厚度为18微米。

如图1(b)所示，在上述铜箔层3上覆干膜4，干膜具有光敏特性，作为图形化电极的保护层。

如图1(c)所示，根据掩膜版的设计，对干膜曝光。

如图1(d)所示，对上述步骤中曝光完成的干膜进行显影和刻蚀。被光照的部分留在铜箔层上，未被曝光的部分显影后去除。使用反应离子刻蚀设备将铜箔层图形化，得到预先设计好的电极结构。

如图1(e)所示，对刻蚀中起到保护作用的干膜进行去除操作。

如图1(f)所示，在上述电极表面覆盖与柔性衬底相同材料的柔性间隔层。柔性间隔层为图形化的材料，开窗部分与每条电极上的电极点重合。

柔性触觉传感器的顶电极层和底电极层均使用如图1(a)至(f)的工艺流程制造，区别仅在于电极结构不同，其他工艺参数保持一致。

如图1(g)所示，顶电极层、压阻层5和底电极层按照自上到下的顺序进行组装，使用热熔胶带6对三层结构进行固定。顶电极层的电极点和底电极层的电极点通过对准标记(将设置柔性衬底层上的一排小孔作为对准标记)进行对准。压阻层的纳米复合材料由多壁碳纳米管水性溶液和聚氨酯水性浆料按照1:6的质量比进行液相混合，充分混合后抽真空去除其中的气泡。最后，在特氟龙衬底上使用棒涂法制备厚度为50±5微米的压阻薄膜，烘干后从特氟龙衬底上揭下，使用激光进行外观切割。图1(g)中的7和8是一对正对的顶电极层的电极点和底电极层的电极点。

图2展示了本实施例中顶电极层和底电极层每个部分的结构设计。其中2-1为底电极层的柔性衬底，7为底电极层的电极结构，9-1为底电极层的柔性间隔；2-2为顶电极层的柔性衬底，8为顶电极层的电极结构，9-2为顶电极层的柔性间隔。底电极层的柔性衬底2-1和顶电极层的柔性衬底2-2均采用厚度为27.5微米的聚酰亚胺作为柔性衬底，其上分别使用激光切割11个半径为0.16mm的圆孔，用于释放传感器在手指指腹上的集中应力。

本实施例中的列电极层7的数量为12条，每条列电极上均匀分布8个正六边形电极点。每个正六边形电极点边长为0.4mm，相邻电极点的间距为0.27mm。12条列电极的引线结构为平行直线型，线宽0.16mm，引线间间隔为0.67mm。列电极的引出焊盘处宽度增大到0.3mm，引线间间隔增大到0.5mm。

本实施例中的行电极层8的数量为8条，每条列电极上均匀分布12个正六边形电极点。如图3所示，每个正六边形电极点边长a为0.4mm，相邻电极点上下交错排布，每个电极点较上一电极点的偏移角度θ为30°，每条行电极上相邻电极点的间距b为0.27mm。8条行电极的引线线宽0.16mm，相邻两条行电极对应位置的电极点间距为0.27mm。列电极的引出焊盘处宽度增大到0.3mm，引线间间隔增大到0.5mm。

上述列电极和行电极统称为触觉传感器电极阵列。

本实施例中的底电极层的柔性间隔9-1和顶电极层的柔性间隔9-2均是厚度为27.5微米的聚酰亚胺，除了暴露电极点位置外，使用激光切割11个半径为0.16mm的圆孔，用于释放传感器在手指指腹上的集中应力，位置和柔性衬底上的小孔一一对应。

图2中的10为顶电极层和底电极层组装后的整体结构。触觉传感器阵列的外观尺寸为：最大宽度为14.49mm，最大长度为31mm，其中传感器阵列的面积为78.5mm²。

如图4所示，展示了本实施例中顶电极层中电极走线的微观结构，可以看出柔性间隔层的开窗部分与电极点存在对准误差，只要偏移距离小于正六边形电极点边长a的四分之一，即100微米，均认为在可接受范围内。

如图5所示，触觉传感器阵列10通过软排线与其后端的分压电路11相连，分压电路11和开发板12(可以采用型号为ESP32-PICO-KIT的迷你开发板)共同构成的可穿戴采集电路集成在一条手环上。触觉传感器阵列中的每条列电极与上拉电阻R_c相连后，和传感器中的压阻等效电阻R构成回路。分压电路中的多路选通器分时选择一条行电极接地，每次采集同一行电极上不同列电极点的电阻变化。等效电阻R两端的电压通过开发板中的ADC模块采集，将等效电阻R的电阻变化转化为电压变化。当8条行电极被逐一扫描后，一次面扫描便实现了。

触觉传感器将盲文凸点引发的电压变化转化为对应盲文字符的过程如图6所示。当被试者指腹上的触觉传感器碰触到盲文字符时，传感器将盲文字符的凸点引发的相应传感器的压力变化转变为电信号，传送到开发板中进行数据分析。该数据分析的过程可以概括为模板匹配法，即将触觉传感器阵列面扫描的结果向x轴和y轴两个方向投影，确认出盲文字符中第一个凸点所处的行和列，并将其沿x轴正向和y轴正向的相邻触觉传感器划分为6个单元，分别对应于每个完整盲文字符中的6个凸点。至此，建立关于触觉传感器位置坐标的十二维特征向量，同时，对已知的盲文字母A-Z建立标准盲文向量库，通过计算面扫描结果的十二维特征向量和标准盲文向量库中各个已知向量的欧氏距离，找到最小欧氏距离对应的字符，即是盲文识别的结果。ESP32开发板将此识别结果通过蓝牙发送到安卓手机应用程序TouchReader上显示，同时合成语音播放出来，帮助视障人群快速理解当前触摸到的盲文意思。

实施例2

如图7所示，本实施例中的基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其构成和工作原理类似于实施例1中的描述，不同之处在于，本实施例中顶电极层的电极结构为平行直线结构。因此顶电极层和底电极层中的电极垂直相交，以确保较高数量的传感器可以集成在相同面积的柔性衬底上。

本实施例中的电极点形状为圆形、矩形和正六边形的任意一种，圆形半径为0.3mm，矩形边长为0.6mm，正六边形边长为0.4mm。

实施例3

如图8所示，本实施例中的基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其构成和工作原理类似于实施例1中的描述，不同之处在于，本实施例中顶电极层的电极结构为折线结构。折线的角度为150°，每段折线长0.2mm。本实施例中的折线结构有利于在行电极间用激光切割边长同样为0.2mm的正三角形，用于释放传感器阵列在指腹弯曲的情况下的集中应力，以确保传感器整体具备较好的保型性。

本实施例中的电极点形状为圆形、矩形和正六边形的任意一种，圆形半径为0.3mm，矩形边长为0.6mm，正六边形边长为0.4mm。

实施例4

如图9所示，本实施例中的基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其构成和工作原理类似于实施例1中的描述，不同之处在于，本实施例中顶电极层的电极结构为蛇形线结构。蛇形线内环半径为1mm，宽度为0.1mm，角度为270°。蛇形线结构具备拉伸特性，适合制备于柔性衬底上，应用在弯曲交大的场景中。

本实施例中的电极点形状为圆形、矩形和正六边形的任意一种，圆形半径为0.3mm，矩形边长为0.6mm，正六边形边长为0.4mm。

本发明上述实施例提供的基于高密度柔性触觉传感器的可穿戴式布莱叶盲文识别系统及其识别方法、制备方法，其中，识别系统主要由行列复用的柔性触觉压阻式传感器阵列和采集电路组成，相比于其他可穿戴式的盲文识别系统，本发明上述实施例所提供的识别系统，其触觉传感器阵列整体重量轻，可以贴附在人的指腹上进行采集，具有高度的便携性，无需人工干预，无需额外光源，可以在潮湿的环境下正常工作；识别方法中所采用的模板匹配技术可以准确识别布莱叶盲文，将传感器采集到的压力信号转化为电压信号，进而转化为被测者手指按压的盲文字符，最后通过蓝牙发送到应用终端(例如安装于安卓手机的应用程序)上进行显示，并由耳机播放语音，辅助视障人群理解盲文；制备方法制作方法简单，易于大规模生产，成本较低，具有切实可行的实际意义。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，包括：

-柔性触觉传感器阵列，所述柔性触觉传感器用于检测盲文凸点，并将传感器的电阻变化转换为电压信号后发送至可穿戴式采集电路；

-可穿戴式采集电路，所述可穿戴式采集电路用于对接收到的电信号进行数据处理和分析，生成识别结果并发送至应用终端；

-应用终端，所述应用终端用于将接收到的识别结果进行展示并合成语音输出；

其中：

所述柔性触觉传感器阵列包括：由上至下依次设置的顶电极层、压阻层和底电极层；

所述顶电极层和底电极层均包括：由下至上依次设置的柔性衬底、电极阵列和柔性间隔；所述柔性间隔为与电极阵列中每一个电极点位置具有对应开窗的间隔层；所述顶电极层上的电极阵列和底电极层上的电极阵列之间具有对准关系。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，所述柔性衬底包括如下任意一项或任意多项：

-采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯制备得到；

-厚度为27.5～50微米；

和/或

所述柔性间隔包括如下任意一项或任意多项：

-采用聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯制备得到；

-厚度为27.5～50微米。

3.根据权利要求1所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，所述顶电极层的电极阵列中包含多条行电极，其中每一条行电极均包括多个电极点；所述底电极层的电极阵列包含多条列电极，其中每一条列电极均包括多个电极点；相应地，所述顶电极层上的电极阵列和底电极层上的电极阵列之间的对应关系为：所述顶电极层中的任意一条行电极总是与底电极层中的所有列电极存在垂直对应关系。

4.根据权利要求3所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，每一条所述行电极均包括如下任意一项或任意多项：

-采用铜制备得到；

-厚度为18.5微米；

-结构采用平行直线结构、折线形电极结构以及蛇形线结构中的任意一种；

-电极上电极点的形状采用圆形、矩形以及正六边形中的任意一种；

和/或

每一条所述列电极均包括如下任意一项或任意多项：

-采用铜制备得到；

-厚度为18.5微米；

-结构采用平行直线结构；

-电极上电极点的形状采用圆形、矩形以及正六边形中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，所述压阻层采用包含多壁碳纳米管的聚氨酯合成物制备得到，并能够伸展及压缩。

6.根据权利要求1所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，所述可穿戴式采集电路包括集成在手环上的分压电路和开发板，所述柔性触觉传感器通过软排线与分压电路连接；其中，所述分压电路用于与柔性触觉传感器阵列构成闭合回路，所述开发板用于将柔性触觉传感器阵列的模拟电压转化为数字电压，并进行数据分析。

7.根据权利要求1所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，其特征在于，所述应用终端包括集成的显示模块、语音输出模块以及语音合成模块，其中，所述显示模块用于展示开发板输出的识别结果，所述语音合成模块用于将识别结果进行语音合成，并通过语音输出模块输出。

8.一种可穿戴式布莱叶盲文识别方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一项所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统，包括：

S1，柔性触觉传感器碰触盲文字符，将盲文字符的凸点引发的相应传感器的压力变化转变为电信号，并发送至可穿戴式采集电路；

S2，可穿戴式采集电路对接收到的电信号进行数据处理，生成识别结果并发送至应用终端；

S3，应用终端将接收到的识别结果进行展示并合成语音输出。

9.根据权利要求8所述的可穿戴式布莱叶盲文识别方法，其特征在于，所述S2中，可穿戴式采集电路对接收到的电信号进行数据处理的方法，包括：

S21，对已知的布莱叶盲文字母A-Z建立标准盲文向量库；

S22，将柔性触觉传感器得到的电信号向x轴和y轴两个方向投影，确认出盲文字符中第一个凸点所处的行和列，并将第一个凸点沿x轴正向和y轴正向的相邻柔性触觉传感器划分为6个单元，分别对应于每个完整盲文字符中的6个凸点，建立关于触觉传感器位置坐标的十二维特征向量；

S23，通过建立的十二维特征向量和标准盲文向量库中各个已知向量的欧氏距离，找到最小欧氏距离对应的字符，得到盲文字符的识别结果。

10.一种权利要求1至7中任一项所述的可穿戴式布莱叶盲文识别系统的制备方法，其特征在于，包括：

s1：选取绝缘的柔性衬底，并在其上电镀铜箔或者压延铜箔，形成铜箔层；

s2：在s1中得到的铜箔层上贴覆干膜，对干膜进行曝光显影形成图形化的干膜，并通过刻蚀得到图形化的电极，最后去除残余的干膜，得到电极阵列；

s3：在柔性衬底和电极阵列上制备柔性间隔层，并在电极阵列中每一个电极点位置开窗，仅暴露电极点位置并包覆其他电极部分不被导通，得到顶电极层和底电极层；

s4：将超声预处理后的多壁碳纳米管水溶液与聚氨酯水溶液混合并均质后，涂敷在特氟龙衬底上得到压阻薄膜，对得到的压阻薄膜进行烘干后从特氟龙衬底上揭下并进行外观切割；

s5：将顶电极层、压阻层和底电极层进行固定并封装，形成柔性触觉传感器；将分压电路与开发板的12个ADC逐一相连，形成采集电路；将柔性触觉传感器通过软排线连接到后端的分压电路，完成硬件结构制备；

s6，安装应用终端，所述应用终端与硬件结构共同构成可穿戴式布莱叶盲文识别系统。

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