CN111352543A - 可穿戴触敏服装 - Google Patents

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CN111352543A CN201911323930.XA CN201911323930A CN111352543A CN 111352543 A CN111352543 A CN 111352543A CN 201911323930 A CN201911323930 A CN 201911323930A CN 111352543 A CN111352543 A CN 111352543A
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D·伊矣多耿
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Abstract

公开了一种可穿戴触敏服装(100)，其包括被集成到服装(100)中的电子电容式传感器的阵列(12)，电子电容式传感器的阵列(12)包括多个电极(E1‑E5)，每个电极(E1‑E5)被单独地电连接到电子控制单元(ECU)(30)，ECU(30)被配置成评估电极(E1‑E5)中的每一者与穿戴者的触摸之间的寄生电容性耦合，ECU(30)被提供有可读显示器(35)，可读显示器(35)被配置成显示表示在阵列(12)上执行的手势的指示。

Description

可穿戴触敏服装
技术领域
本发明的技术领域涉及可穿戴触敏服装，本发明尤其涉及触敏服装人机接口。
背景技术
在现有技术中，将织物成分(诸如纱线)用作感测电极或将固态电极放置在纺织品层之间的织物应用是已知的。
将纺织品自身用作感测电极使得生产困难，因为首先需要开发和编织传感器纱线：这些操作并不容易，因为使用了相对于普通织物材料不同的材料。
此外，所使用的材料必须例如通过多次剥离和绞合来配置和制备，并且必须使用诸如焊接和层压之类的工艺来连接到电子设备。相比于稳健的单件电子设备，这些纺织品结构可能还具有大量的故障路径或机制。
作为以上的示例，文献US20160048235描述了交互式织物。交互式织物包括编织到交互式织物中的导电线网格，以形成被配置成检测触摸输入的电容式触摸传感器。检测到的触摸输入可被用来控制远程设备。
其他现有技术例如由文献US2015301603来表示，该文献公开了一种触觉控制布置，包括集成到柔性衬垫中的电容式触觉传感器矩阵。传感器矩阵具有用于与外部处理电路模块(例如，微处理器)连接的对应多个触点，该外部处理电路模块被布置成用于捕获并处理由每个传感器发射的信号。有利的是，触点与处理模块的连接借助于同样是柔性的多极平面导体带来实现，而处理模块可通过用于刚性印刷电路支撑物上或同样在柔性支撑物(柔性PCB)上的混合电路的传统技术来实现。这种解决方案允许将控制电子设备置于远离敏感部分的位置，控制电子设备有可能可以通过借助于多极带解耦该连接来与敏感区域分开，或者经由无线电永久地分开和连通，条件是天线以及相关联供电和驱动电子设备在传感器矩阵的板上实现。
设备的导体优选地由导电织物制成。
文献US2015301603中所描述的布置可被用于经由柔性控制接口来管理对象在他/她身上携带(被绑到他/她的身体或保持在外套J的口袋中)的多种电子个人设备，其中智能电话、雷达、手表、一对耳机、胸带是在左侧从下到上顺时针方向解说的。
此外，文献US2015199045描述了一种设备，该设备包括要集成到服装中的传感器电子器件阵列；贯穿该服装的总线，该总线与传感器阵列连接；以及计算机，该计算机具有示出手势评估结果的显示器。
这一文献公开了一种基于邻近度的运动检测系统，该系统包括电容式传感器阵列(CSA)组件和控制器，该CSA组件包括由至少两个电容器板和运送来自电容器板的信号的导电线组成的CSA。
设备的电容器板和其他组件优选地由导电织物制成，该导电织物可被集成到其他织物中，诸如衣服、床上用品等，或者可被集成到环境中(例如，家具、轮椅、车辆座椅等)。
除了增加导电织物部分故障的可能性，导电织物似乎还使得文献US2015301603和US2015199045的设备体积庞大。
本发明的目的是创建一种可穿戴服装，其在服装自身内实现柔性触摸阵列，从而避免现有技术的上述问题。
这一目的和其他目的是通过根据独立权利要求的可穿戴触敏服装来实现的。
从属权利要求描绘了优选和/或特别有利的各方面。
发明内容
本公开的一实施例提供了一种可穿戴触敏服装，其包括被集成到该服装中的电子电容式传感器的阵列，该电子电容式传感器的阵列包括多个电极，每个电极单独地电连接到电子控制单元(ECU)，该ECU被配置成评估电极中的每一者与穿戴者的触摸之间的寄生电容性耦合，该ECU被提供有可读显示器，该可读显示器被配置成显示表示在该阵列上执行的手势的指示。
术语“寄生电容性耦合”在本文中旨在指示电容性电极与穿戴者的触摸的寄生电容之间的电容性耦合。一般而言，当能够提供寄生电容的对象(例如，穿戴者的触摸)靠近根据本发明的设备的电容性电极时，在该电容性电极中出现电容增大。这一事实是由于电容性电极与对象靠近该电容性电极的寄生电容之间的电容性耦合。
电容的这种增大及其变化可被传送到ECU以进行进一步计算，如以下所解释的。
除以上之外，本发明还包括一种在检测到在阵列上执行的手势时提供触觉反馈的振动器。
根据本发明的触敏服装可被用作用户接口来控制其他设备(诸如平板手机)或用于其他应用。
根据本发明，电子设备自身是触敏的，并且它与预期用户输入的区域相对应地放置。
例如，电子电容式传感器的阵列沿着所述服装的接缝布置。
在本发明的一些实施例中，ECU可与蓝牙(BT)模块或蓝牙低能耗(BLE)模块对接，以无线地连接到远程系统，诸如平板电脑、智能电话、或平板手机。
本发明的另一优点是，它避免了与将纺织品自身用作感测电极相关联的问题，如在以上所解释的，这在实践中并不容易，因为使用了相对于纺织材料不同的材料。同样，在使用纺织材料的情形中，传感器纱线必须通过多次剥离和绞合来制备并通过焊接和层压来连接到电子设备，所有这一切都被本发明避免。
本发明的进一步优点是，与基于纺织品的触摸感测应用相比，本发明的设备更容易成卷地大量生产，并作为具有可拉伸总线的柔性“带”集成到服装制作过程中，以被放置在肉眼完全不可见的接缝内。
根据本发明的一实施例，本发明的设备可按使得ECU被集成到服装中的方式来制造。
作为示例，本发明的设备可按小尺寸来制造，甚至被集成到服装的标志片内，从而使ECU完全不可见。
本发明的设备能够以几乎100％的准确度和精度来捕获手势事件。
而且，手势在服装上的评估使设备的能耗降低，因为它减少了要传输到要被控制的移动设备的数据量。
本发明进一步包括一种检测在可穿戴触敏服装上执行的触摸事件的方法，该方法包括：
提供可穿戴触敏服装；
提供被集成到该服装中的电子电容式传感器的阵列，该电子电容式传感器的阵列包括多个电极，
评估由该多个电极提供的电容变化；
根据由该多个电极提供的电容变化来确定在该触敏服装上执行的触摸事件；
激活振动器，该振动器与该触敏服装相关联并且被配置成在检测到在该阵列上执行的手势时提供触觉反馈。
最后，本发明还包括一种对在可穿戴触敏服装上执行的手势进行编码的计算机实现的数据结构。
附图说明
将参考以非限制性示例给出的附图来更详细地讨论本发明的其他方面和优点，其中：
图1示出了本发明的一实施例的前部的平面图；
图2示出了图1的本发明的一实施例的背部的平面图；
图3示出了根据本发明的一实施例的服装；
图4示出了本发明的一实施例的示意图；以及
图5示出了例示本发明的可能操作模式的图形。
具体实施方式
现在将参照附图来描述本发明的示例性实施例，而无意限定本申请和用途。
现在将首先参照图1来描述本发明，在图1中示出了本发明的一实施例的前部的平面图。
具体而言，图1表示可被集成到服装100中的电子电容式传感器的阵列12，该电子电容式传感器的阵列12包括多个电极E1-E5和电子控制单元(ECU)(30)，ECU 30被提供有可读显示器35，该可读显示器35被配置成显示表示在阵列12上执行的手势的指示。
阵列12的电极E1-E5单独地电连接到电子控制单元(ECU)30以形成系统10，该系统10作为触敏服装简化人机接口(RHI)来操作。
ECU 30被提供有可读显示器35，该可读显示器35被配置成显示表示在阵列12上执行的手势的指示。
此外，电子电容式传感器的阵列12可被连接到振动器20，该振动器20被配置成在检测到在阵列12上执行的手势时向触敏服装的用户提供触觉反馈。
系统10可因此包括电极的柔性触敏1D或2D阵列12，其可被用于监视手势。
阵列12可由耐洗(wash-fast)的密封剂封装以抵抗在服装100上执行的洗衣操作。
图2示出了图1的本发明的一实施例的背部的平面图，具体而言，在图2中，已经示意性地指示了电力线42、44，以及已经示意性地指示了信号线51-55，每条信号线51-55将相应电极E1-E5连接到ECU 30。
电极E1-E5的阵列12可经由柔性总线25来连接到电子控制单元30，以向和从柔性触敏1D或2D阵列12运送电力和数据。在图4中公开了这一实施例。
根据本发明的一方面，ECU 30被配置成通过检测电容性电极的电容值的增大(或变化)来评估寄生电容性耦合。
这种寄生电容性耦合可例如借助于服装100的穿戴者的手势或触摸来生成。
然而，必须注意到，在本发明的替换实施例中，传感器阵列12也可被放置在前端电子设备上方，作为节省空间和电池电量的一实施例。
具体而言，总线和服装计算机都可被放置在最终产品中的传感器阵列下方，如例如在图3所描绘的，图3示出了根据本发明的这一替换实施例的服装。
该实施例中的消除总线的优点可由以下事实来概括：要将信号从感测元件运送到电子设备的总线可能导致尚未完全解决的问题，因为电容信号的恰适路由需要冗长且非敏的路径，而这是昂贵的。
消除总线因此不会产生路由电容信号的问题，而是相反地具有消除这种问题的效果。
系统10可进一步包括蓝牙(BT)模块，或者替换地包括蓝牙低能耗(BLE)模块，以将系统10无线地连接到远程系统，诸如平板电脑、智能手机、或平板手机。
在可穿戴触敏服装100上执行的手势因此可被用来控制或在此类远程系统上操作。
传感器阵列12可使用柔性印刷电路板(PCB)(诸如但不限于具有铜层的双侧聚酰亚胺胶(kapton))、或具有PET膜上的导电墨水的数字印刷柔性板、或通过柔性带彼此连接的刚性岛、或为了形成传感器阵列12的类似物制成。
一般而言，本发明提供了简化版本的人机接口(RHI)，该RHI可被集成到服装的接缝中，例如以检测一维手势事件，诸如i)仅轻拍，ii)向上滑动，以及iii)向下滑动。
关于术语“接缝”，在本说明书中意指牛仔裤或任何裤子的侧缝或通常任何服装的接缝，或者服装中包括服装的两个叠覆部分的任意部分。
作为非限定性示例，传感器电子设备的宽度可被限为1.5cm，而服装计算机可被限为6x3x1.5cm3。
该传感器电子设备的宽度有利地允许该传感器电子设备沿着服装100的接缝65(例如，口袋60的接缝65或其他接缝(图3))延伸。
在使用电极E1-E5填充阵列12之后，整个电路被树脂涂敷并且随后被硅涂敷。
替换实施例不具有硅涂敷。经硅涂敷的电路相对于不具有硅涂敷的电路具有较低敏感度。
每次作出决策时，经由振动器20提供触觉反馈，振动器20在预定时间量(例如，50ms)内震动，以发信号通知手势捕获或决策制定算法的调用。
至少需要两个或三个传感器电极来实现本发明的各功能性或者至少两个或三个传感器电极足以实现本发明的各功能性，然而，为了获得精度和稳健性，一些冗余被认为是需要的，因此本文中所描述的实施例具有5个传感器，即电极E1-E5。
系统的操作是可靠的，并且决策几乎是100％正确的。该算法也抑制无意的轻拍。
图5示出了例示本发明的可能操作模式的图形。
具体而言，在图5中，表示了由传感器阵列12产生的示出有意的“向下”和“向上”滑动手势以及无意的触摸实例的原始数据。
所描绘的无意的触摸实例或噪声能够被成功地抑制，而不会影响决策制定算法在标识有意的“向下”和“向上”滑动手势时的正确性。
可在显示器35上显示对应的指示。
虽然在上述概要以及详细描述中已经给出了至少一个示例性实施例，但应当领会存在众多数量的变型。还应领会，一个或多个示例性实施例仅是示例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。确切而言，上述概要和详细描述将向本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的常规路线图，应理解，可在示例性实施例中描述的元件的功能和布置中作出各种变化，而不脱离如所附权利要求及其法律等效物所阐明的范围。

Claims (11)

1.一种可穿戴触敏服装(100)，其包括被集成到所述服装(100)中的电子电容式传感器的阵列(12)，所述电子电容式传感器的阵列(12)包括多个电极(E1-E5)，每个电极(E1-E5)被单独地电连接到电子控制单元(ECU)(30)，所述ECU(30)被配置成评估所述电极(E1-E5)中的每一者与穿戴者的触摸之间的寄生电容性耦合，所述ECU(30)被提供有可读显示器(35)，所述可读显示器(35)被配置成显示表示在所述阵列(12)上执行的手势的指示。
2.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述电子电容式传感器(12)的阵列(12)被连接到振动器(20)，其中所述振动器(20)被配置成在检测到在所述阵列(12)上执行的手势时提供触觉反馈。
3.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述阵列(12)由耐洗密封剂封装。
4.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述阵列(12)被放置在所述电子控制单元(ECU)(30)上方并借助于多条信号线(51-55)连接到所述ECU(30)，每条信号线将相应电极(E1-E5)连接到所述ECU(30)，以向所述ECU(30)传达寄生电容性耦合信号。
5.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述阵列(12)沿着所述服装(100)的接缝布置。
6.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述阵列(12)被配置为包括提供有铜层的双侧聚酰亚胺胶层的柔性印刷电路板(PCB)或被配置为提供有PET膜上的导电墨水的数字印刷柔性板或被配置为通过柔性带彼此连接的刚性岛。
7.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述阵列(12)被树脂涂敷和/或被硅涂敷。
8.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述ECU(30)能够与蓝牙(BT)模块或蓝牙低能耗(BLE)模块对接，以无线地连接到远程系统，诸如平板电脑、智能电话、或平板手机。
9.如权利要求1所述的触敏服装(100)，其特征在于，所述ECU被集成到所述服装(100)中。
10.一种检测在可穿戴触敏服装(100)上执行的触摸事件的方法，所述方法包括：
提供可穿戴触敏服装(100)；
提供被集成到所述服装(100)中的电子电容式传感器的阵列(12)，所述电子电容式传感器的阵列(12)包括多个电极(E1-E5)，
评估由所述多个电极(E1-E5)提供的电容变化；
根据由所述多个电极(E1-E5)提供的电容变化来确定在所述触敏服装(100)上执行的触摸事件；
激活振动器(20)，所述振动器(20)与所述触敏服装(100)相关联并且被配置成在检测到在所述阵列(12)上执行的手势时提供触觉反馈。
11.一种对在可穿戴触敏服装(100)上执行的手势进行编码的计算机实现的数据结构，所述可穿戴触敏服装(100)包括被集成到所述服装(100)中的电子电容式传感器的阵列(12)，所述电子电容式传感器的阵列(12)包括多个电极(E1-E5)，所述数据结构包括在所述可穿戴触敏服装(100)上执行手势事件的预定时间区间期间由所述多个电极(E1-E5)生成的原始触摸数据，所述数据结构适于由电子控制单元(30)根据权利要求10的所述方法来解读。
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