CN111694450A - 一种支持面触控手势控制的智能织物 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种支持面触控手势控制的智能织物，传统点触控的智能织物容易因为织物褶皱、意外触碰等原因导致误操作，存在稳定性差、鲁棒性低、操作难度大等缺点。本发明提出一种支持面触控的智能织物，具有五层结构，可识别触控区域的面积、形状特征及触控区域位置的变化，并根据触控区域的面积大小、形状不同、位置变化参数，执行不同控制指令。本发明创造所述的支持面触控手势控制的智能织物可增强手势控制的稳定性和鲁棒性，避免由于意外的小面积触碰而引起误操作，同时可降低智能织物的织造难度和制造成本，具有结构稳定、操控简单的特征，对智能织物的应用具有有益效果。

Description

一种支持面触控手势控制的智能织物

技术领域

本发明创造属于电容式触控技术和柔性织物技术领域，尤其是涉及一种五层复合的面触控式的智能织物。

背景技术

用于智能设备硬质屏幕的多点触控技术已经较为成熟。传统的柔性智能织物的控制技术一般也沿袭硬质屏幕的点触控技术路线。

例如国内文献《电容式多点触摸屏的器件设计及算法实现》描述了一种点触控屏结构。该表面电容式触摸屏的感应屏是一块四层复合玻璃屏，第一层是玻璃保护层，第二层为导电层，第三层是不导电的玻璃屏，第四层也是导电层。两个导电层分别各涂一层氧化铟锡实现其导电功能。这两个涂层导电材料分别沿X轴和Y轴的交叉形成电容，从而实现了多点触控的定位。

而在国内的柔性织物导电控制方面，国内专利(200810152294.4)报道了“一种柔性织物键盘”。该织物键盘开关为连续交替织造的支撑单元和孔洞单元结构，所述孔洞单元与键盘按键位置一一对应。孔洞单元的上层织入浮长线较长的经向导线，构成开关行电路，孔洞单元的下层对应地织入浮长线较长的纬向导线，构成开关列电路。这些织物键盘开关的上下导电层在压力作用下，通过绝缘层上的孔洞接触导通；释放压力后，上导电层通过弹性回复，电路断开。

上述传统柔性织物使用的是传统点触控技术，需使用单指点击、单指滑动、双指捏合等精细操作，对织物结构稳定性、织造技术以及操作精细度等方面要求较高。利用点触控织物开关制作的智能服装，在意外的小面积触控操作区域或者由于运动引起衣物褶皱变化时，都有可能会引起误操作；长期穿着或者经过揉搓洗涤以后，织物内部结构发生位移，也会导致电路失效。因此采用点触控技术的传统智能织物具有操作难度大、鲁棒性低、稳定性差、使用寿命短等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种支持面触控技术的智能织物，通过识别操作者整个手掌对智能织物触控区域的面积接触，采集触控面积大小、形状特征、面积位移等信息，从而发出不同的控制指令。操控该面触控智能织物，无需使用单指点击、单指滑动、双指捏合等精细操作，可采用手掌拍击、手掌抚摸、握拳捶打等符合人体自然特征的大动作指令。通过阈值控制，可有效避免由于意外触碰或者衣物褶皱而引起误操作。织物内部个别开关的误动作以及结构失效，对于整体面触控不会产生影响。因此，面触控技术相对于点触控技术，对织物结构、织造技术以及操作精细度等方面的要求显著降低。利用该面触控智能织物制作的可穿戴服装，可显著提高操作的稳定性和鲁棒性，降低织造难度和制造成本，具有稳定耐用、使用寿命长、操控简单自然等特征。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

该智能织物设计为五层，分别为上保护层，上导电层，绝缘层，下导电层和下保护层。保护层由绝缘织物制作，保证上下导电层不被损坏。上下导电层的导电纱线要求能够上下交叉形成矩阵式的电极阵列。绝缘层在上下层导电层之间由一层绝缘织物隔离。上下两层电容单元垂直交叉，分别对应X和Y轴坐标。上下两层电容单元作为横纵坐标轴用于触碰定位，再分别从上下两层电容单元的边角各引出两个电极，这四个电极用于传出触碰产生的电信号。

当人体触控保护层时，人体和保护层表面形成耦合电容，并在接触区域内的坐标检测电路中形成微小电流，控制器通过对这些电流计算，得出整个触控区域的多个触控点的位置。相比起传统的点触控，面触控有以下不同之处：当触控面积与总工作区域面积的比例大于一个阈值，则这次面触控为有效操作，并通过各个触控点的位置组合计算触控区域的面积及形状特征。最后，控制器根据触控面积大小、形状不同，发送不同控制指令给外围设备。

相对于现有技术，本发明创造所述的支持面触控手势控制的智能织物具有以下优势：

对比传统的人机交互信息装置，该装置便于携带，形状多变，能够在更多的场合应用。相比传统的织物开关，支持面触控的织物结构能够提供更多的触控点，降低了操作的精密性，避免了在织物内引出过多线路导致的信号干扰、排线复杂和织物柔性降低等问题。

本发明简化了织造工艺，不要求导电纱线的大变形和大位移，织造技术简单易行，结构稳定，成本低。在普通织机上即可实现连续织造，一次成型，便于工业化规模生产。上导电层和下导电层无需填充弹性织物进行隔离，因此增加了织物的柔性，保证多次使用后，内部结构依旧牢固稳定，具有较长的使用寿命。由于是通过整个织物的触控面所接收到的信号来发送控制信息，因此对整个织物检测电路的密度和精度要求也比较低，可降低织造成本。

附图说明

图1为面触控装置的整体结构；

图2为面触控装置的织物结构；

图3为智能织物的电容结构原理图；

图4为传统点触控与面触控的差别；

图5为工作区21和41的导电纱线结构。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例及附图来详细说明本发明创造。

如图1为智能织物面触控装置的整体结构。单元1为工作区，由导电纱线横纵交叉的部分组成。单元2为非工作区，用来支撑保护工作区。单元1和单元2由五层织物编织在一起，组成面触控的智能织物。

非工作区单元2中的A、B、C、D分别为四个电极，A、C对应于智能织物第二层非工作区对角上的的两个电极，B、D为智能织物第四层非工作区另外两个对角上的两个电极。第二层和第四层的导电纱线横纵交叉形成电容，手掌触碰织物，会通过电容形成交流电，第二层和第四层产生的交流电可以分别流向每层对应的两个电极，并且电流大小与到触点的距离有关。

第二层的导电织物为纬导电纱线，对应坐标X轴，连接电极A、C的导线上，电流分别为Ia，Ic；第四层的导电织物为经导电纱线，对应坐标Y轴，连接电极B、D的导线上，电流分别为Ib，Id。当使用者按压智能织物工作区时，身体和工作面形成一个耦合电容，人体处于“地”的电位，对于高频电压而言，电容是直接导体，此时智能织物四个角上的电极存在电位差可实现电路导通，四角引线上产生很小的电流流向人体。

第二层与第四层产生的电流与触控部位成比例。这些电流从电极出发，通过单元3坐标检测电路将这四个电流传输给单元4单片机及电容控制器，通过对Ia，Ib，Ic，Id四个电流比例进行计算，与单元5终端建立通信，输送可供识别的X、Y轴坐标信号，得出触控位置。

通过单元3坐标检测电路连续采集整个单元1工作区的所有触控点位置，并通过单元4单片机及电容控制器中的算法进行识别。若触控点与总工作区域点的比例大于一个阈值，则本次面触控为有效操作，并通过各个触控点的位置判断触控区域的面积及形状特征；根据触控面积大小、形状不同，执行不同控制指令。最终将触控手势所代表的控制信息传递到单元5的外围终端上，从而实现了手势控制的功能。

如图2为面触控装置的织物结构。该织物结构包含五层，每一层的具体结构如下所述。第一层10和第五层50为触控层和保护层，表面向上的一层提供触摸区域，该两层均是由非导电纱线编制而成，主要作用是保护中间第二层20和第四层40织物的结构稳定，不被破坏。其中11和51单元为图1中的单元1工作区，12和52为单元2非工作区。

在第二层20中，工作区21由具有导电功能的纬浮长线和非导电功能的经浮长线组成，其中纬浮长线提供触控定位功能，经浮长线提供连接支撑作用。在工作区21的上下区22由非导电经纬纱交织实现。在工作区21的左右区23由导电纬纱和非导电经纱交织实现。

第三层30是绝缘层，由非导电经纬纱交织实现。将第二层20和第四层40分隔开，避免工作区21、41中的导电纱线直接接触，形成短路。并从紧贴绝缘层的第二层上下区22和第四层左右区42中各取两个对角，并从中分别引出电极。

在第四层40中，工作区41由具有导电功能的经浮长线和非导电功能的纬浮长线组成，其中经浮长线提供触控定位功能，纬浮长线提供连接支撑作用。在工作区41的左右区42由非导电经纬纱交织实现。在工作区41的上下区43由导电经纱和非导电纬纱交织实现。

第二层20和第四层40分别是上下导电层，组合实现面触控手势控制功能。上下两层电容单元垂直交叉，分别对应X轴和Y轴。在工作区21和41中，经纬纱不能同时为导电纱线，以免短路，影响触摸定位。工作区可以采取导电纱线浮长线的形式，工作区21和41导电纱线的疏密不一定相同，如工作区21的导电纱线可以按每隔3mm进行编织，而工作区41的导电纱线则可以按每隔5mm进行编织。其他的织造方法只要能让工作区21或41避免短路，并满足工作区21和工作区41的导电纱线上下交叉形成平面坐标轴的条件，则该织造方法也属于本发明的范畴。

如图3为智能织物的电容结构。这些电容处于工作区21、41的导电浮长线交叉形成的区域；非工作区的22、23、42、43，作用是连接保护工作区的导电织物。第二层20中工作区21与第四层40中工作区41中的导电经纬浮长线，形成矩阵式的电极阵列，这些横纵交错的电极交叉处会形成电容矩阵，也就是说横向电极和纵向电极分别构成了电容的两级。

如图4为面触控不同于传统的点触控。传统点触控6的手指触控单工作区1时，将影响触点附近两个电极间的耦合，从而导致该导电织物电容量变化。分别确定横向坐标和纵向坐标，然后组合成平面的触控坐标。

而面触控7的手掌触碰触控装置的工作区1时，同样由导电织物电容量变化产生电流。但需要通过电流判断手掌接触到的触控点与织物的总触控点比例是否大于设定的比例，大于设定比例时判定触控有效；根据单元3坐标检测电路检测的电流，将电流传递给单元4单片机及电容控制器中，计算触控区域的面积、形状及位置，并依据预先设定的手势识别模型，判定该手势的含义；比如说一个手掌拍击动作，当拍击面积大于设定阈值后判断有效，接着判定触控的位置与形状，假设该动作的预设操作为开机，由单元4单片机及电容控制器做出判断。最后，单元4单片机及电容控制器向单元5外围终端设备发送相应的开机控制指令。单元4单片机及电容控制器可通过USB、蓝牙、ZigBee等协议实现控制指令的传输，实现对单元5外围终端设备的有线或者无线控制。

如图5为工作区21和41的导电纱线结构，是对工作区21和41的导电纱线结构更详细的解释，不构成对本发明权利要求保护范围的限制。

本发明创造所述的智能织物，可以采用普通织机和三维织造工艺完成。按照织造工艺，设计第二层20和第四层40横纵两个方向的平面结构，即设计横纵方向形成网格的织物形状。

根据智能服装控制的特点，本发明创造所述智能织物对导电层的密度和精度要求不高，功能层的两层导电织物不需要安排的太过密集，同一方向上的导电织物每隔3mm-8mm进行布置即可。具体形状结构可以用导电纱线编织为图5所示的条形导电织物。工作区21和工作区41为横纵两层条形导电织物相互交叉，形成网格状，交叉点即为电容，组合成平面的触控坐标轴。该平面坐标轴通过电极A、B、C、D与单元3坐标检测电路连接。该简单的织物结构增加了智能织物的柔性，同时减少了织物整体的编织难度。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种支持面触控手势控制的智能织物，其特征在于：包含工作区、坐标检测电路、控制模块，支持面触控手势控制。

2.根据权利要求1所述的支持面触控手势控制的智能织物，其特征在于：该织物包含五层，第一层和第五层分别为上保护层和下保护层，采用绝缘织物，保护其他层不被损坏；第二层和第四层分别为上导电层和下导电层，这两层由导电织物组成电容单元，并与坐标检测电路连接，作用是采集触控点坐标位置并传输给控制电路；第三层为绝缘层，作用是防止第二层和第四层导电织物直接接触导致短路。

3.根据权利要求1所述的支持面触控手势控制的智能织物，其特征在于：该坐标检测电路包含上下两层电容单元，垂直交叉，分别对应X和Y轴坐标。

4.根据权利要求1所述的支持面触控手势控制的智能织物，其特征在于：该控制模块通过对坐标检测电路中电流信号的计算，得出面触控区域内多个触控点的位置，若触控面积与总工作区域面积的比例大于一个阈值，则本次面触控为有效操作，并通过各个触控点的位置计算触控区域的面积及形状。

5.根据权利要求1所述的支持面触控手势控制的智能织物的支持面触控手势，其特征在于：可识别触控区域的面积及形状特征，根据触控面积大小、形状不同，执行不同控制指令。

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