CN111759035A - 一种智能触摸手套、手姿检测装置、虚拟键盘及控制终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能触摸手套、手姿检测装置、虚拟键盘及控制终端。手套本体设置导体、电路模块与检测模块；导体设置在手套本体中各手指上；电路模块包括五个输出端口，分别连接各导体；检测模块用于检测各导体的电容；使用者穿戴所述智能触摸手套，通过检测模块检测各导体的电容值变化与否可探测手指姿态。本发明结构简单，穿戴舒适感高，可作为手姿检测装置、虚拟键盘与智能设备的控制终端。
Description
技术领域
本发明属于手套与智能设备技术领域，尤其涉及一种智能触摸手套、手姿检测装置、虚拟键盘及控制终端。
背景技术
近年来，可穿戴电子技术越来越受到人们的广泛关注。目前，开发研究的可穿戴电子产品包括智能手表、持续医疗监测器、健身监测器、以及带有环境传感器的服装等。
手套是人们生活中一种常用的穿戴产品。作为智能穿戴设备中的一种，智能手套可为人们提供多种交互功能，设置于智能手套内部的传感器可以检测和区分不同的交互类型，如触摸、运动存在、敲击、温度变化等。开发研究智能手套的新功能，进一步为人们的工作生活提供便利、趣味是科技工作者的目标之一。
另外，目前设置在手套内部或表面的传感器和电路板往往体积较大，硬度较大，大大降低了穿戴舒适感，为此增加智能手套的穿戴舒适性是该领域的另一目标。
发明内容
本发明提供一种智能手套，其穿脱方便，可获知手指姿态或者手指与外界导体是否相接触。
本发明的技术方案为：一种智能触摸手套，包括手套本体，其特征是：手套本体设置导体、电路模块与检测模块；
所述导体设置在手套本体中各手指上，即，大拇指设置第一导体，食指设置第二导体，中指设置第三导体，无名指设置第四导体，小拇指设置第五导体；
电路模块包括五个输出端口，分别与导体连接，构成电容触摸传感器，即，当该导体与其他导体相接触时，该导体电容发生变化，具体如下：
第一输出端口输出低电平，并且第一输出端口电连接第一导体；
第二输出端口输出高电平，并且第二输出端口电连接第二导体；
第三输出端口输出高电平，并且第三输出端口电连接第三导体；
第四输出端口输出高电平，并且第四输出端口电连接第四导体；
第五输出端口输出高电平，并且第五输出端口电连接第五导体；
检测模块用于检测各导体的电容；
使用者穿戴所述智能触摸手套，通过检测各输出端口的电容值变化与否探测手指姿态。
作为一种实现方式，手指中由于大拇指相对独立，可灵活地与其余手指相触摸，因此当大拇指与其余手指相触摸，第一导体与其余导体相接触时，其余导体的电容发生变化，因此通过检测模块检测其余导体的电容变化与否能够探测手指姿态，当某导体的电容值发生变化，则大拇指与该导体对应的手指呈接触姿态，即：
当第二导体的电容值变化，则大拇指与食指呈接触姿态；
当第三导体的电容值变化，则大拇指与中指呈接触姿态；
当第四导体的电容值变化，则大拇指与无名指呈接触姿态；
当第五导体的电容值变化，则大拇指与小拇指呈接触姿态。
作为另一种实现方式，各手指分别与外界导体相接触时，各手指对应的导体的电容发生变化，因此通过检测模块检测各导体的电容变化与否能够探测与该导体相对应的手指姿态，当某导体的电容值发生变化，则与该导体对应的手指与外界导体呈接触姿态，即：
当第一导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第二导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第三导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第四导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第五导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态。
作为优选，所述导体设置在各手指指尖位置。
作为优选，所述导体通过弹性导线关于各输出端口连接。
所述导体的材料不限，包括金属、石墨、导电纤维、导电玻璃、导电橡胶、导电塑料等。
所述外界导体的材料不限，包括人体、大地、金属、石墨、导电纤维、导电玻璃、导电橡胶、导电塑料等。
所述手套本体的材料不限，考虑到穿戴舒适性与灵活性，优选采用弹性材料，可提高舒适度和灵活性。
本发明中，弹性是指在外力作用下能够发生弯曲、拉伸等变形，并且当外力撤除时具有一定形状恢复能力的性能。
作为优选，所述导体连接在手套本体上，与手套本体一体化，连接方法不限，包括通过粘结、热压、缝合中的一种方法或者几种。
作为一种实现方式，所述电路模块与检测模块集成在一起。
作为优选，所述电路模块具有柔性。
作为优选，所述检测模块具有柔性。
本发明的智能触摸手套可作为一种包括上控制键、下控制键、左控制键、右控制键的虚拟键盘，使用者穿戴所述智能触摸手套，通过检测模块检测各导体的电容值变化与否探测手指姿态；如下手指姿态一至手指姿态四中的一种触发上控制键、下控制键、左控制键、右控制键中的一种，并且一种手指姿态触发一种控制键，每种手指姿态触发不同的控制键：
手指姿态一：大拇指与食指接触；
手指姿态二：大拇指与中指接触；
手指姿态三：大拇指与无名指接触；
手指姿态四：大拇指与小拇指接触。
或者，如下手指姿态一至手指姿态五中的一种触发上控制键、下控制键、左控制键、右控制键中的一种，并且每种手指姿态触发不同的控制键：
手指姿态一：大拇指与外界导体接触；
手指姿态二：食指与外界导体接触；
手指姿态三：中指与外界导体接触；
手指姿态四：无名指与外界导体接触；
手指姿态五：小拇指与外界导体接触；
本发明的智能触摸手套还可作为智能设备的控制终端，此时手套本体还设置控制模块，所述检测模块将检测结果输出至控制模块，控制模块将该检测结果转化为控制指令发送至智能设备，用于控制智能设备。
作为一种实现方式，控制模块中包括数据库，其中存储检测结果与控制指令之间的对应关系，控制模块根据所述数据库得到与所述检测结果对应的控制指令。
控制指令发送至智能设备的方式不限，包括有线发送与无线发送。
所述智能设备不限，包括机器人，康复训练装置，无人机等。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明巧妙地利用了手套的结构特点：手指细长、独立灵活，尤其是大拇指与其余四肢触摸灵活，手掌相对结构平整，姿态变化较少，采用导体、电路模块与检测模块，将导体设置在手套本体的手指部位，通过导线与电路模块连接构成电容触摸传感器，结构简单，穿戴舒适感高；使用者穿戴所述智能触摸手套，通过检测模块检测各导体的电容变化与否能够得到大拇指与其余手指触摸与否，从而获知使用者的手姿，因此可作为手姿检测装置，或者当手指与外界导体有接触可能时，可通过检测模块检测各导体的电容变化与否能够得到各手指是否与外界导体相接触；
(2)本发明优选将导体设置在指尖，将电路模块与检测模块设计在手掌部位，不仅能够进一步提高穿戴舒适感，而且在实际应用中当手套受到折叠、揉搓、挤压等外力作用时，各元件所遭受的影响较低，有利于提高性能的稳定；当导体、导线、电路模块、检测模块中的一种或者多种采用柔性结构时，更加提高了穿戴舒适感与灵活感；
(3)本发明的智能触摸手套可作为一种包括上控制键、下控制键、左控制键、右控制键的虚拟键盘，将人体动作与控制键相结合，增加了趣味性与健身性。
(4)本发明的智能触摸手套可作为智能设备的控制终端，通过手指的姿态变化控制智能设备，一方面不仅拓宽了智能手套的应用范围，增加了趣味性，而且解决了使用键盘、控制按钮控制智能设备的单调性与枯燥性。
附图说明
图1是本发明实施例1中智能触摸手套的结构示意图。
图2是本发明实施例1中智能触摸手套的一种手指姿态图。
图3是本发明实施例1中智能触摸手套的另一种手指姿态图。
图4是本发明实施例3中智能触摸手套的结构示意图。
图1-4中的附图标记为：1-手套本体；第一导体21；第二导体22；第三导体23；第四导体24；第五导体25；电路模块3；导线41-45；外界导体5；检测模块7；第一输出端口61；第二输出端口62；第三输出端口63；第四输出端口64；第五输出端口64。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，如图1所示，智能触摸手套包括手套本体1，手套本体1各手指部位的指尖处设置导体，即，大拇指设置第一导体21，食指设置第二导体22，中指设置第三导体23，无名指设置第四导体24，小拇指设置第五导体25。
手套本体1还设置电路模块3与检测模块7。
电路模块包括五个输出端口，分别与导体连接，构成电容触摸传感器，具体如下：
第一输出端口61通过导线41连接第一导体21；
第二输出端口62通过导线42连接第二导体22；
第三输出端口63通过导线43连接第三导体23；
第四输出端口64通过导线44连接第四导体24；
第五输出端口65通过导线45连接第五导体25；
检测模块7用于检测各导体的电容。
本实施例中，本实施例中，电路模块与检测模块集成在一起，采用数字电容芯片PCAP01，可直接读取电容值，并且采用STM32F103C8T6进行数据处理，从而实现高精度快速测量。
本实施例中，设置于大拇指处的导体21将不会被检测模块采集电容，仅充当一种导电材料，其余四根手指(无名指、中指、食指、小拇指)处的导体将被检测模块采集电容的变化情况，当大拇指处的导体与其余四根手指上的导体接触时，四根手指上的导体的电容将发生变化，因此通过检测模块检测各导体的电容变化与否能够探测手指姿态，即：
如图2所述，当第二输出端口62的电容变化，则大拇指与食指呈接触姿态；
如图3所述，当第三输出端口63的电容变化，则大拇指与中指呈接触姿态；
如图2所述，当第四输出端口64的电容变化，则大拇指与无名指呈接触姿态；
如图2所述，当第五输出端口65的电容变化，则大拇指与小拇指呈接触姿态。
本实施例中，电源设置于电路模块3内，与电路模块3一体化，为电路模块3以及导体供电。
本实施例中，手套本体由纺织材料制成，穿戴后舒适感强，可自如运动。
本实施例中，导线41、42、43、44、45是弹性导线，由弹性体和液态金属复合而成，弹性体是热塑性弹性体TPE，液态金属是GaInSn或GaIn合金，弹性体构成中空的管体，液体金属位于该管体的中空腔体内。
本实施例中，第一导体21、第二导体22、第三导体23、第四导体24与第五导体为导电材料，例如金属、石墨、导电纤维、导电玻璃、导电橡胶、导电塑料等。
本实施例中，电路模块为柔性结构，其电路基底为聚酰亚胺。
本实施例中，导体通过粘结、热压或者缝合等方法连接在手指指尖处，从而与手套本体一体化。
实施例2：
本实施例提供一种虚拟键盘，对智能设备的上、下、左、右四个方向进行相应控制，其实际载体为智能触摸手套，该智能触摸手套的结构与实施例1中的智能触摸手套的结构基本相同，所不同的是手套本体还设置控制模块，所述检测模块将检测结果输出至控制模块，控制模块将该检测结果转化为控制指令发送至智能设备。
本实施例中，检测结果与控制指令的对应如下：
当大拇指与食指接触时，触发上控制键，如图2所示；
当大拇指与中指接触时，触发下控制键，如图3所示；
当大拇指与食指接触时，触发左控制键；
当大拇指与小拇指接触时，触发右控制键。
实施例3：
本实施例中，如图1所示，智能触摸手套包括手套本体1，手套本体1各手指部位的指尖处设置导体，即，大拇指设置第一导体21，食指设置第二导体22，中指设置第三导体23，无名指设置第四导体24，小拇指设置第五导体25。
手套本体1还设置电路模块3与检测模块7。
电路模块包括五个输出端口，分别与导体连接，构成电容触摸传感器，具体如下：
第一输出端口61通过导线41连接第一导体21；
第二输出端口62通过导线42连接第二导体22；
第三输出端口63通过导线43连接第三导体23；
第四输出端口64通过导线44连接第四导体24；
第五输出端口65通过导线45连接第五导体25；
检测模块7用于检测各导体的电容。
本实施例中，电路模块采用数字电容芯片PCAP01，可直接读取电容值，并且采用STM32F103C8T6进行数据处理，从而实现高精度快速测量。
本实施例中，使用者穿戴上该智能触摸手套并开启电路模块与检测模块的电源之后，当各手指与外界导体接触时，手指处的触摸传感器电容将发生变化，因此通过检测模块检测各导体的电容变化与否能够探测各手指是否与外界导体5相接触，即：
如图4所述，当第一输出端口61的电容变化，则大拇指与外界导体5呈接触姿态；
当第二输出端口62的电容变化，则食指与外界导体5呈接触姿态；
当第三输出端口63的电容变化，则拇指与导体5呈接触姿态；
当第四输出端口64的电容变化，则无名指与导体5呈接触姿态；
当第五输出端口65的电容变化，则小拇指与导体5呈接触姿态；
本实施例中，电源设置于电路模块3内，与电路模块3一体化，为电路模块3以及导体供电。
本实施例中，手套本体由纺织材料制成，穿戴后舒适感强，可自如运动。
本实施例中，导线41、42、43、44、45是弹性导线，由弹性体和液态金属复合而成，弹性体是热塑性弹性体TPE，液态金属是GaInSn或GaIn合金，弹性体构成中空的管体，液体金属位于该管体的中空腔体内。
本实施例中，第一导体21、第二导体22、第三导体23、第四导体24与第五导体为金属导电材料。
本实施例中，电路模块为柔性结构，其电路基底为聚酰亚胺。
本实施例中，电路模块与检测模块集成在一起。
本实施例中，导体通过粘结、热压或者缝合等方法连接在手指指尖处，从而与手套本体一体化。
实施例4：
本实施例提供一种机器人的控制终端，采用实施例3中的智能触摸手套，并且该智能触摸手套的手套本体还设置控制模块，所述检测模块将检测结果输出至控制模块，控制模块将该检测结果转化为控制指令发送至智能设备。
本实施例中，检测结果与控制指令的对应如下：
当大拇指与食指接触时，触发上控制键，如图2所示；
当大拇指与中指接触时，触发下控制键，如图3所示；
当大拇指与食指接触时，触发左控制键；
当大拇指与小拇指接触时，触发右控制键。
控制模块中包括数据库，其中存储检测结果与控制指令之间的对应关系，具体如下：
当大拇指与外界导体接触时，触发控制模式1；
当无名指与外界导体接触时，触发控制模式2；
当中指与外界导体接触时，触发控制模式3；
当食指与外界导体接触时，触发控制模式4；
当小拇指与外界导体接触时，触发控制模式5；
检测模块将检测结果输出至控制模块，控制模块根据所述数据库得到与所述检测结果对应的控制指令，控制指令发送至机器人，对机器人进行控制。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种智能触摸手套，包括手套本体，其特征是：手套本体设置导体、电路模块与检测模块；
所述导体设置在手套本体中各手指上，即，大拇指设置第一导体，食指设置第二导体，中指设置第三导体，无名指设置第四导体，小拇指设置第五导体；
电路模块包括五个输出端口，具体如下：
第一输出端口输出低电平，并且第一输出端口电连接第一导体；
第二输出端口输出高电平，并且第二输出端口电连接第二导体；
第三输出端口输出高电平，并且第三输出端口电连接第三导体；
第四输出端口输出高电平，并且第四输出端口电连接第四导体；
第五输出端口输出高电平，并且第五输出端口电连接第五导体；
检测模块用于检测各导体的电容。
2.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：使用者穿戴所述智能触摸手套，通过检测各输出端口的电容值变化与否探测手指姿态。
3.如权利要求2所述的智能触摸手套，其特征是：当某导体的电容值发生变化，则大拇指与该导体对应的手指呈接触姿态，即：
当第二导体的电容值变化，则大拇指与食指呈接触姿态；
当第三导体的电容值变化，则大拇指与中指呈接触姿态；
当第四导体的电容值变化，则大拇指与无名指呈接触姿态；
当第五导体的电容值变化，则大拇指与小拇指呈接触姿态。
4.如权利要求2所述的智能触摸手套，其特征是：当某导体的电容值发生变化，则与该导体对应的手指与外界导体呈接触姿态，即：
当第一导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第二导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第三导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第四导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态；
当第五导体的电容值变化，则大拇指与外界导体呈接触姿态。
5.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：所述导体设置在各手指指尖位置；
作为优选，所述电路模块与检测模块设置在手掌位置。
6.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：所述导体通过弹性导线与各输出端口连接。
7.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：所述导体材料包括金属、石墨、导电纤维、导电玻璃、导电橡胶、导电塑料中的一种或者几种；
作为优选，所述外界导体包括人体、大地、金属、石墨、导电纤维、导电玻璃、导电橡胶、导电塑料中的一种或者几种。
8.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：所述手套本体材料为弹性材料。
9.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：所述导体连接在手套本体上，与手套本体一体化。
10.如权利要求8所述的智能触摸手套，其特征是：所述导体与手套本体的连接方法包括粘结、热压、缝合中的一种方法或者几种。
11.如权利要求1所述的智能触摸手套，其特征是：所述电路模块与检测模块集成在一起；
作为优选，所述电路模块具有柔性；
作为优选，所述检测模块具有柔性。
12.如权利要求1至11中任一权利要求所述的智能触摸手套，其特征是：手套本体还设置控制模块，所述检测模块将检测结果输出至控制模块，控制模块将该检测结果转化为控制指令。
13.如权利要求12所述的智能触摸手套，其特征是：控制模块中包括数据库，其中存储检测结果与控制指令之间的对应关系，控制模块根据所述数据库得到与所述检测结果对应的控制指令。
14.一种手姿检测装置，选用权利要求1至11中任一权利要求所述的智能触摸手套；
使用者穿戴所述智能触摸手套，通过检测模块检测各导体的电容值变化与否探测手指姿态。
15.一种虚拟键盘，选用权利要求12所述的智能触摸手套，使用者穿戴所述智能触摸手套，探测手指姿态；
如下手指姿态一至手指姿态四中的一种触发上控制键、下控制键、左控制键、右控制键中的一种，并且一种手指姿态触发一种控制键，一种控制键由一种手指姿态所触发；
手指姿态一：大拇指与食指接触；
手指姿态二：大拇指与中指接触；
手指姿态三：大拇指与无名指接触；
手指姿态四：大拇指与小拇指接触；
或者，如下手指姿态一至手指姿态五中的一种触发上控制键、下控制键、左控制键、右控制键中的一种，并且一种控制键由一种手指姿态所触发：
手指姿态一：大拇指与外界导体接触；
手指姿态二：食指与外界导体接触；
手指姿态三：中指与外界导体接触；
手指姿态四：无名指与外界导体接触；
手指姿态五：小拇指与外界导体接触。
16.一种智能设备的控制终端，选用权利要求12所述的智能触摸手套，控制指令发送至智能设备。
17.一种智能设备的控制终端，选用权利要求13所述的智能触摸手套，控制指令发送至智能设备。
18.如权利要求16或者17所述的智能设备的控制终端，其特征是：智能设备包括机器人、康复训练装置、无人机。
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