CN114543650A - 一种柔性应变可拉伸传感器以及智能手套 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性应变可拉伸传感器以及智能手套，以解决现有硬质刚性传感器制作成本过高，穿戴舒适性、贴合性较差，对人手动作阻碍性较高等问题。本发明中柔性应变可拉伸传感器基于碳纳米管制作而成，其具有高稳定和超灵敏的优点，智能手套采用上述柔性应变可拉伸传感器，并通过改变传感器的外部结构，增加了传感器自身的响应度，使得传感信号的特征得到了较大增强，使得手势识别更加细致和精确；另外，由传感器同一端部进行引线，避免了引线复杂问题，降低了运动过程中导线位移对传感信号造成的干扰。本发明还改进了导线与柔性传感器之间的刚柔互连的问题，避免了导线在手指运动中对柔性传感器上的导电敏感材料分布造成影响。
Description
技术领域
本发明属于可穿戴智能柔性电子技术领域，尤其涉及一种柔性应变可拉伸传感器，以及采用所述柔性应变可拉伸传感器的柔性智能手套。
背景技术
近年来，柔性可穿戴电子蓬勃发展，预示着人机交互的新一轮革命，自然的、符合人类习惯的人机交互方式受到了人们的偏爱。智能手套作为一种直观的人机交互方式在过去的40年里一直不断地研究发展，以支持基于手和手指运动的人机交互。
但传统的智能手套设计大多笨重、复杂，集成的传感器多为硬质IMU传感器，制作成本过高，穿戴时舒适性、贴合性都很差，而且对人手动作的阻碍性较高，限制了人手本身的自由度、灵活度。因此，有必要开发具有优异机械柔性和拉伸性的柔性人机接口。
为了解决上述问题，现有技术中曾提出一些利用柔性传感器制作而成的智能手套。
专利文献1公开了一种柔性智能手套，该文献中是通过在手部关节处设置柔性应变传感器设计而成的柔性智能手套，然而该柔性智能手套在使用中存在如下问题：
专利文献1提及的柔性应变传感器为电阻式柔性应变传感器，其存在信号抖动、基线漂移、不稳定的问题，出现这个问题的原因是，柔性应变传感器的基底是软材料，软材料在拉伸过程中会存在恢复滞后性，对柔性应变传感器检测到的数值造成影响。
另外，专利文献1设计的柔性智能手套，其在每个指关节上均会设置一块柔性应变传感器，手指上方密集缠绕的导线同样会对人手动作造成较大的限制。
此外，专利文献1也没有考虑智能手套的引线问题。该文献中公开的柔性传感器需要从指套的两端引线，与指尖侧传感器相连的导线难以避免地要附着在人的手指上，并需要从指关节上延伸过去，密集缠绕的导线影响了手指的弯曲，且导线的位移也可能会对柔性应变传感信号造成干扰。出现这个问题的原因主要是传感器与导线的连接点一般都在传感器两头，那么与靠近指尖侧相连的导线会缠绕在手指周围，对手指运动造成影响。
专利文献2公开了一种可穿戴智能手套，该文献采用的柔软导线或者软排线，但都没有提到硬质导线和柔性传感器连接问题。如果柔性传感器和导线不能可靠地连接在一起，那么采集到的电信号会受到手指运动时导线和柔性传感器连接处较大的噪声影响。出现这个问题的原因是，刚柔互连处若不够稳定可靠，在整个手指运动过程中，柔软导线或排线裸露在外的铜芯都会因为运动或者摩擦产生电荷，对真实的测量值造成较大影响。
专利文献3公开了一种智能手套，该文献没有考虑智能手套采集模块的安装放置问题，而是将大多将采集模块集成在手套上面，在人手动作过程中，采集模块可能会对穿戴者造成负担，穿戴体验较差，而且采集模块和手套集成在一起显得手套较为臃肿，穿戴较为麻烦。
相关文献
专利文献1中国发明专利申请公开号：CN109901708 A，公开日期：2019.06.18；
专利文献2中国发明专利公告号：CN211354025U，公告日期：2020.08.28；
专利文献3中国发明专利公告号：CN211044187U，公告日期：2020.07.17。
发明内容
本发明的目的之一在于提出一种柔性应变可拉伸传感器，以提高柔性应变可拉伸传感器的稳定性。本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种柔性应变可拉伸传感器，包括：
由下向上依次设置的PDMS衬底层以及碳纳米管层；
定义柔性应变可拉伸传感器在长度方向上的一组相对端部分别为第一端部和第二端部；
在第一端部的碳纳米管层表面上方设置第一导电银胶层；
在第二端部的碳纳米管层表面上方设置第二导电银胶层；
在第一端部还设置有用于将第一导电银胶层、以及碳纳米管层和PDMS衬底层的第一端部进行整体封装的第一导电铜胶带；
在第二端部还设置有用于将第二导电银胶层、以及碳纳米管层和PDMS衬底层的第二端部进行整体封装的第二导电铜胶带；
在碳纳米管层位于第一端部与第二端部之间的区域上方设置PDMS覆盖层。
优选地，柔性应变可拉伸传感器为矩形。
优选地，第一导电铜胶带的长度大于第一导电银胶层的长度；
第一导电铜胶带、第一导电银胶层的长度方向与柔性应变可拉伸传感器长度方向一致；
第二导电铜胶带的长度大于第二导电银胶层的长度；
第二导电铜胶带、第二导电银胶层的长度方向与柔性应变可拉伸传感器长度方向一致。
优选地，导电银胶层替换为导电金胶层。
优选地，PDMS覆盖层的第一端部侧覆盖在第一导电铜胶带上表面的部分区域；
PDMS覆盖层的第二端部侧覆盖在第二导电铜胶带上表面的部分区域。
优选地，由第一端部的中间位置指向第二端部的中间位置的方向设置一条用于将柔性应变可拉伸传感器分割成“人”字形结构的剪切部；
其中，由剪切部将第一端部分成两个连接端子；
剪切部的起始点位于第一端部，且长度小于柔性应变可拉伸传感器的长度。
优选地，剪切部为线性剪切部，其长度为柔性应变可拉伸传感器的长度的3/4倍。
此外，本发明还提出了一种智能手套，通过采用上述传感器，使得在手指同样运动情况下传感器的响应度明显提高，同时利于解决复杂引线、刚柔互连等技术问题。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：
一种智能手套，包括电压采集处理模块、手套本体、柔性传感器和蓝牙模块；
其中，柔性传感器采用上面述及的柔性应变可拉伸传感器；
在手套本体的五个指套处分别安装一个柔性传感器，其中，各个柔性传感器的安装方向与对应的指套的长度方向一致，且大小相适应；
其中，各个柔性应变可拉伸传感器的第一端部均位于相应的指套的根部；
智能手套还包括排线，其中，排线采用单头排线；
由排线的一端分出的各股线缆分别与每个柔性应变可拉伸传感器的第一端部相连；其中，每股线缆与对应柔性应变可拉伸传感器第一端部的一个连接端子相连；
排线的另一端设有用于与电压采集处理模块连接的排线插头。
优选地，柔性传感器的第一端部以及柔性传感器的第二端部分别设置一个第一连接部；
每个指套的根部以及尖部分别设置一个第二连接部；
柔性传感器的第一端部以及对应的指套的根部之间、以及柔性传感器的第二端部以及对应的指套的尖部之间均通过第一连接部和第二连接部配合实现连接；
第一连接部和第二连接部采用纽扣、或尼龙搭扣结构。
优选地，智能手套还包括外壳、OLED显示屏以及腕带；
其中，电压采集处理模块以及蓝牙模块均位于外壳内，OLED显示屏安装于外壳上；
腕带连接于外壳上，且用于将外壳固定于手腕处。
本发明具有如下优点：
如上所述，本发明述及了一种柔性应变可拉伸传感器，很好地解决了现有硬质刚性传感器制作成本过高，穿戴舒适性、贴合性较差，而且对人手动作阻碍性较高，限制人手本身自由度和灵活度等技术问题，本发明与已有的电阻式柔性可拉伸传感器相比，很好地提高了柔性传感器的稳定性和响应灵敏性。此外，本发明还提出了一种智能手套，该智能手套采用上述柔性应变可拉伸传感器，通过改变柔性应变可拉伸传感器的外部结构，使得在手指进行同样运动的情况下，柔性应变可拉伸传感器的响应度明显提高，传感信号的特征性得到了较大增强，最终使得手势识别更加细致和精确；同时，本发明可以由传感器的同一端部进行引线，因此避免了引线复杂问题，同时极大降低了运动过程中导线位移对传感信号造成的干扰，此外，本发明还改进了导线与柔性传感器之间的刚柔互连的问题，通过在柔性传感器端部设置导电铜胶带，再将导电铜胶带与导线连接，避免了导线在手指运动中对柔性传感器上的导电敏感材料分布造成影响。
附图说明
图1为本发明实施例1中柔性应变可拉伸传感器的俯视图；
图2为本发明实施例1中柔性应变可拉伸传感器的侧视图；
图3为本发明实施例1中柔性应变可拉伸传感器的成型示意图；
图4为本发明实施例2中柔性应变可拉伸传感器的俯视图；
图5为本发明实施例3中智能手套的结构示意图；
图6为本发明实施例3中第二连接部在手套本体上的结构示意图；
图7为本发明实施例3中线缆与柔性应变可拉伸传感器连接的俯视图；
图8为本发明实施例3中线缆与柔性应变可拉伸传感器连接的侧视图；
图9为本发明实施例3中柔性应变可拉伸传感器上安装第一连接部的俯视图；
图10为本发明实施例3中柔性应变可拉伸传感器上安装第一连接部的侧视图；
图11为本发明实施例3中电压采集处理模块的安装示意图；
图12为本发明实施例3中电压采集处理模块的内部结构原理图。
其中，1-PDMS衬底层，2-碳纳米管层，3-第一导电银胶层，4-第二导电银胶层，5-第一导电铜胶带，6-第二导电铜胶带，7-PDMS覆盖层，8-剪切部，9-第一连接端子；
10-第二连接端子，11-电压采集处理模块，12-手套本体，13-柔性传感器，14-蓝牙模块，15-指套，16-排线，17-第一连接部，18-第二连接部，19-外壳，20-腕带，21-OLED显示屏。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
本实施例1述及了一种柔性应变可拉伸传感器，该柔性应变可拉伸传感器基于敏感材料制作而成，且结构简单，因而具有柔软贴合，穿戴舒适等优点。
如图1和图2所示，柔性应变可拉伸传感器，包括由下向上依次设置的PDMS(即聚二甲基硅氧烷)衬底1以及碳纳米管层2，其中，碳纳米管层2可采用多壁碳纳米管层。
定义柔性应变可拉伸传感器在长度方向上的一组相对端部分别为第一端部I和第二端部II，在图1和图2中，第一端部例如为传感器的左侧端部，第二端部为右侧端部。
则柔性应变可拉伸传感器的长度方向，即沿着图1和图2中的左右方向伸展。
在第一端部I的碳纳米管层2表面上方设置第一导电银胶层3，在第二端部II的碳纳米管层2表面上方设置第二导电银胶层4。设置电银胶层的作用主要有以下两个方面：
①.增加导电性；②.增加粘性；由于下述导电铜胶带和碳纳米管层2的粘性不强，因此导电铜胶带无法稳定粘附在碳纳米管层2上，所以将导电银胶先粘在碳纳米管层2上，再用导电铜胶带粘在导电银胶上，可以保证碳纳米颗粒被导电银胶覆盖而不会脱落。
此外，本实施例中在第一端部I还设置有用于将第一导电银胶层3、以及碳纳米管层2和PDMS衬底层1的第一端部I进行整体封装的第一导电铜胶带5。
具体的封装方式为：利用第一导电铜胶带5沿着垂直于柔性应变可拉伸传感器长度的方向缠绕第一端部I一周，对第一端部I形成包裹性封装。
此外，本实施例中在第二端部II还设置有用于将第二导电银胶层4、以及碳纳米管层2和PDMS衬底层1的第二端部II进行整体封装的第二导电铜胶带6。
具体的封装方式为：利用第二导电铜胶带6沿着垂直于柔性应变可拉伸传感器长度的方向缠绕第二端部II一周，对第二端部II形成包裹性封装。
在碳纳米管层2位于第一端部I与第二端部II之间的区域上方设置PDMS覆盖层7，通过PDMS覆盖层7可以将裸露的碳纳米管层部分封装起来。
通过以上设置，使得本实施例1中柔性应变可拉伸传感器形成三层夹心结构，即从下向上依次是PDMS衬底层1、碳纳米管层2以及PDMS覆盖层7。
如图3所示，柔性应变可拉伸传感器的成型过程大致如下：
首先将制备好的柔性应变可拉伸传感器(仅仅包含PDMS衬底层1以及碳纳米管层2)剪裁成尺寸合适的矩形，如图3中工序(a)所示。
然后在第一端部I和第二端部II的碳纳米管层2表面上方分别涂抹一层导电银胶，形成第一导电银胶层3和第二导电银胶层4，如图3中工序(b)所示。
紧接着，用导电铜胶带分别将第一端部I和第二端部II封住，如图3中工序(c)所示。
最后，利用PDMS将位于第一端部I与第二端部II之间的区域裸露的碳纳米管层部分封装起来，待PDMS风干后形成PDMS覆盖层7，如图3中工序(d)所示。
由于PMDS具有一定的粘附性，可以使纳米级别的碳纳米管黏附在其上。
本实施例将制备好的柔性传感器用PDMS整体封装好，在手指运动过程中，碳纳米管大多会停留在原地，不会发生大规模的位移，有利于提高柔性传感器的稳定性。
第一导电铜胶带5的长度优选大于第一导电银胶层3的长度；第一导电铜胶带5、第一导电银胶层3的长度方向与柔性应变可拉伸传感器长度方向一致。
第二导电铜胶带6的长度优选大于第二导电银胶层4的长度；第二导电铜胶带6、第二导电银胶层4的长度方向与柔性应变可拉伸传感器长度方向一致。
本实施例中导电铜胶带的长度大于相应导电银胶层的目的在于，保证导电铜胶带可以将相应的导电银胶层完全覆盖住，进而保护导电银胶层的完整结构。
本实施例中PDMS覆盖层7的第一端部侧，同时也会覆盖在第一导电铜胶带5上表面的部分区域上，此部分区域为第一导电铜胶带5的右侧区域，如图1所示。
本实施例中PDMS覆盖层7的第二端部侧，同时也会覆盖在第二导电铜胶带6上表面的部分区域上，此部分区域为第二导电铜胶带6的左侧区域，如图1所示。
通过对第一端部I与第二端部II之间的碳纳米管层2裸露部分以及第一导电铜胶带5、第二导电铜胶带6的部分区域进行整体封装，还提高导电铜胶带与对应端部的连接效果。
当然，本实施例1中导电银胶层也可以替换为导电金胶层，此处不再赘述。
实施例2
本实施例2述及了一种柔性应变可拉伸传感器，该柔性应变可拉伸传感器除以下技术特征与上述实施例1不同之外，其余技术特征均可参照上述实施例1。
如图4所示，与上述实施例1的不同之处在于，本实施例2中由第一端部I的中间位置指向第二端部II的中间位置的方向设置一条剪切部8。
该剪切部8的起始点位于第一端部I中间，且长度小于柔性应变可拉伸传感器的长度。
通过该剪切部8，将柔性应变可拉伸传感器分割成“人”字形结构，如图4所示。
本实施例2中剪切部8将第一端部I一分为二，即在第一端部I形成两个连接端子，分别是第一连接端子9以及第二连接端子10。
由于在柔性应变可拉伸传感器的第一端部I处设置第一导电铜胶带5，因此，经由剪切部8分开的第一连接端子9以及第二连接端子10也均为导电铜胶带材质。
以上两个连接端子，作为本实施例2中柔性应变可拉伸传感器的对外连接端子。
由于柔性应变可拉伸传感器的引线端子均位于同一端，因而解决了复杂引线的技术问题。利于降低运动过程中导线位移对传感信号造成的干扰。
如图4所示，本实施例中剪切部8为线性剪切部。
其中，剪切部8的长度例如可以为柔性应变可拉伸传感器的长度的3/4倍。
本实施例将柔性应变可拉伸传感器从中剪开约3/4左右，电阻率ρ没有变化，电阻长度L变为原来的7/4左右，电阻横截面积S减少为原先的1/2。
根据电阻阻值公式R＝ρL/S，整个传感器的阻值变化区间扩大了近4倍，简单地说，就是原先电阻可以由1k欧姆变化到10k欧姆，现在可以由4k欧姆变化到40k欧姆。
通过以上设计使得传感器的响应度得到了较大提高，即每增加1mm的形变对应的柔性电阻的增加量得到了明显提高，因而监测到的传感信号的特征得到了较大增强，进而使得传感信号的分辨率得到了明显提高，最终使得手势识别更为细致，识别精准性更高。
本实施例2中述及的传感器的响应度明显提高，有效地缓解了柔性基底的滞后性问题。
实施例3
本实施例3述及了一种智能手套，以解决传统的智能手套设计笨重、复杂，集成的传感器多为硬质刚性传感器，制作成本过高，穿戴的舒适性、贴合性都很差，而且对人手动作的阻碍性较高，限制了人手本身的自由度、灵活度等技术问题。
如图5、图6、图11和图12所示，本实施例3中智能手套包括电压采集处理模块11、手套本体12、柔性传感器13和蓝牙模块14。
柔性传感器13采用上述实施例2中传感器，通过改变传感器的外部结构，使得在手指同样运动情况下传感器的响应度明显提高，传感信号的特征性得到了较大增强。
每个手套本体12上柔性传感器13的数量有五个。
在手套本体12的每个指套15处分别安装一个柔性传感器13，其中，各个柔性传感器13的安装方向与对应的指套15的长度方向一致，且大小相适应。
此处的相适应是指柔性传感器13的长度以能够感知到对应指头各关节的动作为宜。
各个柔性传感器13的第一端部I均位于相应的指套的根部位置。
如此设计，使得与每个柔性传感器13相连的两股线缆，其连接位置均位于指套根部。
由于不需要从柔性传感器13的两端引线，因此，此种接线方式不会影响手指的弯曲动作，极大降低了导线的位移对传感信号造成的干扰，同时避免了复杂引线的问题。
此外，智能手套还包括排线16，其中，排线采用单头排线。
由排线的一端分出的各股线缆(总共10股，每股与一个连接端子相连)分别与各个柔性传感器13第一端部I处的一个连接端子(第一连接端子9或第二连接端子10)相连。
排线的另一端设有排线插头，用于与电压采集处理模块11连接。
如图5和图12所示，本实施例中排线16的一端上有十路线，其中有五路信号接入线，分别为In1、In2、In3、In4以及In5，有五路是接地线GND。
为了减少排线插头一端的引脚数量，本实施例将五路接地线GND串接到一起，这样在排线插头的一端仅仅有六路，分别对应五路信号线，一路接地线。
如图9和图10所示，本实施例3中柔性传感器13的第一端部I以及柔性传感器的第二端部II分别设置一个第一连接部，例如第一连接部17。
如图6所示，在每个指套15的根部以及尖部分别设置一个第二连接部18。
柔性传感器13的第一端部I以及对应的指套15的根部之间、以及柔性传感器的第二端部II以及对应的指套的尖部之间均通过第一连接部17和第二连接部18配合实现连接。
第一连接部17和第二连接部18优选采用纽扣结构，其中，第一连接部17例如采用子扣，第二连接部18例如采用母扣，二者配合实现柔性传感器13的安装。
当然，第一连接部17和第二连接部18也可以采用尼龙搭扣等容易想到的结构。
通过以上安装方式，利于方便地实现柔性传感器13的安装与替换，且固定效果较好。
当然本发明也并不局限于采用上述两种可拆卸连接方式，还可以采用其他容易想到的安装方式，例如卡接连接、粘贴连接等等方式，此处不再赘述。
下面结合图7至图10，具体说明第一连接部17在柔性传感器13上的安装方式。
在第一端部I处，将每条线缆的头部分别以焊接的方式连接于第一连接端子9和第二连接端子10上，然后将相应的连接端子(导电铜胶带部分)折叠起来并通过PU胶带缠绕起来(在缠绕PU胶带时，第一连接端子9与第二连接端子10之间留有一点间隙)；最后将第一连接部17通过粘贴的方式安装于柔性传感器13的第一端部I处。
在第二端部II处，首先将第二端部II(导电铜胶带部分)折叠起来并通过胶带缠绕起来，然后将第一连接部17也通过粘贴的方式安装于柔性传感器13的第二端部II处。
经过以上连接方式，最后安装后的结构如图9和图10所示。
本实施例改进了导线和柔性传感器13之间的连接方式，通过在柔性传感器13的每个端部均设置导电铜胶带，使得导线与导电铜胶带进行连接，由于导线不直接与碳纳米管层2相连，因而很好地避免了导线在手指运动中产生的位移对碳纳米管的分布造成影响。
本实施例中电压采集处理模块11优选采用FPC柔性电路板，便于将电压采集处理模块11进行集成化设计，从而实现与手套本体12的分离，利于减小手部压力。
如图11和图12所示，智能手套还包括外壳19、腕带20以及OLED显示屏21。电压采集处理模块11以及蓝牙模块14均位于外壳19内，OLED显示屏21设置于外壳上。
其中，在外壳19上设有供排线16的排线插头插入的插孔。
腕带20连接于外壳19上，该腕带20用于将外壳19固定于手腕处。
本实施例通过将PCB电路转换成柔性FPC板，将电压采集处理模块11集成到腕表中，实现了手套本体12和电压采集处理模块11的分离，用户在佩戴手套时减小了手部压力。
穿戴手套时只需要将连接五指柔性传感器13的排线16接到电压采集处理模块11上即可，电压采集处理模块位于手腕处，不会再因为自身位移对传感信号造成干扰或影响。
本实施例很好地解决了目前智能手套刚柔互连、复杂引线、整体设计臃肿等技术问题。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (10)
1.一种柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
包括由下向上依次设置的PDMS衬底层以及碳纳米管层；
定义柔性应变可拉伸传感器在长度方向上的一组相对端部分别为第一端部和第二端部；
在第一端部的碳纳米管层表面上方设置第一导电银胶层；
在第二端部的碳纳米管层表面上方设置第二导电银胶层；
在第一端部还设置有用于将所述第一导电银胶层、以及所述碳纳米管层和PDMS衬底层的第一端部进行整体封装的第一导电铜胶带；
在第二端部还设置有用于将所述第二导电银胶层、以及所述碳纳米管层和PDMS衬底层的第二端部进行整体封装的第二导电铜胶带；
在碳纳米管层位于第一端部与第二端部之间的区域上方设置PDMS覆盖层。
2.根据权利要求1所述的柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
所述柔性应变可拉伸传感器为矩形。
3.根据权利要求1所述的柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
所述第一导电铜胶带的长度大于第一导电银胶层的长度；
第一导电铜胶带、第一导电银胶层的长度方向与柔性应变可拉伸传感器长度方向一致；
所述第二导电铜胶带的长度大于第二导电银胶层的长度；
第二导电铜胶带、第二导电银胶层的长度方向与柔性应变可拉伸传感器长度方向一致。
4.根据权利要求1所述的柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
所述导电银胶层替换为导电金胶层。
5.根据权利要求1所述的柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
所述PDMS覆盖层的第一端部侧覆盖住第一导电铜胶带上表面的部分区域；
所述PDMS覆盖层的第二端部侧覆盖住第二导电铜胶带上表面的部分区域。
6.根据权利要求1所述的柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
由所述第一端部的中间位置指向所述第二端部的中间位置的方向设置一条用于将所述柔性应变可拉伸传感器分割成“人”字形结构的剪切部；
其中，剪切部将所述第一端部一分为二，并形成两个连接端子；
所述剪切部的起始点位于第一端部，且长度小于所述柔性应变可拉伸传感器的长度。
7.根据权利要求6所述的柔性应变可拉伸传感器，其特征在于，
所述剪切部为线性剪切部，其长度为所述柔性应变可拉伸传感器的长度的3/4倍。
8.智能手套，包括电压采集处理模块、手套本体、柔性传感器和蓝牙模块；其特征在于，
所述柔性传感器采用如上述权利要求6或7所述的柔性应变可拉伸传感器；
在手套本体的五个指套处分别安装一个柔性传感器，其中，各个所述柔性传感器的安装方向与对应的所述指套的长度方向一致，且大小相适应；
其中，各个所述柔性应变可拉伸传感器的第一端部均位于相应的指套的根部；
所述智能手套还包括排线；其中，排线采用单头排线；
由所述排线的一端分出的各股线缆分别与每个柔性应变可拉伸传感器的第一端部相连；其中，每股线缆与对应柔性应变可拉伸传感器第一端部的一个连接端子相连；
所述排线的另一端设有用于与所述电压采集处理模块连接的排线插头。
9.根据权利要求8所述的智能手套，其特征在于，
所述柔性传感器的第一端部以及柔性传感器的第二端部分别设置一个第一连接部；
每个指套的根部以及尖部分别设置一个第二连接部；
所述柔性传感器的第一端部以及对应的指套的根部之间、以及所述柔性传感器的第二端部以及对应的之间均通过第一连接部和第二连接部配合实现连接；
所述第一连接部和第二连接部采用纽扣、或尼龙搭扣结构。
10.根据权利要求8所述的智能手套，其特征在于，
所述智能手套还包括外壳、OLED显示屏以及腕带；
其中，电压采集处理模块以及蓝牙模块均位于外壳内，OLED显示屏安装于外壳上；
所述腕带连接于外壳上，且用于将所述外壳固定于所述手腕处。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106500886A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-15 | 太原理工大学 | 一种基于纳米导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
| CN108299728A (zh) * | 2017-01-13 | 2018-07-20 | 中国人民大学 | 一种柔性压电传感器及其专用压电复合材料 |
| CN109901708A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-18 | 北京邮电大学 | 一种柔性智能手套 |
| CN110243276A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-17 | 江苏大学 | 一种应用于指关节的可拉伸应力应变传感器及制备方法 |
| CN111443816A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-24 | 中国科学院大学温州研究院(温州生物材料与工程研究所) | 基于柔性抗菌生物膜多通道数据采集模块的手势识别系统 |
| WO2021204284A1 (zh) * | 2020-04-10 | 2021-10-14 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 基于三浦折叠结构导电弹性体及其应用 |
| CN113865756A (zh) * | 2021-11-03 | 2021-12-31 | 北京石墨烯技术研究院有限公司 | 柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备 |
| CN216745923U (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-14 | 江苏新澄瑞材料科技有限公司 | 一种柔性应变可拉伸传感器以及智能手套 |
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202210087971.9A patent/CN114543650B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106500886A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-15 | 太原理工大学 | 一种基于纳米导电材料的柔性应力传感器的制备方法 |
| CN108299728A (zh) * | 2017-01-13 | 2018-07-20 | 中国人民大学 | 一种柔性压电传感器及其专用压电复合材料 |
| CN109901708A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-18 | 北京邮电大学 | 一种柔性智能手套 |
| CN110243276A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-09-17 | 江苏大学 | 一种应用于指关节的可拉伸应力应变传感器及制备方法 |
| WO2021204284A1 (zh) * | 2020-04-10 | 2021-10-14 | 广州市香港科大霍英东研究院 | 基于三浦折叠结构导电弹性体及其应用 |
| CN111443816A (zh) * | 2020-05-25 | 2020-07-24 | 中国科学院大学温州研究院(温州生物材料与工程研究所) | 基于柔性抗菌生物膜多通道数据采集模块的手势识别系统 |
| CN113865756A (zh) * | 2021-11-03 | 2021-12-31 | 北京石墨烯技术研究院有限公司 | 柔性压力传感器及其制备方法、可穿戴设备 |
| CN216745923U (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-14 | 江苏新澄瑞材料科技有限公司 | 一种柔性应变可拉伸传感器以及智能手套 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈达: "基于层层自组装纳米碳管薄膜的应变传感器", 《功能材料与器件学报》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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