TW202211002A - 以彎曲感測器間隔之非均勻電極 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於判定一手指之移動或姿勢的掌帶。該掌帶包括：一多彎曲感測器，其經固定至一使用者之一手指的至少一部分；及一處理器，其經操作地連接至該多彎曲感測器，使得該處理器可藉此接收來自該多彎曲感測器的輸出信號。該處理器使用該等所接收信號來判定該手指之該移動或姿勢的一特性。

Description

以彎曲感測器間隔之非均勻電極

所揭示設備及方法係關於感測之領域，且特定而言係關於使用一感測器及對人體運動之觸覺回饋來提供準確手部姿勢重構。

在過去，已採用感測手套來偵測手部姿態。一實例係在美國專利第5,097,252號中所陳述之資料手套(Dataglove)，其採用沿著手指之光學彎曲感測器來偵測手指位置。任天堂之威力手套(Nintendo’s Power Glove)使用一類似設計，但具有電阻式彎曲感測器。在兩種情形中，彎曲感測器並不非常敏感，每一彎曲感測器僅提供整體彎曲之一單個量測。

彎曲感測器用於超出手指及手部感測之應用中。通常採用該等彎曲感測器來更普遍地瞭解人體運動。近幾十年來，在高準確性感測器之開發及其低成本、大量生產方面取得了巨大進展。其中大部分係由智慧型電話驅動的，該等智慧型電話包含一系列令人印象深刻之感測器。儘管取得此等進展，但已出人意料地證明利用一廉價精密裝置仍難以感測關於實體世界之諸多事物。我們考量感測一動態變形物件之形狀之具挑戰性之問題。

對於瞭解形狀之期望出現在諸多應用中。在機器人學中，旋轉關節通常經級聯以允許靈巧的多軸運動，必須對該多軸運動進行監測以進行主動控制。已將發射一大型火箭與「推進一弦線」進行比較，且其需要對動態撓曲進行一詳細瞭解。橋、儲存槽、飛機及諸多其他結構經受重複之載荷循環且瞭解此等系統中之變形可幫助防止災難。與人機交互(HCI)社區更密切相關，我們的身體相當靈活。在醫學及體育表現中，瞭解運動之範圍及類型通常係重要的。運動捕獲對於遊戲及電影行業兩者至關重要。在虛擬及擴增實境中，對詳細手部姿勢之一實時瞭解允許進行引人注目之交互。為了表演，音樂家及其他藝術家可直觀地操縱形狀以提供對鍵系統之表現控制。

為較佳地瞭解具有多個關節之系統之位置，某些系統已每關節或在每一聯接點處使用一彎曲感測器。此方法存在限制其實用性之若干挑戰。舉例而言，必須針對關節之間的間隔定製裝配彎曲感測器。由於人之大小變化，因此針對間隔進行裝配之需求對於追蹤人體運動可為有問題的。

另外，存在來自關節量測之級聯誤差之問題。舉例而言，可將一手指之每一連續分段之角度判定為與彼分段之關節角度之總和。因此，針對前面的關節中之每一者進行之角度量測中之任何誤差會累積。因此，機器人臂使用極高精確度之角度編碼器來找到一適度精確位置。遺憾地，廉價彎曲感測器具有較差角度精確度，從而使其不足以瞭解級聯關節誤差之影響。

系統已嘗試藉由使用相機及其他感測技術以直接量測手指位置而克服此缺點。基於相機之技術面臨之挑戰係難以找到良好視點以自其觀看正在發生的事情。其他位置感測器系統可為龐大的及/或昂貴的。可使用慣性追蹤，但其具有嚴重的漂移問題。

亦存在光纖布拉格(Bragg)光柵感測器，其准許量測沿著一光纖束之長度之彎曲且可恢復一特定幾何形狀之詳細形狀。此等感測器難以製作且需要顯著龐大儀器及複雜校準。此外，該等感測器對於大多數應用係昂貴且不切實際的。

大多數先前工作使用給出一單個彎曲量測之感測器。為感測複曲線，可採用一系列單彎曲感測器，從而構建經連接關節之一模型。此在將待感測之基礎事物良好地模型化為一系列連桿時最有效。然而，感測器之放置需要對關節位置之一先驗瞭解。舉例而言，當模型化人體關節(諸如一手指)時，人與人之間的位置存在顯著變化，從而排除一個一般解決方案。

複曲線可需要大量單彎曲感測器以提供對形狀之一充分瞭解。遺憾地，每一額外彎曲感測器皆促成量測誤差，該量測誤差累積以使系統之整體準確性逐漸降級。此嚴重限制了可被合理採用之單彎曲感測器之最大數目。

最近，已應用機器學習方法來瞭解具有諸多單彎曲感測器之系統之輸出。儘管此等系統具有組合來自大量單彎曲感測器之讀數使得誤差不會以此一直接方式累積之潛力，但該等系統需要大量的訓練。亦不清楚所累積誤差之任何減小是否係來自施加使系統較不一般之約束。

偵測撓曲之最常見方式係藉由量測一材料在應變下之改變性質。光譜符號公司(Spectra Symbol)之撓曲(Flex)感測器係一實例。應變係撓曲之一有問題之代表。拉伸、環境條件及其他因素可誘導應變，無法容易地將該應變與由彎曲引起之應變區分開。連續應變循環亦可導致材料疲勞。

最常見基於應變之彎曲感測器係電阻式、光學(包含光纖布拉格光柵(FBG)感測器)、壓電或電容性的。我們考量此等中之每一者且論述其操作。電阻式彎曲感測器類似於電阻式應變計，但針對更大彎曲而被最佳化。一層電阻材料放置於一撓性基板上且在感測器彎曲時經歷應變。遠離具有電阻材料之側之一彎曲導致拉伸應變，從而增加電阻。

電阻式感測器由於疲勞、材料老化及環境條件而遭受顯著漂移，且需要不斷進行重新校準以達成更適度準確性。由於該等電阻式感測器僅提供一單個彎曲量測，因此該等電阻式感測器無法區分複曲線之形狀。舉例而言，在監測手指彎曲之情形中，感測器無法將不同關節處之撓曲彼此區分開。雖然電阻式彎曲感測器具有諸多限制，但該等電阻式彎曲感測器係相當廉價的且易於介接到，從而允許用於諸多應用中。此等電阻式彎曲感測器中最著名的係任天堂威力手套，其係用於遊戲之一早期消費者手部姿勢介面裝置且已將商用撓曲感測器嵌入至軟材料及剛性材料中以建立不同控制交互，如開關或滑動件。已使用噴墨印刷來形成定製形狀以在兩個或三個維度上建立遊戲控制器及玩具。

光纖形狀感測器(FOSS)由具有反射內部壁之撓性管組成，該等反射內部壁在相對端處具有一光傳輸器及接收器。FOSS藉由在撓性管彎曲之同時量測光之強度、相位、偏振或波長之改變而恢復彎曲形狀。

光纖布拉格光柵(FBG)感測器採用一光纖，該光纖已經處理以形成與一特定波長之光相互作用之一光柵。當光纖彎曲時，光柵機械地擴展或壓縮，此使所關注波長移位。一般而言，使用一可調諧雷射來掃描經變形光柵之新波長。不同波長光柵圖案可放置於沿著光纖之不同位置處，從而允許在每一位置處獨立地量測彎曲度。

FOSS可為極細且輕質的，對感測器之長度具於極少限制。該等FOSS係相對精確的且不受電磁干擾影響。儘管此等感測器可提供令人印象深刻之效能，但其達到一極高價格。一可調諧雷射詢問器可花費多達USD$10,000，此係嚴重限制實際應用之一成本。儘管光纖可為相當細的，但詢問器往往係較大且耗電的。該等詢問器需要複雜的製作程序及校準以及先進的信號處理。該等詢問器具有一有限曲率量測範圍且很快落入非線性。此等原因將該等詢問器之使用情形限制於非常特定之應用(如醫療裝置)但不適用於日常的人類日常活動。

壓電彎曲感測器基於壓電材料中之變形及應變。此等變形改變材料之表面電荷密度且導致電極之間的電荷轉移。信號之振幅及頻率與所施加機械應力成正比。類似於摩擦電感測器之壓電感測器遭受漂移且僅在處於運動中時提供信號。此將其應用僅限制於動態彎曲而非靜態或低頻率變形。

大多數電阻式應變感測器具有高延時且不能夠量測絕對彎曲角度。導電材料之滯後性質在循環負載期間產生變化之導電性。大多數電阻式及FBG (光纖布拉格光柵)感測器回應於較大應變皆係非線性的。

應變感測之一替代方案係所謂的幾何感測。此等感測器藉由感測係彎曲之一結果之幾何改變而更直接地量測曲率。實例包含量測不同感測器層之相對位移。

因此，需要一種用於透過使用感測器而準確地判定彎曲且改良此彎曲之準確性之經改良方法及設備。

此申請案主張2020年4月8日提出申請之美國臨時申請案第63/007,349號及2020年4月17日提出申請之美國臨時申請案第63/012,046號的權益。

此申請案係2020年12月5日提出申請之美國專利申請案第17/113,006號之一部分接續案；該美國專利申請案主張2019年12月12日提出申請之美國臨時申請案第62/947,094號及2019年12月6日提出申請之美國臨時申請案第62/944,814號之權益。此申請案係2020年9月20日提出申請之美國專利申請案第17/026,252號之一部分接續案；該美國專利申請案主張2019年9月20日提出申請之美國臨時申請案第62/903,272號之權益。此申請案係2020年8月17日提出申請之美國專利申請案第16/995,727號之一部分接續案；該美國專利申請案主張2019年8月15日提出申請之美國臨時申請案第62/887,324號之權益。此申請案係2019年2月8日提出申請之美國專利申請案第16/270,805號之一部分接續案；該美國專利申請案主張2018年10月22日提出申請之美國臨時申請案第62/748,984號之權益。所有前述申請案之內容以引用之方式併入本文中。此申請案包含受著作權保護之材料。如專利商標局之文件或記錄中所顯現，著作權所有人不反對任何人對本專利揭示內容進行仿真複製，但無論如何將以其他方式保留所有著作權。

本申請案闡述多彎曲感測器及用於製作此等感測器之方法之各種實施例。本文中所闡述之實施例及技術允許對複曲線之準確量測。在一實施例中，一多彎曲感測器偵測多個彎曲。在一實施例中，一多彎曲感測器在諸多點上進行量測。在一實施例中，多彎曲感測器沿著感測器之長度偵測多個彎曲且使用所獲得之量測來形成對該感測器之當前形狀之一準確判定。

不同於在多個點處獨立地量測角度之先前系統，藉由量測相對移位，可展示在一個點處之量測誤差並不影響對其他點處之角度之瞭解。藉由在撓性條帶彎曲成一複雜形式時在諸多點處量測該等撓性條帶之間的相對移位，可判定多彎曲感測器之形狀。不同於在多個點處獨立地量測角度藉此累積誤差之先前系統，藉由量測移位，在一個點處之量測誤差並不影響對其他點處之絕對角度之瞭解。此使得本文中所闡述之實施例對量測誤差較不敏感。

在一實施例中，多彎曲感測器包括兩個平坦撓性條帶。在一實施例中，多彎曲感測器包括三個三角形撓性條帶。如本文中且貫穿申請案所使用，「條帶」意指通常在一個維度或軸線上比在其其他維度或軸線上長的一塊材料。一條帶可為矩形形狀、圓柱形形狀、三角形形狀或通常具有一無定形形狀，條件係一個維度長於其他維度。在一實施例中，條帶中之一者係一參考條帶且其他條帶係一滑動條帶。在一實施例中，條帶中之一者同時係一參考條帶及一滑動條帶兩者且在不同時間在該兩者之間進行改變。在一實施例中，條帶中之一者包括至少兩個參考條帶。在一實施例中，條帶中之一者包括至少兩個滑動條帶。儘管將條帶稱為參考條帶及滑動條帶，但應瞭解，參考條帶及滑動條帶之作用係可互換的。

在一實施例中，一參考條帶與一滑動條帶由一間隔件分開且在一端上機械地接合。參考條帶之長度與滑動條帶之長度係實質上相同的。複數個保持器可確保條帶保持壓靠在間隔件上，使得在條帶被使用時該等條帶之間的距離保持實質上恆定。在可藉由多種不同方法判定的沿著參考條帶之量測點處，可量測滑動條帶上之對應位置。當多彎曲感測器係筆直時，條帶對齊。

在一實施例中，一多彎曲感測器係一電容性感測器。如將由熟習此項技術者注意，電容性彎曲感測器藉由材料應變或感測器層之間的位移而工作。無論哪種方式，幾何改變皆依據彎曲角度而使電容性耦合之有效重疊表面積及/或導體之間的間隔變化。電容性感測器可比其他技術更線性。該等電容性感測器生產廉價且比電阻式感測器更穩定。

在一實施例中，一多彎曲感測器係用於感測彎曲及重構曲線之詳細形狀之一低成本精確動態感測器。在一實施例中，一多彎曲感測器包括可在一平面中形成為複曲線之撓性條帶之一堆疊。在一實施例中，一多彎曲感測器藉由在諸多點處記錄感測器之內層與外層之間的相對移位而量測曲率。

現在參考圖1及圖2，展示一多彎曲感測器10之一實施例。圖1展示多彎曲感測器10之一示意性側視圖。在所展示之實施例中，多彎曲感測器10具有一滑動條帶12及一參考條帶14。圖2展示參考條帶14之一俯視圖及滑動條帶12之一仰視圖。滑動條帶12在參考條帶14之一遠端16處固定至參考條帶14。在所展示之實施例中，存在位於滑動條帶12與參考條帶14之間的一間隔件18。在一實施例中，一多彎曲感測器10具有多個間隔件18。另外展示保持器22，該等保持器使滑動條帶12及參考條帶14保持抵靠在間隔件18上。

電路24可操作地連接至滑動條帶12及參考條帶14，該電路經調適以接收及處理所發生之量測。在所展示之實施例中，電路24可包括若干組件，或可操作地連接至若干組件，諸如處理器、信號產生器、接收器、連接器等。

滑動條帶12及參考條帶14可由撓性印刷電路板條帶形成。儘管將滑動條帶12及參考條帶14展示為具有特定電極圖案，但應瞭解，取決於特定實施方案，可改變各別條帶中之每一者之作用且滑動條帶12可用作參考條帶14，並且反之亦然。電極20可放置於滑動條帶12及參考條帶14之表面上。電極20經調適以傳輸及接收信號。電極20可配置成能夠在滑動條帶12及參考條帶14之彎曲期間判定一改變之任何圖案。另外，實施於滑動條帶12及參考條帶14上之電極20之數目、大小及形狀可基於一特定實施方案而改變。在一實施例中，電路24可操作地連接至電極20。電路24處理自電極20接收之信號以在條帶形成為曲線時量測不同條帶中之電極之間的相對移位。

仍參考圖1及圖2，滑動條帶12及參考條帶14係撓性的且能夠移動及彎曲。另外，放置於滑動條帶12與參考條帶14之間的間隔件18係撓性的且能夠移動及彎曲。在一實施例中，間隔件18可相對於滑動條帶12及參考條帶14具有不同位準之撓性。在一實施例中，滑動條帶12、參考條帶14及間隔件18可各自具有不同位準之撓性。在一實施例中，不存在間隔件18且滑動條帶12與參考條帶14相對於彼此移動。

用於實施例中之間隔件18較佳地使條帶保持以一恆定距離間隔開，而不管彎曲量如何，但仍准許相對滑動。間隔件18較佳地具有一厚度，該厚度能夠准許當存在彎曲時在滑動條帶12之長度與參考條帶14之長度之間存在差異。在一實施例中，可不存在間隔件且滑動條帶12與參考條帶14可彼此鄰接，然而仍應在面向外的側之間存在足夠距離以准許在一彎曲期間感測滑動條帶12與參考條帶14之間的相對移位。在一實施例中，間隔件18可具有與滑動條帶12及參考條帶14相同之撓性。一厚間隔件18將提供一大量之移位，但間隔件18本身可由於一緊彎曲而改變厚度。一薄間隔件18將減少此問題，但可不提供充足移位。在一實施例中，間隔件18可由抵靠彼此滑動之一系列薄層製成。此允許一厚間隔件18具有相當緊之彎曲而無需改變整體厚度。

在參考層與滑動層之間具有一已知間隔幫助獲得準確資料。可藉由不同方法而實現確保間隔。如上文關於圖1所論述，保持器22可貼附至一個條帶且對抵靠該條帶滑動之另一條帶提供壓縮力，如所展示。保持器22可為塑膠或彈性件，其對參考條帶14及滑動條帶12提供一壓縮力。壓縮力應使得其維持距離但不抑制參考條帶14及滑動條帶12之移動。在一實施例中，可使用彈性體套筒來達成相同任務，從而提供壓縮力。

在端部分16處，滑動條帶12與參考條帶14固定在一起。在一實施例中，滑動條帶12與參考條帶14機械地附接在一起。在一實施例中，滑動條帶12與參考條帶14彼此整體地固定在一起。在一實施例中，滑動條帶12與參考條帶14固定在除了遠端之外的一位置處。在一實施例中，滑動條帶12與參考條帶14固定在條帶之中間。在沿著滑動條帶12及參考條帶14之長度之其他地方，滑動條帶12與參考條帶14相對於彼此滑動。滑動條帶12與參考條帶14亦相對於彼此抵靠間隔件18滑動。保持器22確保滑動條帶12及參考條帶14保持壓靠在間隔件18上，以便在該滑動條帶與該參考條帶之間保持一恆定距離。電路24及條帶之間的電連接在彎曲發生之感測區之外。在圖1及圖2中所展示之實施例中，電路24接近於端部分16定位，滑動條帶12與參考條帶14在該端部分處接合。滑動條帶12及參考條帶14含有電極20之圖案，該等圖案將允許電子器件藉由量測滑動條帶12上之電極20與參考條帶14上之電極20透過間隔件18之耦合而在諸多位置處偵測兩個條帶之間的相對移位。

可使用經實施以形成撓性電路之材料及技術來製作上文所論述之實施例。撓性電路可以一撓性絕緣基板(諸如聚醯亞胺)起始。利用一黏合劑將一薄傳導層(諸如銅、銀、金、碳或某一其他適合傳導材料)黏合至基板。在一實施例中，使用光微影技術來圖案化傳導層。在一實施例中，藉由濺鍍而施加傳導層。在一實施例中，藉由印刷而施加傳導層。當經由印刷而施加時，可將導電油墨直接圖案化至基板上。

類似於剛性印刷電路板(PCB)，撓性電路可經製造以包含藉由絕緣體分開之多個導電層。通孔可在不同層當中提供連接。如同剛性PCB，可使用焊接及其他眾所周知之技術將標準電組件貼附至撓性電路。然而，由於某些組件並非係撓性的，因此使其附接部撓曲可導致斷開之電連接。出於此原因，撓性電路可在組件之區中採用加強件，使得電路之區域並不明顯地撓曲。出於類似原因，撓性電路往往不會在實際上彎曲之區域中放置通孔，此乃因彼等區中之應力可有時導致破裂。

多彎曲感測器之諸多電極圖案可受益於在彎曲區域中使用層間連接。Dupont^® 已開發明確地經設計以耐受重複撓曲之特殊導電油墨。然而，亦可使用其他適合撓性導電油墨。此等油墨可實施於本文中所論述之多彎曲感測器中。撓性油墨准許導電層之間的撓性連接，從而起到通孔之作用。應注意，此等撓性導電油墨與一寬廣範圍之基板(包含織物)相容。此允許構造直接整合至衣物中之多彎曲感測器。另外，在一實施例中，衣物由用作多彎曲感測器之光纖製成。當實施多彎曲感測器光纖時，可添加加強件以便限制多彎曲感測器光纖之移動。

在以下論述中，可將包括一滑動條帶及一參考條帶之一多彎曲感測器類比為由厚度t之一間隔件分開之長度L之一對量測捲尺，如圖3中所展示。類似於一本書之裝訂，在一實施例中，條帶在一端上接合在一起。在一實施例中，當條帶處於一平坦定向中時，量測捲尺之假想距離標記完美地對準。然而，若該對圍繞半徑r之一圓柱體形成，則內捲尺將形成為半徑r之一圓弧，而外捲尺將形成為半徑r+t之一圓弧(如圖5中所展示且下文更詳細地論述)。由於其在一端上結合，因此兩個捲尺之零標記將仍對準，但其他標記將逐漸不對準。此乃因在一較大半徑上需要更多捲尺來對向相同角度。在一實施例中，當一多彎曲感測器圍繞一圓弧形成時，僅知曉捲尺之間的間隔及相對移位便可計算半徑r。在一實施例中，可沿著感測器在諸多點處類似地量測相對移位，每一點允許量測連續分段之曲率。以此方式，可量測良好地模型化為一系列圓弧之複曲線。

現在參考圖3至圖5，當多彎曲感測器圍繞一物件包繞成一圓圈時，兩個條帶中之內條帶符合該圓圈，而外條帶由於間隔件18之厚度而符合一稍微較大圓圈。

由於兩個條帶具有不同曲率半徑，因此無約束端將不彼此對準。藉由知曉條帶(滑動條帶12及參考條帶14)之長度及間隔件18之厚度，可直接計算半徑。若在諸多位置處量測兩個條帶之間的相對移位，則可建構作為一系列圓弧之彎曲之一模型。與傳統感測器相比，此提供對彎曲之形狀之一更好瞭解。

仍參考圖3至圖5，為圖解說明多彎曲感測器工作之方式，取長度L 之兩個條帶：由厚度t 之一間隔件18分開之滑動條帶12及參考條帶14。滑動條帶12與參考條帶14在端點16處接合在一起且在彼端處無法相對於彼此移動。當參考條帶14包繞成半徑r 之一圓圈(如圖4中所展示)時，參考條帶14將具有一曲率半徑r ，而滑動條帶12將具有一較小半徑r-t 。

該圓圈之圓周長係2πr 。具有長度L 之參考條帶14覆蓋該圓圈之一部分：

用弧度表示，由此條帶對向之角度係：

如圖式中所展示，當在厚度量測t 之方向上捲曲時，滑動條帶12以一較小曲率半徑在內側上終止。較緊之包繞意味著滑動條帶12中之某一滑動條帶延伸超出參考條帶14之端。若此沿著具有相同半徑之一圓圈繼續，則滑動條帶12對向如下一角度：

參考條帶14之端與內滑動條帶12上之一對應點30對齊。為給出一更精確定義，該對應點係滑動條帶12上與穿過參考條帶14之端點建構之法線之相交點。

可藉由找到兩個弧之角度範圍之差、找到延伸長度s_s 並自總長度L 減去此延伸長度而在滑動條帶12上找到此點。

可藉由以下操作而找到滑動條帶12之延伸超過參考條帶14之分段之長度s_s ：將以弧度為單位之角度範圍除以2π 以找到圓圈之分數並乘以圓周長。

對此等方程式進行求解得出之半徑r 係：

藉由量測條帶之間的相對移位，可使用此簡單方程式來計算跨越長度之曲率半徑。

現在考量其中彎曲發生在一順時針方向上之情形，如圖5中所展示。

分析與之前幾乎一樣進行，但現在滑動條帶12位於外側上，具有一曲率半徑r+t 。

與之前一樣，目標係定位滑動條帶12上之與參考條帶14之端點對應之對應點31。然而，由於滑動條帶12位於外側上且因此對向一較小角度，因此必須將弧繼續以找到相交點。藉由找到所對向之角度及滑動條帶12上之對應長度而計算s_s 。

此係與在逆時針情形中所獲得之結果相同之結果。此處之差異係在第一情形中之s_s 係延伸超過參考條帶14之滑動條帶12之量，而在此情形中，S_s 係到達參考條帶14之端將需要之額外量。

為組合此兩種情形，將曲率半徑視為一帶符號之量，其中一正r 指示在一逆時針方向上進行之一弧，且一負r 指示一順時針方向。

一新的變數L_s 定義為沿著滑動條帶12以與參考條帶14之端對齊之總長度。帶符號之曲率半徑係：

在圖4中，L_s ＜L ，給出一正曲率半徑。在圖5中，L_s ＞L ，給出一負曲率半徑。帶符號之曲率半徑然後用於找到參考條帶之帶符號之角度範圍。

在下文中，所有角度及曲率半徑皆係帶符號的。 自移位量測重構曲線

在一實施例中，多彎曲感測器將形狀模型化為不同半徑之一系列圓弧以允許複曲線。藉由沿著條帶在諸多點處量測相對移位，可快速判定每一分段之曲率。

圖6中所展示之多彎曲感測器10包括一滑動條帶12及一參考條帶14。找到參考條帶14之形狀係目標。沿著參考條帶以固定間隔，量測沿著滑動條帶12之對應經移位位置。就對應而言，其意指使用相對於曲率半徑之共同中心位於相同角度處之點。換言之，若在量測點處建構參考條帶14之曲線之一法線，則將在該法線與滑動條帶12相交處進行一量測。

現在參考圖7A，提供在參考條帶14及滑動條帶12兩者上自n 橫跨至n+1 (分段n )之一單個圓弧分段作為一實例。在一逆時針方向上將分段n 定形狀成半徑r [n ]之一圓弧。因此，參考條帶14具有半徑r [n ]，而滑動條帶以一較小半徑r [n ]-t 位於內側。起始角度θ[n ]係弧之起點處之切線。終止角度θ[n +1]係在弧之端處之該弧之切線。類似於以上計算，L_r [n ]係參考條帶14至量測點n 之長度。L_s [n ]係滑動條帶12至量測點n 之長度。在參考條帶14之側上，分段在L_r [n ]處開始且在L_r [n +1]處終止。類似地，對應滑動條帶12自L_s [n ]延伸至L_s [n +1]。可找到參考條帶14分段之帶符號之曲率半徑及帶符號之角度範圍。

將分段n 中之參考條帶14之長度定義為：

且將對應滑動條帶之長度定義為：

類似地，將此分段之總對向角度定義為：

針對正曲率(r [n ] ＞ 0且Δθ [n ] ＞ 0)之情形，將滑動條帶12定形狀成比參考條帶14更緊之一曲線。因此，ΔL_s [n ] ＜ΔL_r [n ]，即使該等條帶對向相同角度Δθ [n ]。以弧度為單位來起作用，參考分段之長度係：

且對應滑動分段之長度係：

在給出兩個長度及間隔件厚度之情況下，可對此分段之曲率半徑進行求解：

當曲線順時針地進行時，此相同方程式適用，從而給出一負終止角度及負曲率半徑。亦可對弧之對向角度進行求解：

具有已知長度、角度範圍及曲率半徑之一系列圓弧現在係已知的。此系列可拼合在一起以模型化參考條帶14之完整曲線。將注意，在一實施例中，多彎曲感測器沿著其長度具有連續撓曲且因此其在其一階導數上固有地係連續的。因此，為維持自分段至分段之一連續一階導數，相鄰分段之切線匹配。換言之，每一分段之終止角度與下一分段之起始角度匹配。

考量如圖7B中所展示之一單個弧。可判定一起始角度72θ [n ]及一終止角度74θ [n+ 1] (其係在弧之端點處之該弧之切線)。可假定連續分段平滑地連接，亦即，導數在連接點處係連續的。此係由一單個切線角度闡述連接點之原因。

弧在一已知起始點71 (x [n ],y [n ])處且以一初始已知角度72θ [n ]開始並以一未知終止角度74θ [n+ 1]繼續進行至一未知終止點73 (x [n+ 1],y [n+ 1])。

自起始點至終止點之角度改變僅係分段角度之轉變Δθ [n ]。為找到x、y平移，將弧上之x及y之增量添加至先前點。為方便起見，將弧之曲率半徑之中心視為位於原點處且用於計算端點位置。然後將此等之差應用於已知起始點。

針對此計算，形成弧之與中心之角度係已知的。θ [n ]之法線係

。針對正曲率半徑之一弧，此給出自曲率半徑之中心指向之角度。若曲率半徑係負的，則該角度指向相反方向。此導致一符號翻轉，藉由使用帶符號之曲率半徑而校正該符號翻轉。可然後經由此等方程式而反覆地找到端點：

可使用三角恒等式(trig identities)來稍微簡化此等方程式。

此等方程式闡述模型化彎曲之該系列圓弧。一圓弧通常藉由其中心75 (C_x [n ],C_y [n ])、其曲率半徑76r [n ]、一起始角度及一角度範圍77θ_r [n ]而闡述。

可藉由在(x [n ],y [n ])處起始並沿循半徑至弧中心(C_x [n ],C_y [n ])而找到一弧分段之中心。自點(x [n ],y [n ])處之法線(其係

)找到起始角度。則該中心係：

注意，使用帶符號之曲率半徑確保沿循法線至中心。

起始角度係：

若弧順時針地進行，則需要符號來翻轉角度。弧範圍係θ_r [n ]，其亦係一帶符號之值。 對量測誤差之敏感度

任何實際之移位量測將係不完美的，從而使得瞭解量測誤差如何影響經模型化曲線之準確性係重要的。在關節臂中，有雜訊之關節角度量測會迅速累積，從而在末端執行器之最終位置中導致顯著誤差。舉例而言，在多軸機器人臂上，通常經由一系列編碼器(每一關節上一個編碼器)來判定位置。通常需要高精確度編碼器，此乃因每一關節量測中之任何誤差會累積。針對一平面臂，在該臂之端處的角度誤差簡單地係每一關節中之所有量測誤差的總和。端點之位置誤差亦受所有關節誤差、尤其係在該臂之開始處的關節誤差嚴重影響。

多彎曲感測器中之量測誤差係較寬容的。在一實施例中，誤差傳播減輕，此乃因每一弧之量測誤差並不是獨立的。

考量第n點處之一單個移位量測誤差的情形。與理想情形相比，經移位點將導致兩個毗鄰分段之曲率半徑之一誤差。一個分段上之誤差將係一個方向，而另一分段上之誤差將係在相反方向上，從而傾向於將事物抵銷為一階。分段誤差傾向於形成一定程度之補償誤差的此性質一般而言保持不變，且係移位量測之一結果，該等移位量測給出至彼點的總累積移位。

為展示對誤差之敏感度，以具有如下座標之兩個連續分段為實例：

給出針對L_r [n ]及L_s [n ]之理想量測。然而，L_s [1]將被一量測誤差δ 擾動。然後找到此誤差如何傳播至(x [2],y [2])。

在未受擾動的情形中(且注意θ [0]=0)：

假定相等地間隔開之量測點，相隔1個單位。

使用撇號來指示針對在L_s [1]處具有量測誤差δ 之情形之變數。此允許在具有及不具有中點量測誤差之情況下之所得角度係：

此展示在兩個弧之後的終止角度不受中間點之一誤讀影響。角度誤差不會傳播。

考量點位置之誤差。

使用此等方程式，可標繪在不同條件下之端點誤差。顯然，第一分段之端處之位置誤差藉由下一分段中之一相反符號誤差而在一定程度上補償。

進一步考量具有兩個量測點之一多彎曲感測器之情形。藉由判定第一量測點處之相對移位而找到第一分段之曲率。在此實例中，量測被雜訊破壞且記錄一錯誤的低移位讀數。然後藉由取第二量測點處之總移位並減去自第一量測點之移位而找到第二分段之相對移位。第一點處之誤差現在將導致第二分段中之一對應誤差，該對應誤差在符號上與第一分段中之誤差相反。因此，兩個分段將最終出現傾向於彼此抵銷之曲率誤差。在一實施例中，最終角度中之誤差完全不受第一量測點處之誤差影響。

為展示對誤差之敏感度，再訪兩個連續分段之實例。將曲線之起始點定義為：

按照定義，ΔL_r [0]=0且L_s [0]=0。現在可計算分段0之終止角度：

接下來，找到分段1之終止角度。

如可見，終止角度計算對任何較早量測皆不具有相依性。此意味著較早量測中之任何誤差皆不會促成每一分段之終止角度中之誤差。

儘管上文論述所之實施例及實例使用弧來執行分析，但可採用其他量測技術及分析。在一實施例中，使用橢圓來近似曲線。在一實施例中，可使用拋物線來執行對曲線之分析。在一實施例中，使用樣條函數(spline)來近似一曲線。在一實施例中，使用一多項式函數來近似曲線。在一實施例中，使用本文中所論述之所有方法來近似曲線。

如將由熟習此項技術者注意，上述結果證明優於建立於一系列角度編碼器上之傳統解決方案，該系列角度編碼器對可被串在一起之編碼器之數目具有一實際限制。

一曲線之另一可能模型係將其表示為一系列經連接筆直線性分段。

參考圖8及圖9，針對一分段線性模型，假定彎曲係完全尖銳的，且僅在一參考條帶84上以固定間隔出現。將假定滑動條帶82符合距參考條帶84之一固定距離。此將針對參考條帶84之每一彎曲形成對應尖銳彎曲。朝向參考條帶84之彎曲將意味著在滑動條帶82上將需要額外長度來符合新形狀。類似地，朝向滑動條帶82之彎曲將需要較小長度來進行符合。

藉由計算在給定朝向參考條帶84之一彎曲之情況下在滑動條帶82上所需之額外長度而開始計算。參看圖9，多彎曲感測器具有角度A之一彎曲。垂直對頂角度亦係A。將符合該彎曲所需要之滑動條帶82之額外長度展示為2s 。兩個彎曲點平分彎曲角度。垂直對頂角度亦係

。對於直角構造，藉由減去直角而找到A -90角度。最後，將與s相對之角度計算為

。此角度之切線等於對邊長度(s)除以毗鄰邊長度(t)。

且對於增加之總長度：

此公式亦適用於彎曲角度超過180且朝向滑動條帶82向上彎曲之情況。在此情形中，額外長度係負的。

為方便起見，可相對於無彎曲係0來定義彎曲角度B。

代入：

給出一移位量測，可計算原本將產生該移位量測之角度。

如同圓弧模型，此分段線性模型在一個移位量測中仍具有量測誤差之一般行為，在下一移位量測中形成一互補誤差，從而部分抵銷潛在相加誤差之影響。

考量一理想量測對其中在第一分段中存在量測誤差之量測。

最後分段之所得角度簡單地係至彼點之角度之總和。

重複具有量測誤差之計算：

此等總彎曲係不相同的，然而，可經由圍繞d =0之級數展開而展示出誤差抵銷為一階。 電容性感測技術

電容性感測可與一多彎曲感測器一起使用且係上文關於圖1至圖2所論述之方法。舉例而言，參看圖10，指叉式電極20之一圖案允許藉由比較重疊電極20之電容以判定相對移位而執行差動量測。此量測之差動性質使其對各種類型之誤差高度不敏感。除了圖10中所展示之電極圖案之外，亦可實施其他電極圖案，該等其他電極圖案將進一步提供可幫助判定多彎曲感測器之整體移動及形狀之量測。

仍參考圖10，複數個電極20經調適以傳輸信號且複數個電極20經調適以自傳輸信號之電極20接收信號。在一實施例中，取決於實施方案，可切換或交替經調適以傳輸信號之電極20與經調適以接收信號之電極20。在一實施例中，經調適以傳輸一信號之一電極20可在一不同時間亦經調適以接收一信號。使用所接收信號以便判定一個條帶相對於另一條帶之移動。

在一實施例中，正交分頻多工可與一多彎曲感測器一起使用，該多彎曲感測器採用經調適以接收及傳輸正交信號之複數個電極20。在一實施例中，使用唯一頻率正交信號。在一實施例中，在正進行傳輸之電極20中之每一者上傳輸一唯一頻率正交信號。經調適以接收信號之電極20可接收所傳輸信號且處理該等所傳輸信號以便獲得關於參考條帶相對於滑動條帶之相對移位之資訊。此可然後用於判定由多彎曲感測器形成之曲線之形狀。

一般而言，可藉由形成參考條帶與滑動條帶之一網格而判定多個維度之曲率，其中每一多彎曲感測器判定其自身之各別曲線。在判定每一多彎曲感測器之曲線之後，可模型化一平面之整個曲率。在一實施例中，可將複數個多彎曲感測器放置於一個三維物件上，該三維物件跨越其3D表面經受各種變形。複數個多彎曲感測器可能夠在重構自多彎曲感測器中之每一者獲取之曲率之後準確地判定一3D物件之彎曲變形。

在另一實施例中，用在3個維度上係撓性之光纖來替換條帶。然後將此等光纖包裹在一中心參考光纖周圍，使得當彎曲時，外滑動光纖相對於參考光纖移動。在一實施例中，間隔件在所有光纖之間維持一恆定間隔。可藉由多種構件(包含經由沿著光纖之經圖案化電極)而量測相對移位。

在一實施例中，感測器可由更接近地類似於能夠在平面外撓曲之一撓性導線之窄片形成。若此等裝置中之兩者固持在一起，則可量測正交方向上之感測、在平面內及平面外之撓曲。

在圖11中展示另一實施例。此實施例提供能夠判定在多於一個平面方向上之曲率之一多彎曲感測器110。存在一滑動平面112及一參考平面114。在圖11中，未將平面展示為在彼此頂部上，然而應理解，此係為了易於觀看平面，滑動平面112與參考平面114以與上文所論述之條帶定位之方式類似之一方式相對於彼此定位。電極115放置於滑動平面112及參考平面114上。在圖11中，電極115形成為若干列及若干行。在一實施例中，電極形成為墊。在一實施例中，電極形成為點天線。可另外存在放置於滑動平面112與參考平面114之間的一間隔件平面，以便在滑動平面112與參考平面114之間確立一距離。在一實施例中，在不具有一間隔件層之情況下實施參考平面114及滑動平面112，其中電極115放置於面向外的表面上，其中平面之基板用作一間隔件層。此外，儘管可存在放置於兩個平面上之電極115，但可存在放置於滑動平面112及參考平面114上之傳輸電極以及位於兩個平面之間的一間隙區域處之接收電極。而且，電極115可為傳輸或接收的。

仍參考圖11，滑動平面112及參考平面114係能夠彎曲之撓性平面。參考平面114與滑動平面112在各種附接點處附接。附接點可位於該等平面之間的任何位置處，條件係該等附接點確立一參考位置，藉由該參考位置而確定一個平面相對於另一平面之移動。在一實施例中，附接點可為平面之中心位置。在一實施例中，存在多於一個附接點，自該附接點確立平面之相對移動。在一實施例中，平面在一邊緣處彼此固定。在一實施例中，平面沿著該邊緣在多個點處固定。在一實施例中，平面沿著一邊緣在若干點處且在該等平面之區內固定。

轉至圖12及圖13，展示用以量測相對移位之一電容性電極設計之另一實施例。儘管多層撓曲電路係廣泛可用的，但存在可被強加之特定設計限制。一常見限制係不允許彎曲區段上之通孔。因此，在彎曲區中不需要層間連接之圖案有時係較佳的。

圖12展示形成參考條帶124之兩個三角形電極120，及形成於滑動條帶122上之一系列矩形電極121。藉由針對滑動條帶122上之矩形電極121中之每一者量測相對於A電極120及B電極120之相對電容，可判定矩形電極121之相對位置。

圖12及圖13中所展示之此圖案不需要多個層連接。在參考條帶124上，可自任一端直接進行連接。滑動條帶122上之矩形電極121可經由匯流排126而製作，如圖13中所展示。在一實施例中，可在矩形電極121及三角形電極120周圍採用屏蔽物。屏蔽物可幫助減輕干擾。傳輸之電極可由接地環繞且接收電極可利用一主動屏蔽件來驅動以便減輕干擾。

圖12及圖13中所展示之設計對參考條帶124與滑動條帶122之間的輕微旋轉係敏感的。舉例而言，若頂部與底部之間隔較大，則此可導致一系統誤差。此可藉由校準而進行校正。亦可藉由使用一較不敏感圖案而改善敏感度。

在圖14中展示具有經減小敏感度之一圖案之一實例。圖14中所展示之圖案採用放置於參考條帶144上之額外三角形電極140。矩形電極141放置於滑動條帶142上。圖14中所展示之電極圖案關於參考條帶144之中心線係對稱的。與圖12中所展示之圖案相比，此減小敏感度。經減小敏感度發生，此乃因三角形電極140在一側上更遠且在另一側上更近。此距離大致抵銷可能存在之任何傾斜之影響。

圖15展示感測器電極之另一實施例。圖15展示一參考條帶154及滑動條帶152之一配置。參考條帶154具有複數個三角形電極150。滑動條帶152具有複數個矩形電極151。與圖12中所展示之電極圖案相比，圖15中之圖案複製三角形電極150之彼配置。在每一量測之附近以一較小尺度複製成角度圖案，從而改良解析度。圖15中所展示之感測器圖案亦可與屏蔽及對稱技術組合。

圖16展示感測器電極之另一實施例。圖16展示一參考條帶164及滑動條帶162之一配置。參考條帶164具有複數個三角形電極160。滑動條帶162具有複數個矩形電極161。與圖12中所展示之電極圖案相比，圖16中之圖案複製三角形電極160之彼配置。在每一量測之附近以一較小尺度複製成角度圖案，以便改良解析度。圖16中所展示之感測器圖案亦可與屏蔽及對稱技術組合。當移位致使一矩形電極161接近一個三角形電極160之端時，將導致某些非線性。用以解決此之一種方式係使用多組三角形電極160。該等組經移位使得當一矩形電極161接近一個三角形電極160上之一邊緣時，該矩形電極不在三角形電極160中之另一者上之一邊緣處。 光學

除了基於電容性之感測之外，亦可使用光學技術而非電容性來形成多彎曲感測器。替代指叉式電極，可使用光學傳輸器及接收器。可透過位於一參考條帶與滑動條帶之間的一光學傳輸間隔件而傳輸信號。波導技術准許將電子器件放置於一端處，而非沿著感測器分佈該等電子器件。

使用標準撓曲電路技術，將標準電光組件(諸如LED及光電二極體)放置於一撓性條帶上係可能的。然而，由於此等組件本身並非係撓性的，因此可需要在量測點處進行局部加強。可使用特定技術來解決局部加強之問題。一般而言，可將撓性電子器件應用於多彎曲感測器之製造(例如，進行局部電場感測，且經由一共用匯流排而往回報告資料)。特定而言，呈一撓性形式之OLED及其他光學裝置之可用性使得可沿著一撓性條帶構建分佈式光學編碼器。

亦可採用撓性波導來將光學信號傳入及傳出沿著條帶分佈之量測點。以此方式，可將光電子器件聚集在一個位置處。舉例而言，可將光電子器件放置於條帶接合之端處。在此位置處，一剛性PCB可固持電光組件。

另外，為減少所需之光學連接數目，可採用多工技術。舉例而言，每一感測位置可採用光學濾波器，使得不同色彩之光、不同偏振或此等之某一組合沿著多彎曲感測器在不同位置處係作用的，且可在端處利用光電子器件來進行區分。

此等系統具有用於使光自一個條帶行進至另一條帶之一路徑。此可以數種不同方式來完成。在一實施例中，間隔件可由透明材料製成。在一實施例中，可在量測點附近提供狹槽。在一實施例中，間隔件可在條帶之間維持一氣隙。在一實施例中，光纖可具有准許光自一個纜線流至另一纜線之縫隙。在一實施例中，可存在在中間處被繫結之光纖束，其中能夠判定該等束之兩端之相對移位。

參考圖17，亦可使用廉價相機晶片來製作多彎曲感測器。可沿著條帶在各種點處使用此等晶片以便量測移位。仍參考圖17，使用在交錯附接點176處附接至一參考條帶174之多個平行滑動條帶172。此等滑動條帶172之端可然後延伸以由一相機晶片175觀察到。一單個相機可因此以高精確度追蹤多個滑動條帶172之運動，從而有效地給出與在不同位置處量測移位相同之結果。

儘管撓性電子器件係一選項，但存在用於沿著一撓性條帶分佈光電子器件之其他選項。在一實施例中，一剛性PCB可經由彈性部件而附接至一撓性條帶。以此方式，條帶仍可自由地彎曲，而浮動電光模組朝向另一撓性條帶上之編碼器標記觀看。為幫助維持對準，電光模組可經設計以具有一較大光學區，該較大光學區透過撓性條帶中之一較小孔口而觀看。即使剛性PCB相對於條帶稍微擺動，亦將總是相對於條帶中之孔口而完成量測。

當感測移位時，存在在超出範圍之前必須感測到多少移位之一問題。參看圖18中所展示之接收電極182及傳輸電極184之配置，可解釋移位範圍之一實例。在此情形中，存在放置於一滑動條帶上之較小數目個接收電極182，及放置於一參考條帶上之較大數目個傳輸電極184。替代在每個傳輸電極184上提供唯一信號，週期性地重新使用信號。經編號傳輸電極184中之每一者表示一不同信號。若將移位限制於一組傳輸電極184之區域，則可唯一地判定位置。若移位大於此，則不會由最近傳輸電極184唯一地判定移位讀數。在此例項中，其可能已移位了很多以至於包繞至下一組傳輸電極184中。由於沿著條帶進行一系列量測，因此來自較早分段之經組合移位可被看到且可能指示已發生一包繞。由於增量展開可發生，因此約束並不在停留於一組傳輸電極184之範圍內之任何特定接收電極182上。其僅受展開能力之限制。若已知連續接收電極182之間的傳輸電極184之數目限制於標稱地介於傳輸電極184之間的接收電極182之數目之+/-一半，則可唯一地判定下一分段之位置，此乃因已知哪些傳輸電極184可位於先前分段之範圍內。更先進之技術可(舉例而言)藉由做出關於高階導數之假定而對此進行更進一步擴展。雖然在一電容性感測器之內容脈絡中解釋此技術，但相同技術可應用於其他實施例。使用光學多條帶設置，而非僅偵測一端，條帶可具有重複變化，該等重複變化經偵測及分析以找到一精確位置。使用具有諸多邊緣之校準目標以允許藉由組合所有該等校準目標之資料而判定位置係可能的。 其他方法

上文論述了電容性及光學技術，然而，可採用其他機構。舉例而言，類似於一電位計，一個條帶可用作一分佈式電阻器，且另一條帶可具有沿著電阻式條帶在眾多點處進行接觸之多個標(wiper)。每一標處之電壓可經配置以指示沿著電阻式條帶之相對位置。一電阻式條帶位於一個條帶上，且跨越該條帶而施加一電壓。此沿著條帶形成一電壓梯度，該電壓梯度係位置相依的。沿著頂部條帶之標與條帶進行滑動接觸，從而感測其位置處之電壓。可藉由使一單獨電位計形成於每一標之區域中而達成上文所論述之包繞偵測，以允許更精確之量測。以機械方式，標亦可在維持層之間的間隔中起作用，此乃因該等標本身係間隔件。

對以上設計之一改良係替代具有沿著條帶之一單個電阻式條帶，可將單獨電阻式條帶放置於每一標附近。然後每一較小電阻式條帶可在一小得多之位移內具有整個電壓梯度，從而大大增加量測之解析度。應注意，至具有電阻式條帶之條帶之連接數目仍僅係兩個。

替代機械標，可採用其他方法來形成移位相依之電阻率改變。舉例而言，磁阻材料在存在一磁場之情況下改變電阻。可在不同位置處有效地橋接平行於一導體伸展之一電阻跡線，在此等跡線之間包含磁阻材料，可藉由另一條帶上之一磁體而選擇性地使該電阻跡線更具導電性。

另一實施例採用位於一個條帶上之一系列磁體及位於另一條帶上之霍爾(Hall)效應感測器以便量測移位。亦可利用時域技術來量測長度。可使用電、光學或聲學領域中之時域反射量測技術來在多個點處量測移位。為使用此等，量測點建立用於使信號返回之一路徑。亦可使用磁致伸縮位置傳感器方法來量測移位。

在一實施例中，可採用電感式接近感測。一線圈之電感將回應於接近於其之特定材料而改變。舉例而言，在一實施例中，一個條帶攜載一系列線圈，而另一條帶具有由線圈偵測到之不同磁導率之若干區段。可以若干種方式(包含獨立地記錄每一線圈之電感改變，或尋找不同線圈當中之耦合改變)完成偵測。在兩個條帶上具有線圈且量測該等線圈之間的耦合亦係可能的。可將線性可變差動變壓器(LVDT)直接應用於此類型之量測。

在一實施例中，可利用使用條帶之間的射頻(RF)耦合之電磁耦合。

在一實施例中，多彎曲感測器經設計用於經由RF進行遠端詢問。使用一簡單儲能電路(LC)，其中L或C相依於條帶之間的相對移位。可僅使用導電材料之圖案化而將此類型之電路形成於條帶上。儲能電路之共振頻率相依於相對移位，且可使用標準RFID技術來遠端地讀取。條帶可經設計以便含有各自相依於局部相對移位之多個共振。若共振在頻率上合理地分開，則一遠端頻率掃描可獨立地顯示每一共振之改變。在添加主動組件之情況下，可採用其他技術(諸如時域多工)來讀取多個點上之移位。

可使用磁性感測器(霍爾效應、巨大磁阻(Giant Magnetoresistive)等)來量測局部磁場。一個條帶之一磁化型樣可在另一條帶上偵測出，以判定諸多點處之相對移位。可採用磁性電路以將磁通量量測帶至一方便之實體位置。高磁導率材料用於引導磁通量，類似於攜載電流之一導電導線。使用此等技術，可將若干個磁性感測器放置於條帶之結合端上，從而沿著條帶在各種點處進行量測。

已採用磁致伸縮傳感器來在惡劣工業環境中量測位置。藉由給一磁致伸縮元件中之電流加脈衝使得在該元件中在一移動磁體之區域中產生一機械脈衝而判定該磁體之位置。此脈衝傳播回至一量測點之時間隨磁體之位置而變。在一實施例中，將磁體放置於一個條帶上，且將磁致伸縮材料放置於另一條帶上。

可採用使用光電導材料之類似技術。滑動條帶上之一光可使橋接位置移位。此可為安裝於條帶上之一LED或其他光源，或者一簡單孔口，透過該簡單孔口而允許一單獨光源選擇性地通過。

可透過機械構件而在較傳統臂/編碼器系統上獲得多彎曲感測器之量測誤差傳播性質中之某些量測誤差傳播性質。通常使用平行連桿來維持兩個部件之平行性。

圖19展示保證水平線保持彼此平行之三組平行連桿。點1901表示編碼器。在每一編碼器處量測之角度總是相對於頂部線。以此方式，每一編碼器處之量測誤差不會在量測每一編碼器處之絕對出口角度時傳播。可採用齒輪、帶與其他連桿之各種組合來達成類似效果。

上文所論述多彎曲感測器沿著其長度提供曲率資料。可以更先進方式使用此資料以給出更詳細模型。舉例而言，可內插或擬合一高階函數來模型化沿著感測器之曲率改變，且因此建立具有有效地更多分段之一模型。亦可將一分段之基礎模型自一圓弧改變為一不同功能形式。

多彎曲感測器之上文所闡述實施例可準確地判定一曲線或彎曲表面之形狀。此技術之某些應用可為判定機器人系統之位置。在一實施例中，多彎曲感測器用於柔性介面。在一實施例中，多彎曲感測器用於人體關節運動復原。在一實施例中，多彎曲感測器用於虛擬實境中之人體關節運動。在一實施例中，多彎曲感測器用於判定一背部之曲率、一頭部之移動或腿部之彎曲。在一實施例中，多彎曲感測器用於量測複曲線。在一實施例中，多彎曲感測器用於複雜振動瞭解及主動控制。在一實施例中，多彎曲感測器用於汽車、輪胎及座椅變形。在一實施例中，多彎曲感測器用於姿勢監測。在一實施例中，多彎曲感測器用於有表現力之樂器介面。在一實施例中，多彎曲感測器用於儲槽/壓力囊監測以找到變形(諸如向外鼓泡) (例如，監測飛機、潛艇等)。

多彎曲感測器亦可用於瞭解一經加壓系統之形狀。舉例而言，具有經加壓艙之飛機在其被重複地加壓及減壓時經受顯著應力及變形。若一特定區由於重複應力而變弱，則其將開始相對於其他區向外鼓泡(或向內鼓泡，此取決於看向哪一側)。採用多彎曲感測器以便對此進行偵測以用於瞭解系統疲勞速率，以及可即將發生故障之處。潛艇、儲存槽及各種各樣之經加壓容器皆具有可受益於多彎曲感測器之應用之類似問題。在一實施例中，在判定鑽頭之曲率時，多彎曲感測器用於幫助進行石油與天然氣勘探。

在負載下變形之其他機械系統亦可受益於多彎曲感測器。上文所闡述之多彎曲感測器之另一優點係精確度來自於幾何關係而非來自於由於環境條件而易受改變且經受老化及磨損之電性質，此使得所揭示多彎曲感測器適合於在結構之壽命內監測橋、支撐樑等。

上文所闡述之多彎曲感測器之另一優點係精確度來自於幾何關係而非來自於由於環境條件而易受改變且經受老化及磨損之電性質。此申請案之實施方案可採用在實施正交分頻多工感測器及以下各項中所揭示之其他介面時所使用之原理：美國專利第9,933,880號、第9,019,224號、第9,811,214號、第9,804,721號、第9,710,113號及第9,158,411號。假定熟悉此等專利內之揭示內容、概念及命名。彼等專利及以引用之方式併入其中之申請案之整個揭示內容以引用之方式併入本文中。此申請案亦可採用在快速多點觸控感測器及以下各項中所揭示之其他介面中所使用之原理：美國專利申請案15/162,240、15/690,234、15/195,675、15/200,642、15/821,677、15/904,953、15/905,465、15/943,221、62/540,458、62/575,005、62/621,117、62/619,656及PCT公開案PCT/US2017/050547，假定熟悉其中之揭示內容、概念及命名。彼等專利及以引用之方式併入其中之申請案之整個揭示內容以引用之方式併入本文中。 實體實施方案

現在參考圖20A及圖20B，提供一多彎曲感測器之一參考條帶及一滑動條帶。複數個傳輸電極沿著接收電極之一對應圖案移動。在一實施例中，藉由檢查傳輸電極與接收電極之間的耦合電容之改變而判定位置。在一實施例中，指叉式電極之一圖案允許藉由比較重疊電極之電容以判定相對移位而執行差動量測。此量測之差動性質使其對各種類型之誤差高度不敏感。如上文所述，除了圖20A中所展示之電極圖案之外，亦可實施其他電極圖案，該等其他電極圖案將進一步提供可幫助判定多彎曲感測器之整體移動及形狀之量測。

在一實施例中，複數個電極經調適以傳輸信號且複數個電極經調適以自傳輸信號之電極接收信號。在一實施例中，取決於實施方案，可切換或交替經調適以傳輸信號之電極與經調適以接收信號之電極。在一實施例中，經調適以傳輸一信號之一電極可在一不同時間亦經調適以接收一信號。使用所接收信號以便判定一個條帶相對於另一條帶之移動。在一實施例中，當形成參考條帶及滑動條帶時，可在標準撓性印刷電路板(PCB)上對電極進行圖案化。可量測穿過間隔件之電容，且判定相對位置。

在一實施例中，傳輸條帶具有與接收條帶上之相等數目個差動電極對對準之複數個相等地間隔開的電極。當條帶係平坦時，每一傳輸電極將在一接收對上居中，使得差動電容係零。隨著兩個條帶相對於彼此移位，傳輸墊將移動成與接收墊不對準，從而使差動電容失去平衡。在一實施例中，將電極配置為具有顯著重疊以最小化偏斜及邊緣場之影響，從而給出差動電容相對於移位之一線性改變。

在一實施例中，藉由插置複數個聚醯亞胺條帶來使傳輸墊與接收墊保持處於一固定間隔。在一實施例中，移位量係與間隔之厚度成比例。在一實施例中，厚度係0.5 mm。在一實施例中，使用一單個間隔件。在一實施例中，使用複數個間隔件來維持準確間隔，同時允許裝置係柔性的。

在一實施例中，條帶係經由一彈性套筒保持壓在一起，同時仍允許沿著長度抵靠彼此移位。在一實施例中，一夾具通過條帶上之對準孔以約束彼端上之運動。在一實施例中，金手指(gold finger)觸點允許將條帶插入至一控制器板之相對側上的連接器中。在一實施例中，條帶係與一控制器板整體地製造。

圖21A及圖21B分別展示一多彎曲感測器2100之一透視圖及一側視圖。在一實施例中，滑動條帶及參考條帶係一單個連續組件之部分，該單個連續組件然後被摺疊至其自身上。在一實施例中，至少一個間隔件位於滑動條帶部分與參考條帶部分之間。

在一實施例中，電極之被放置於滑動部分及參考部分中的電連接(未展示)可透過連續組件之一端或兩端佈線回到電路。在一實施例中，屬於滑動部分之電極及屬於參考部分之電極係貼附至一連續材料件，其中所有電連接經佈線至一端或兩端。連續材料件將然後被摺疊且該等端被固定至彼此。在一實施例中，至少一個間隔件係放置於滑動部分與參考部分之間，且被固定至材料之端。

圖22A及圖22B分別圖解說明處於一平坦位置及一彎曲位置中之一多彎曲感測器。在一實施例中，當感測器撓曲時，電極移位。圖22C圖解說明在多彎曲感測器處於一平坦位置中及處於一彎曲位置中時相對移位與差動電容之間的關係。在一實施例中，當多彎曲感測器處於一平坦位置中時，傳輸電極在兩個接收電極之間居中(亦即，無移位)且差動電容係零。在一實施例中，當多彎曲感測器在感測器之至少一部分中彎曲時，至少一個傳輸電極與來自該組接收電極之一個接收電極的重疊比其他接收電極多(亦即，移位)，從而形成一非零差動電容。

在一實施例中，使用一單通道24位元差動電容轉數位轉換器來執行電容量測。在一實施例中，使用一系列超低電容多工器，可連續量測沿著條帶之8個點處之移位。在一實施例中，所量測之電容係低於微微法拉。

在一實施例中，當記錄到歸因於各種跡線之接近之實質寄生電容時，可使用一校準程序。首先，當將感測器放置為平坦時，量測寄生電容之靜態影響。然後，自稍後讀數減去此值以找到歸因於電極之差動電容。在一實施例中，電路可每秒進行對多彎曲感測器之一全掃掠約10次，而汲取少於100 mW。 掌帶感測器

轉至圖23至圖25，圖解說明能夠追蹤手部姿勢及手指敲擊之一掌帶2300。在一實施例中，沿手指向上伸展之多彎曲感測器整合形狀追蹤與等距回饋技術以對手指移動提供智慧阻力。在一實施例中，掌帶2300能夠在無需實體鍵(亦即，在每一手指處無需笨重之觸覺機構)之情況下模擬打字之「感覺」。在一實施例中，一使用者可利用可程式化鍵帽阻力觸覺在任何表面上或在空中打字。

在一實施例中，一形狀觸覺掌帶2300組合低延時手部姿勢及手指敲擊追蹤與個別手指上之基於形狀之阻力回饋。在一實施例中，掌帶2300可模仿敲擊實體鍵之感覺。在一實施例中，掌帶2300包括坐於手部之頂部上之一電子器件集線器2310。在一實施例中，集線器2310容易被圍繞手掌之一帶條2315捆紮。在一實施例中，掌帶2300包括沿食指、無名指、中指及小指中之至少一者向上伸展之至少一個感測器條帶2320。在一實施例中，至少一個感測器條帶2320在手部之外側上沿手指向上伸展。在一實施例中，至少一個感測器條帶2320在手部之內側上沿手指向上伸展。在一實施例中，至少一個感測器條帶2320在一指尖處終止。在一實施例中，至少一個感測器條帶2320在一指尖處以可拉伸織物指杯2325終止。在一實施例中，至少一個感測器條帶2320包括一組可伸縮智慧型紡織條帶。在一實施例中，掌帶2320包括沿一拇指向上伸展之至少一個感測器條帶2320。在一實施例中，集線器2310包括拇指支撐結構2313。在一實施例中，集線器2310與拇指支撐結構2313形成一單個組件。

在一實施例中，掌帶2300包括如本文中所揭示之至少一個多彎曲感測器，以準確地量測手指捲曲及在任何表面上之敲擊。在一實施例中，多彎曲感測器條帶2320包括一阻力系統以提供形狀追蹤及等距回饋技術來對手指移動提供智慧阻力，該智慧阻力可(舉例而言)在無需實體鍵之情況下模擬打字之「感覺」。在一實施例中，感測及機械阻力由一薄的多彎曲致動器條帶提供，從而消除對於每一手指處之笨重機構之需要。在一實施例中，觸覺回饋由能夠對手指移動提供阻力之一離合器機構提供。在一實施例中，觸覺回饋由能夠應用電黏附(electroadhesion)原理以抵抗手指移動之一系統提供。在一實施例中，條帶2320錨固至集線器2310及結構2313中之至少一者。

在一實施例中，掌帶2300包括伸展手指之長度之一致動器。在一實施例中，掌帶2300包括固定至手指之一部分之一致動器。在一實施例中，掌帶2300包括一阻力元件。在一實施例中，致動器係伸展一手指之長度且連接至一阻力元件之一金屬件(亦即，導線、條帶)。在一實施例中，阻力元件與致動器係相同組件(例如，一電黏附系統)。在一實施例中，阻力元件與致動器係不同組件(例如，一纜線及離合器系統)。在一實施例中，每一手指具有一專用多彎曲感測器/阻力系統。在一實施例中，多彎曲感測器、致動器與阻力元件係一個組件。在一實施例中，多彎曲感測器、致動器與阻力元件係不同組件。

在一實施例中，掌帶2300建立可以程式化方式界定並提供「感覺」阻力之一「虛擬敲擊表面」。在一實施例中，觸覺回饋由能夠對手指移動提供阻力之一鐵磁流體機構提供。在一實施例中，掌帶2300建立一虛擬物件，例如一蘋果或一鉛筆。藉由遍及每一手指在不同點處對該手指施加不同位準之阻力，掌帶2300可重新建立在彼手部中固持一物件之「感覺」。多彎曲感測器在每一手指及每一手指之每一部分之位置上為掌帶提供回饋。

在一實施例中，觸覺回饋包括一硬停止。在一實施例中，觸覺回饋包括一點擊設定檔，其中使用者體驗到按下一機械鍵之感覺。在一實施例中，按下一機械鍵之感覺包括一初始阻力後續接著比初始阻力大的一阻力，以及小於該較大阻力之一最終阻力。

本發明之一態樣係一種包括固定至一使用者之一手指之至少一部分之一多彎曲感測器的掌帶，其中該多彎曲感測器經調適以輸出與該手指之一移動或一姿勢相關之至少一個信號。該掌帶進一步包括一處理器，該處理器操作地連接至該多彎曲感測器，使得該處理器可藉此接收來自該多彎曲感測器之輸出信號。該處理器使用該等所接收信號來判定該手指之該移動或姿勢之一特性。該掌帶亦包括一阻力系統，該阻力系統包括固定至該使用者之該手指之至少一部分之一致動器，及機械地連接至該致動器且操作地連接至該處理器之一阻力元件，其中該阻力元件基於由該處理器判定之該特性而對該手指之該移動或姿勢提供一反作用力。

本發明之另一態樣係一種掌帶，其包括：複數個多彎曲感測器，每一多彎曲感測器固定至一手部之一手指之至少一部分，其中該複數個多彎曲感測器中之每一多彎曲感測器固定至該手部之一不同手指，且其中每一多彎曲感測器經調適以輸出與該手部之一移動或一姿勢相關之至少一個信號；及一處理器，其操作地連接至該複數個多彎曲感測器，使得該處理器可藉此接收來自該等多彎曲感測器之輸出信號，且使用該等所接收輸出信號來判定該手指之該移動或姿勢之一特性。該掌帶進一步包括一阻力系統，該阻力系統包括：複數個致動器，其對應於該複數個多彎曲感測器，每一致動器固定至該手部之一對應手指之至少一部分；及一阻力元件，其機械地連接至該複數個致動器且操作地連接至該處理器，其中該阻力元件基於由該處理器判定之該特性而對該手部之該移動或姿勢提供一反作用力。

本發明之又一態樣係一種掌帶，其包括固定至一使用者之一手指之至少一部分之一多彎曲感測器，該多彎曲感測器包括：具有第一複數個電極之一參考條帶，其中該第一複數個電極中之每一者經調適以接收一信號；及具有第二複數個電極之一滑動條帶，其中該第二複數個電極中之每一者經調適以傳輸至少一個信號，其中該參考條帶與該滑動條帶經調適以相對於彼此在至少一個維度上撓性地移動。該掌帶進一步包括：一阻力系統，其包括固定至該使用者之該手指之至少一部分之一致動器，及機械地連接至該致動器之一阻力元件；以及一處理器，其操作地連接至該第一複數個電極、該第二複數個電極及該阻力元件，該處理器經調適以處理由該第一複數個電極接收之信號，其中該等經處理信號提供關於該手指之一移動或一姿勢之資訊，且進一步經調適以引導該阻力元件基於關於該移動或姿勢之該資訊而對該手指提供一阻力位準。 捲收式鍵盤

轉至圖26至圖27，圖解說明一多模態輸入表面2600。在一實施例中，一多模態輸入表面2600能夠包裝至一圓筒2650中。在一實施例中，圓筒量測為直徑大約50 mm且長度大約110 mm。在一實施例中，圓筒量測為直徑大約25 mm且長度大約300 mm。如熟習此項技術者將明瞭，多模態輸入表面2600所插入到的主體之形狀係非限制的。在一實施例中，多模態輸入表面2600能夠包裝至一中空體中。

在一實施例中，多模態輸入表面2600可用作一鍵盤。在一實施例中，多模態輸入表面2600可用作一多點觸控滑鼠。在一實施例中，多模態輸入表面2600包括坐於一流線型感測墊2620頂部上之可塌縮機械回饋鍵帽2610。在一實施例中，當表面展開時，一滑動機械層使得鍵帽2610能夠自該平坦輸入表面升起。在一實施例中，鍵帽2610模仿橡膠圓頂鍵致動。在一實施例中，鍵帽2610用作背光鍵之一波導。在一實施例中，當手部靠近時，多模態輸入表面2600照明鍵帽。在一實施例中，當手部在空中以大約≤5 cm靠近時，多模態輸入表面2600照明鍵帽。

在一實施例中，輸入表面2600可追蹤鍵敲擊及指尖運動以用於跨越整個表面進行同時打字及多點觸控滑鼠操作。在一實施例中，輸入表面2600包括電容性感測。在一實施例中，輸入表面2600包括毫米波感測。在一實施例中，輸入表面2600包括電阻式感測。在一實施例中，輸入表面2600包括機械感測。在一實施例中，當輸入表面2600包括電容性感測時，電容性傳輸器及接收器並非位於鍵帽上，而是電容性感測器位於鍵帽周圍且在毗鄰及非毗鄰鍵當中被共用。在一實施例中，當輸入表面2600包括電容性感測時，電容性傳輸器及接收器位於鍵帽上且可在毗鄰及非毗鄰鍵當中被共用以進行感測。在一實施例中，輸入表面2600具有坐於一流線型感測墊2620頂部上之可塌縮機械回饋鍵帽，該流線型感測墊追蹤鍵敲擊及指尖運動以用於進行同時打字及滑鼠操作。

在一實施例中，低延時感測及軟體演算法達成打字與滑鼠操作之間的區分。在一實施例中，可藉由偵測一手指及一手部中之至少一者之速度及懸停而達成區分。在一實施例中，輸入表面2600能夠進行鍵頂部方向性滑刷、力及存在偵測事件。在一實施例中，輸入表面2600可用作一鍵盤及一擴展多點觸控追蹤墊兩者。

在一實施例中，輸入表面2600包括位於裝置堆疊之底部處之一感測墊2620。在一實施例中，感測墊2620使得每一機械鍵帽能夠根本上感測新的「指尖方向性滑刷」、「敲擊力」及「存在」事件。在一實施例中，鍵帽「存在」事件允許此智慧型輸入表面2600知曉一使用者之手指正擱置於哪些鍵帽上。此等「存在」事件可用於提供智慧工具提示，該等智慧工具提示在一使用者停留於一或多個鍵輸入上時出現。在一實施例中，鍵帽滑刷及力事件將每一鍵帽轉變成一多狀態按鈕，其中滑刷、輕敲擊或用力敲擊之動作可使得一單個鍵能夠提供多個輸入命令。

在一實施例中，輸入表面2600包括一新穎滑動機械層。在一實施例中，機械層可模仿傳統橡膠圓頂之致動，其中簡單地藉由將鍵盤自圓筒中拉出之動作而使鍵帽自平坦表面升起。此相同機械層亦可用作一波導以用於提供背光鍵。在一實施例中，接近感測使得鍵帽能夠在使用者之手部靠近鍵時逐漸被照明且在不活動時期期間智慧地關閉鍵帽之背光。在一實施例中，機械層包括材料條帶，該等材料條帶在表面捲起時處於張力下且在表面係平坦時彈開以形成不同表面。在一實施例中，感測層、機械層及鍵帽中之至少一者包括如本文中所闡述之至少一個多彎曲感測器。 健康監測系統

轉至圖28，圖解說明由一使用者穿戴之一健康監測系統2800。在一實施例中，健康監測系統2800收集關於使用者之至少一個健康參數之資訊且藉由一視覺指示器2840及一網路中之至少一者而傳達彼資訊。在一實施例中，健康參數係使用者之呼吸速率。在一實施例中，健康參數係一使用者之心率。在一實施例中，健康參數係一使用者之體溫。在一實施例中，健康參數係一使用者之血壓。在一實施例中，健康參數係一使用者之血氧位準。在一實施例中，進行所有前述量測。在一實施例中，進行前述量測之組合。在一實施例中，基於所量測參數而判定前述參數之組合之導數。

在一實施例中，健康監測系統2800包括一殼體2810及一帶2820。在一實施例中，帶2820圍繞一使用者之一身體部分固定。在一實施例中，使用者之身體部分係頭部、軀幹、大腿、手臂、腿部及腳部中之至少一者。在一實施例中，健康監測系統2800包括用以將帶2820之一自由端固定至殼體2810之一緊固件2830。在一實施例中，緊固件2830可以複數種方式附接至殼體2010。在一實施例中，緊固件2830係一卡扣、一鉤、一鉤與環組合及一側面釋放帶扣中之至少一者。

在一實施例中，健康監測系統2800包括至少一個視覺指示器2840。在一實施例中，視覺指示器2840係一發光二極體(LED)。在一實施例中，視覺指示器2840包括複數個LED。在一實施例中，視覺指示器2840係一液晶顯示器(LCD)。在一實施例中，視覺指示器2840係一有機發光二極體(OLED)顯示器。在一實施例中，視覺指示器2840係一文數顯示器。在一實施例中，視覺指示器2840係能夠視覺傳達資訊之任何裝置。在一實施例中，視覺指示器2840傳達關於一使用者之健康參數之資訊。在一實施例中，視覺指示器2840傳達關於一使用者之複數個健康參數之資訊。

在一實施例中，健康監測系統2800包括至少一個輸入2850。在一實施例中，輸入2850包括一按鈕、一觸控感測器、一電容性感測器、一電阻式感測器及能夠藉由實體互動而接收資訊之任何裝置中之至少一者。

轉至圖29，展示一健康監測系統2800之一仰視圖之一圖式。在一實施例中，健康監測系統2800藉由量測軀幹周長之改變而量測一使用者之呼吸速率。在一實施例中，帶2820固定至容納在殼體2810內之一張力器2825且纏繞在該張力器上。在一實施例中，當帶2820解開時，張力器2825被張緊。在一實施例中，當帶被釋放時，張力器2825使帶2820重新纏繞。在一實施例中，健康監測系統2800可包括一馬達，該馬達用以替換張力器2025或連同該張力器一起工作以使帶2820纏繞及解開。在一實施例中，帶2820由一非可拉伸材料製成。在一實施例中，帶2820由一可拉伸材料製成。如可由熟習此項技術者注意，帶2820在殼體內之定向係非限制性的。在一實施例中，帶2820纏繞在殼體內，係與使用者之身體部分平行、垂直以及其間的任何位置中之至少一者。在一實施例中，帶2820在解開時被扭曲。

在一實施例中，一光學感測器2870捕獲帶2820之移動且利用處理器2860，健康監測系統2800判定一使用者之呼吸速率、心率及血壓中之至少一者。在一實施例中，健康監測系統2800包括至少一個多用途感測器2880及至少一個皮膚接觸感測器2890。在一實施例中，至少一個多用途感測器2880係一加速度計、一磁力計、一陀螺儀、一溫度感測器及一氣壓感測器中之至少一者。在一實施例中，至少一個皮膚接觸感測器2090係一溫度感測器、一血氧感測器及一心率感測器中之至少一者。

在一實施例中，帶2820包括如上文所闡述之一多彎曲感測器以提供關於使用者之身體部分之周長之資訊。

本發明之一態樣係一種健康監測系統，其包括經調適以圍繞一使用者之胸部穿戴之一帶及帶調節器。健康監測系統進一步包括一殼體，該殼體包括一指示器及操作地連接至該帶之一彈簧組件，該彈簧組件經調適以允許該帶自由一第一帶圓周識別之一第一位置移動至具有比該第一帶圓周大的一第二帶圓周之一經擴展位置。該彈簧組件進一步經調適以在一帶圓周大於該第一帶圓周時將該帶推進至該第一位置中。健康監測系統亦包括：一感測器系統，其用以量測圓周隨時間之改變；及一系統，其用於作為使用該感測器系統之輸出來計算之一生物計量量測之一結果而改變指示器。

在一實施例中，生物計量量測係使用者之心率。在一實施例中，生物計量量測係使用者之呼吸速率。在一實施例中，指示器係至少一個顯示器。在一實施例中，指示器係至少一個發光二極體(LED)。在一實施例中，指示器係一數字顯示器及一文數顯示器中之至少一者。在一實施例中，數字顯示器及文數顯示器中之至少一者顯示與生物計量量測相關聯之資訊。在一實施例中，健康監測系統進一步包括用以傳輸與指示器之一改變相關聯之資料之一傳輸器。在一實施例中，當生物計量量量測係高於一臨限值及低於該臨限值中之至少一者時，指示器改變。在一實施例中，當生物計量量測之一改變速率係高於一臨限值及低於該臨限值中之至少一者時，指示器改變。

如技術方案1之健康監測系統，其中用於改變指示器之系統進一步包括藉由閃光及照明中之至少一者而改變指示器。

本發明之另一態樣係一種監測系統，其包括：一帶，其經調適以圍繞一人類及一動物中之至少一者之一身體部分穿戴；及一殼體，其包括一指示器及操作地連接至該帶之一彈簧組件，該彈簧組件經調適以允許該帶自由一第一帶圓周識別之一第一位置移動至具有比該第一帶圓周大的一第二帶圓周之一經擴展位置。該彈簧組件進一步經調適以在一帶圓周大於該第一帶圓周時將該帶推進至該第一位置中。監測系統進一步包括：一感測器系統，其用以量測圓周隨時間之改變；及一系統，其用於作為使用該感測器系統之輸出來計算之一生物計量量測之一結果而改變指示器。在一實施例中，感測器係一光學感測器。

如本文中所使用，且尤其係在申請專利範圍內，諸如第一及第二之序數術語本身並不意欲暗示序列、時間或唯一性，而是用於將一個所主張建構體與另一所主張建構體區分開。在其中內容脈絡規定之某些使用中，此等術語可暗示第一及第二係唯一的。舉例而言，在一事件發生於一第一時間且另一事件發生於一第二時間之情況下，不存在對於第一時間發生於第二時間之前、發生於第二時間之後或與第二時間同時發生之有意暗示。然而，在第二時間係在第一時間之後的進一步限制存在於申請專利範圍中之情況下，內容脈絡將需要將第一時間及第二時間理解為唯一時間。類似地，在內容脈絡如此規定或准許之情況下，意欲廣泛地解釋序數術語，使得兩個所識別技術方案建構體可具有相同特性或具有不同特性。因此，舉例而言，在缺少進一步限制之情況下，一第一頻率與一第二頻率可為相同頻率(例如，第一頻率係10 Mhz且第二頻率係10 Mhz)；或可為不同頻率(例如，第一頻率係10 Mhz且第二頻率係11 Mhz)。內容脈絡可以其他方式規定，舉例而言，在將一第一頻率及一第二頻率進一步限制為彼此頻率正交之情況下，在此情形中，該第一頻率與該第二頻率可並非係相同頻率。

儘管已特定而言參考本發明之一較佳實施例展示及闡述了本發明，但熟習此項技術者將理解，可在不背離本發明之精神及範疇之情況下在本發明中做出形式及細節上之各種改變。

10:多彎曲感測器 12:滑動條帶/內滑動條帶 14:參考條帶 16:遠端/端部分/端點 18:間隔件/厚間隔件/薄間隔件 20:電極/指叉式電極/重疊電極 22:保持器 24:電路 30:對應點 31:對應點 71:已知起始點 72:起始角度/初始已知角度 73:未知終止點 74:終止角度/未知終止角度 75:中心 76:曲率半徑 77:角度範圍 82:滑動條帶 84:參考條帶 110:多彎曲感測器 112:滑動平面 114:參考平面 115:電極 120:三角形電極/A電極/B電極 121:矩形電極 122:滑動條帶 124:參考條帶 126:匯流排 140:三角形電極 141:矩形電極 142:滑動條帶 144:參考條帶 150:三角形電極 151:矩形電極 152:滑動條帶 154:參考條帶 160:三角形電極 161:矩形電極 162:滑動條帶 164:參考條帶 172:平行滑動條帶/滑動條帶 174:參考條帶 175:相機晶片 176:交錯附接點 182:接收電極 184:傳輸電極 1901:點 2100:多彎曲感測器 2300:掌帶/形狀觸覺掌帶 2310:電子器件集線器/集線器 2313:拇指支撐結構/結構 2315:帶條 2320:感測器條帶/多彎曲感測器條帶/條帶 2325:可拉伸織物指杯 2600:多模態輸入表面/輸入表面/智慧型輸入表面 2610:可塌縮機械回饋鍵帽/鍵帽 2620:流線型感測墊/感測墊 2650:圓筒 2800:健康監測系統 2810:殼體 2820:帶 2825:張力器 2830:緊固件 2840:視覺指示器 2850:輸入 2860:處理器 2870:光學感測器 2880:多用途感測器 2890:皮膚接觸感測器 A:角度/垂直對頂角度/電極 B:彎曲角度/電極 L:長度/總長度 L_r [n]:長度 L_r [n+1]:長度 L_s [n]:長度 L_s [n+1]:長度 r:半徑/曲率半徑 r[n]:半徑/曲率半徑 r+t:半徑/曲率半徑 r-t:半徑 s:對邊長度 s_s :延伸長度/長度 t:厚度/厚度量測/毗鄰邊長度 ΔL_r [n]:長度 ΔL_s [n]:長度 Δθ[n]:總對向角度/對向角度/角度/分段角度之轉變 θ[n]:起始角度/初始已知角度 θ[n+1]:終止角度/未知終止角度 θ_r :角度範圍/弧範圍

將依據如隨附圖式中所圖解說明之實施例之更特定說明而明瞭本公開之前述及其他目標、特徵及優點，其中貫穿各個視圖，元件符號係指相同部分。圖式未必按比例，而是將重點放在圖解說明所揭示實施例之原理上。

圖1展示一多彎曲感測器之一側視圖。

圖2展示不同感測器條帶之一俯視圖。

圖3係一滑動及一參考感測器條帶之一示意圖。

圖4係圖解說明包繞在一間隔件上之一參考條帶之一圖式。

圖5係圖解說明包繞在一間隔件上之一滑動條帶之一圖式。

圖6係由一滑動條帶及一參考條帶形成之一感測器條帶之另一視圖。

圖7A係圖解說明一分段之計算之一圖式。

圖7B係圖解說明一分段之計算之一圖式。

圖8係圖解說明針對曲線使用一線性分段分析之一圖式。

圖9係圖解說明線性分段分析中之角度判定之一圖式。

圖10係圖解說明經間隔電極之一圖式。

圖11係圖解說明一多平面多彎曲感測器之一圖式。

圖12係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之一圖式。

圖13係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之另一圖式，其進一步圖解說明連接。

圖14係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之一圖式。

圖15係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之另一圖式。

圖16係採用三角形電極及矩形電極之一多彎曲感測器之另一圖式。

圖17係展示將平行條帶與一相機晶片一起使用之一圖式。

圖18係展示能夠判定包繞之一感測器之一電極圖案之一圖式。

圖19係機械多彎曲感測器之一圖式。

圖20A展示一多彎曲感測器之一滑動條帶、一參考條帶及一間隔件條帶之一俯視圖。

圖20B展示圖20A之多彎曲感測器之一側視圖。

圖21A係一多彎曲感測器之一透視圖。

圖21B係圖21A之多彎曲感測器之一側視圖。

圖22A圖解說明處於一平坦位置中之一多彎曲感測器。

圖22B圖解說明處於一彎曲位置中之一多彎曲感測器。

圖22C圖解說明當一多彎曲感測器處於一平坦位置中及處於一彎曲位置中時之代表電極位置。

圖23係一掌帶感測器之一前視圖。

圖24係一掌帶感測器之一後視圖。

圖25係一掌帶感測器之一等角視圖。

圖26係一捲收式鍵盤之一圖解說明。

圖27係一捲收式鍵盤之一圖解說明。

圖28係由一使用者穿戴之一健康監測感測器之一圖式。

圖29係一健康監測感測器之一仰視圖之一圖式。

2300:掌帶/形狀觸覺掌帶

2310:電子器件集線器/集線器

2315:帶條

2320:感測器條帶/多彎曲感測器條帶/條帶

2325:可拉伸織物指杯

Claims (20)

1. 一種掌帶，其包括： 一多彎曲感測器，其經固定至一使用者之一手指的至少一部分，其中該多彎曲感測器經調適以輸出與該手指之一移動或一姿勢相關的至少一個信號；及， 一處理器，其經操作地連接至該多彎曲感測器，使得該處理器可藉此接收來自該多彎曲感測器之該等輸出信號，且使用該等所接收輸出信號來判定該手指之該移動或姿勢的一特性。
2. 如請求項1之掌帶，進一步包括一阻力系統，該阻力系統包括經固定至該使用者之該手指之至少一部分之一致動器，及經機械地連接至該致動器且經操作地連接至該處理器之一阻力元件，其中該阻力元件基於由該處理器判定之該特性而對該手指之該移動或姿勢提供一反作用力。
3. 如請求項2之掌帶，其中該阻力元件透過一機械離合器來提供阻力。
4. 如請求項2之掌帶，其中該阻力元件透過一靜電力來提供阻力。
5. 如請求項2之掌帶，其中該阻力元件透過一鐵磁流體來提供阻力。
6. 如請求項2之掌帶，其中該阻力元件回應於該手指之該移動或姿勢而提供一系列阻力位準。
7. 如請求項6之掌帶，其中該阻力元件提供一第一阻力位準、大於該第一阻力位準之一第二阻力位準，及小於該第二阻力位準之一第三阻力位準。
8. 如請求項1之掌帶，其中該多彎曲感測器經固定至該手指之整個長度。
9. 一種掌帶，其包括： 複數個多彎曲感測器，每一多彎曲感測器經固定至一手部之一手指的至少一部分，其中該複數個多彎曲感測器中之每一多彎曲感測器經固定至該手部之一不同手指，且其中每一多彎曲感測器經調適以輸出與該手部之一移動或一姿勢相關的至少一個信號；及， 一處理器，其經操作地連接至該複數個多彎曲感測器，使得該處理器可藉此接收來自該等多彎曲感測器之該等輸出信號，且使用該等所接收輸出信號來判定該手指之該移動或姿勢的一特性。
10. 如請求項9之掌帶，進一步包括一阻力系統，該阻力系統包括：複數個致動器，其對應於該複數個多彎曲感測器，每一致動器經固定至該手部之一對應手指的至少一部分；及一阻力元件，其經機械地連接至該複數個致動器且經操作地連接至該處理器，其中該阻力元件基於由該處理器判定之該特性而對該手部之該移動或姿勢提供一反作用力。
11. 如請求項10之掌帶，其中該阻力元件透過一機械離合器來提供阻力。
12. 如請求項10之掌帶，其中該阻力元件透過一靜電力來提供阻力。
13. 如請求項10之掌帶，其中該阻力元件透過一鐵磁流體來提供阻力。
14. 如請求項10之掌帶，其中該阻力元件回應於該手部之至少一個手指之該移動或姿勢而提供一系列阻力位準。
15. 如請求項14之掌帶，其中該阻力元件提供該系列阻力位準中之一第一阻力位準、該系列阻力位準中之一第二阻力位準，其中該第二阻力位準大於該第一阻力位準，且提供該系列阻力位準中之一第三阻力位準，其中該第三阻力位準小於該第二阻力位準。
16. 如請求項1之掌帶，其中每一多彎曲感測器經固定至該各別手指之整個長度。
17. 一種掌帶，其包括： 一多彎曲感測器，其經固定至一使用者之一手指之至少一部分，該多彎曲感測器包括：一參考條帶，其具有第一複數個電極，其中該第一複數個電極中之每一者經調適以接收一信號；及一滑動條帶，其具有第二複數個電極，其中該第二複數個電極中之每一者經調適以傳輸至少一個信號，其中該參考條帶與該滑動條帶經調適以相對於彼此在至少一個維度上撓性地移動； 一阻力系統，其包括經固定至該使用者之該手指之至少一部分之一致動器，及經機械地連接至該致動器之一阻力元件； 一處理器，其經操作地連接至該第一複數個電極、該第二複數個電極及該阻力元件，該處理器經調適以處理由該第一複數個電極接收之信號，其中該等經處理信號提供關於該手指之一移動或一姿勢的資訊，且該處理器進一步經調適以引導該阻力元件基於關於該移動或姿勢之該資訊來對該手指提供一阻力位準。
18. 如請求項17之掌帶，其中該阻力元件透過一機械離合器、一靜電力及一鐵磁流體中之至少一者來提供阻力。
19. 如請求項17之掌帶，其中該阻力元件回應於該手指之該移動或姿勢而提供一系列阻力位準。
20. 如請求項17之掌帶，其中該阻力元件提供一第一阻力位準、大於該第一阻力位準之一第二阻力位準及小於該第二阻力位準之一第三阻力位準。

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