TWI497456B

TWI497456B - 具警示功能之智能感應裝置

Info

Publication number: TWI497456B
Application number: TW102144037A
Authority: TW
Inventors: Chuan Shih Wu
Original assignee: Chuan Shih Wu
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-08-21
Also published as: TW201523537A

Description

具警示功能之智能感應裝置

本發明係關於一種智能感應的相關領域，特別是指一種具警示功能之智能感應裝置。

過去應用於看護的感應裝置或感測裝置之技術，乃是利用軟性電路板或壓力板以接觸方式來感測身體所產生的力量變化；市售產品所使用的製程技術，並無高可靠性及可重複應用之感測裝置；如前述技術所衍生之產品，主要適於力的量測；其產品特性為價格昂貴、可靠度較差、使用壽命短、功能易失去及感測性重複等問題。

市售一般的感測裝置，其感應的精準度不佳且重覆使用性低，多屬於壓力板接觸式，同時長時間使用缺乏舒適度與價格昂貴，對於環境之污染性高，可回收與再利用性低。

依據先前的技術來看，過去使用的銀漿或石墨漿等，經常被加入其他高分子之高黏性樹脂，使其成為導電性的複合材料；由於材料成分的基本特性，無法維持長時間的使用，所以為了讓其成分特性加強，且可承受大變形量與高壓力變化的特性，需混入其他材料，以獲得最適化的物理特性。

目前市售具有智能感應裝置或感測裝置之產品，其印刷在軟性感應薄膜上的感應線路，係為單一材料或混合材料，其中，單一材料係如銀漿或石墨等，而混合材料係可如銀漿及石墨漿比例混合之液體，意即僅在軟性感應薄膜100上僅製成有單一層感應線路200，請參考第1圖所示。

以單一石墨漿或銀漿來比較，二者的延展性與表面硬度的差異很大，若單純的應用，其材料分子易受到壓力變化與變形量改變，產生晶粒滑動或滑移現象，導致表面層的破裂與剝落；因此易於斷線而測不到電阻與力變化的關係。若運用新發明的製程技術，將可解決習用之缺失；新發明的製程技術與特性，乃在於取其材料兩者的優勢，並提升感應線路的柔軟度、變形量的提高、減低氧化速率、降低成本與石墨阻抗。

因此，目前所使用的單一層感應線路，因為上、下軟性薄膜在長時間多次擠壓與變形之使用下，容易造成單一層感應線路的斷裂而影響導電效率，進而導致訊號傳遞的錯誤等。

本發明係利用網版印刷技術，係銀漿材質層及石墨材質層疊置而成的感應線路設置在軟性感應薄膜或皮革面上，取其材料兩者的優勢，並提升感應線路的柔軟度、變形量的提高、減低氧化速率、降低成本與石墨阻抗。

其工作原理，乃是透過向下之壓力，讓上下兩片軟性薄膜接觸，以形成導通接觸，進而啟動警示功能，或者是利用上下兩片軟性薄膜之感應線路上下分離，以啟動警示裝置之分離模式觸動警示功能；透過本發明技術，所衍生之產品的外形，多為一片式的感應墊，且可置於床面、椅子上或貼覆於床邊緣桿、床握把、病人下床位置與行經之門口地面上；與感應薄膜電性連接之控制器係可掛置於床頭、床尾或放置於一適當位置。

本發明技術與控制器之結合，乃是在提供看護者與被看護者間，無死角、多視線安全照護方式與提高人力資源的配置與運用等。

因此，本發明係提供一種具警示功能之智能感應裝置，係包括一軟性感應墊，係利用複數點感應機制，感測接觸訊號的變化；一訊號處理裝置，係與該軟性感應墊電性連接，並且處理該軟性感應墊所感測的訊號，而該訊號處理裝置係用以產生警示燈、警示訊號、啟動緊急照明、透過人臉辨識與追蹤功能，尋找被照護者；一訊號發送裝置，係與該訊號處理裝置電性連接，該訊號發送裝置係將來自該訊號處理裝置所處理過的訊號以無線或有線方式進行傳送；一充電電池，係供應電力給該訊號處理裝置，當該充電電池之電力低於一預定電位值時，即透過該訊號處理裝置以啟動低電位警示燈或警示訊號，以通知照護者連接一外接電源進行供電與重新充電；以及一訊號接收裝置，用以接收從該訊號發送裝置所傳送之訊號。

其中，該軟性感應墊係至少包括二軟性薄膜以及一彈性間隙材，該二軟性薄膜係分別設置在該彈性間隙材的上表面及下表面，該彈性間隙材係佈設有若干孔洞，該二軟性薄膜的相對表面係分別佈設有一感應線路，該感應線路係由疊置的一銀漿感應層及一石墨漿感應層所組成，該石墨漿感應層係位在該軟性薄膜與該銀漿感應層之間，各該軟性薄膜的感應線路係經由力的擠壓而透過該等孔洞而相互電性接觸，以形成複數點感應機制，感測接觸訊號的變化。

在某些實施例中，該軟性感應墊更包括有二外覆皮，係分別設置在該二軟性薄膜遠離該彈性間隙材的一側。

在某些實施例中，該訊號接收裝置係為一電腦或一行動裝置。

其中，該軟性感應墊係製成一輪椅坐墊、一床把感測墊、一離地感測墊或一車用防盜地墊。

其中，該訊號處理裝置係包含一警示模組、一影像模組以及一監控模組，該警示模組係與該影像模組及該監控模組電性連接，該警示模組係包括一警示控制電路、一警示喇叭電路、一警示燈控制電路、一低電位警示電路、一重置電路以及一緊急照明電路，該影像模組係包括一影像控制觸發控制電路、一人臉觸發辨識電路以及一人臉觸發追蹤辨識電路，該警示控制電路係與該訊號發送裝置電性連接，且該警示控制電路係與該警示喇叭電路、該警示燈控制電路、該低電位警示電路、該重置電路以及該緊急照明電路電性連接，該影像控制觸發控制電路係與該人臉觸發辨識電路以及該人臉觸發追蹤辨識電路電性連接。

1‧‧‧具警示功能之智能感應裝置

2‧‧‧軟性感應墊

21‧‧‧軟性薄膜

22‧‧‧彈性間隙材

221‧‧‧孔洞

23‧‧‧感應線路

231‧‧‧銀漿感應層

232‧‧‧石墨漿感應層

24‧‧‧外覆皮

3‧‧‧訊號處理裝置

31‧‧‧警示模組

311‧‧‧警示控制電路

312‧‧‧警示喇叭電路

313‧‧‧警示燈控制電路

314‧‧‧低電位警示電路

315‧‧‧重置電路

316‧‧‧緊急照明電路

32‧‧‧影像模組

321‧‧‧影像控制觸發控制電路

322‧‧‧人臉觸發辨識電路

323‧‧‧人臉觸發追蹤辨識電路

33‧‧‧監控模組

331‧‧‧床數監控電路

332‧‧‧單一床監控電路

333‧‧‧複數床監控電路

4‧‧‧訊號發送裝置

5‧‧‧充電電池

6‧‧‧訊號接收裝置

步驟300~311‧‧‧本發明之張網流程

步驟401~416‧‧‧本發明之網印流程

100‧‧‧軟性感應薄膜

200‧‧‧感應線路

第1圖係表示習知在感應薄膜上僅具有單一層電路配置之智能感應裝置的示意圖。

第2圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置的外觀示意圖。

第3圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置的部分透視圖。

第4圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置之下軟性薄膜的正視示意圖。

第5圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置之上軟性薄膜的正視示意圖。

第6圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置之軟性感應墊的剖視示意圖。

第7圖係表示製作本發明具警示功能之智能感應裝置之張網流程的流程圖。

第8圖係表示製作本發明具警示功能之智能感應裝置的網印流程圖。

第9圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置的架構示意圖。

第1圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置的分解示意圖。第2圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置的外觀示意圖。第3圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置的部分透視圖。第4圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置之下軟性薄膜的正視示意圖。第5圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置之上軟性薄膜的正視示意圖。第6圖係表示本發明具警示功能之智能感應裝置之軟性感應墊的剖視示意圖。

請同時參考第1圖到第6圖所示，本發明的具警示功能之智能感應裝置1係可包括一軟性感應墊2、一訊號處理裝置3、一訊號發送裝置4、一充電電池5以及一訊號接收裝置6。

軟性感應墊2係利用複數點感應機制，感測接觸訊號的變化；其中，軟性感應墊2係至少包括二軟性薄膜21以及一彈性間隙材22，軟性薄膜21係可為如PET塑膠材質，二軟性薄膜21係分別設置在彈性間隙材22的上表面及下表面，彈性間隙材22係可為泡棉，但並不以此為限；彈性間隙材22係可佈設有若干孔洞221，二軟性薄膜21的相對表面係分別佈設有一感應線路23，感應線路23係由疊置的一銀漿感應層231及一石墨漿感應層232所組成，銀漿感應層231係位可在軟性薄膜21與石墨漿感應層232之間，各軟性薄膜21的感應線路23係可經由力的擠壓而透過相對處的孔洞221而相互電性接觸，以形成複數點感應機制(若干感測單元)，感測接觸訊號的變化。

其中，軟性感應墊2更包括有二外覆皮24，係分別設置在二軟性薄膜21遠離彈性間隙材22的一側；其中，外覆皮24係可為聚醚型之TPU材質。

軟性感應墊2係可製成一輪椅坐墊、一床把感測墊、一離地感測墊或一車用防盜地墊，係列舉下列數種產品為例進行說明。

以輪椅座墊為例，係將本發明之軟性感應墊2置放於輪椅上或是一般座椅上，當醫/看護人員啟動裝置時，其訊號可透過有/無線傳輸或近身網路系統，傳至手持通訊系統、可攜式呼叫器或是護理站(如Nurse Call System)，協助照護者預先得知被照護者的狀態，以達到預防跌倒、功能性失禁等問題的發生，並給予被照護者快速的救援與協助；此為本裝置的功能與效果。

以床把感測墊為例，係將本發明之軟性感應墊2置於被照護者所躺臥之床面上或枕頭下方；其感應墊之功能可分為兩項；其一為醫/看護人員啟動裝置時，其訊號可透過有/無線傳輸或近身網路系統，傳至手持通訊系統、可攜式呼叫器或是護理站(如Nurse Call System)，讓醫/看護人員注意被照護者起床後的狀態，預防跌倒與滾落、無故走失和功能性失禁…等問題的發生；另一為協助看護人員，解決全癱瘓者之身體局部受力不當，所衍生之問題。例如：對於全癱瘓者，其皮膚久壓與微血管擠壓處所衍生之潰爛與褥瘡，可透過本裝置設定其所需之翻身時間，並透過有/無線傳輸或近身網路系統，將訊號傳至手持通訊系統、可攜式呼叫器或是護理站(如Nurse Call System)，以提醒醫/看護人員。透過本發明之裝置，可改善被照護者之身體力量過於集中於一個面上，並可幫助其身體各部舒壓與減壓，以改善長期臥床者產生褥瘡的問題。

以離地感測墊為例，係將本發明之軟性感應墊2置於被照護者之慣性離床位置，或是易於行經之路線與徘徊位置；當醫/看護人員設定或開啟裝置時，其訊號可透過有/無線傳輸或近身網路系統，傳至手持通訊系統、可攜式呼叫器或是護理站(如Nurse Call System)，協助照護者得知被照護者之活動狀態與預防相關危險的發生，並給予被照護者適時、快速的救援與協助。

最後，以車用防盜墊為例，係將本發明之軟性感應墊2置於駕駛座下方腳踏位置；當駕駛者離開車內之後，設定與開啟裝置，其訊號可透過無線傳輸或近身網路系統，傳至手持通訊系統或是中央控制系統(如車商所成立之行控服務中心)，成為防盜設備的第二道防線；其係可使用獨立之電力系統，目的在防止人為破壞後，還可繼續運作。

請同時參考第9圖所示，訊號處理裝置3係與軟性感應墊2電性連接，並且處理軟性感應墊2所感測的訊號，而訊號處理裝置3係用以產生警示燈、警示訊號、啟動緊急照明、透過人臉辨識與追蹤功能，尋找被照護者；其中，訊號處理裝置3係包含一警示模組31、一影像模組32以及一監控模組33，警示模組31係與影像模組32及監控模組33電性連接，警示模組31係包括一警示控制電路311、一警示喇叭電路312、一警示燈控制電路313、一低電位警示電路314、一重置電路315以及一緊急照明電路316，影像模組32係包括一影像控制觸發控制電路321、一人臉觸發辨識電路322以及一人臉觸發追蹤辨識電路323，警示控制電路311係與訊號發送裝置4電性連接，且警示控制電路311係與警示喇叭電路312、警示燈控制電路313、低電位警示電路314、重置電路315以及緊急照明電路316電性連接，影像控制觸發控制電路321係與人臉觸發辨識電路322以及人臉觸發追蹤辨識電路323電性連接；而監控模組33係可包括床數監控電路331、單一床監控電路332以及複數床監控電路333。

訊號發送裝置4係與訊號處理裝置3電性連接，訊號發送裝置4係將來自訊號處理裝置3所處理過的訊號以無線或有線方式進行傳送；充電電池5係供應電力給訊號處理裝置3，當充電電池5之電力低於一預定電位值時，即透過訊號處理裝置3的低電位警示電路314以透過警示喇叭電路312或警示燈控制電路313來啟動低電位警示燈或警示訊號，以通知照護者連接一外接電源進行供電與重新充電；訊號接收裝置6係用以接收從訊號發送裝置4所傳送之訊號，而訊號接收裝置6係可為一電腦或一行動裝置。

如第6圖所示，當最頂層和最底層都是具有柔軟特性之材質的外覆皮24時，且最頂層的外覆皮24是直接與被照護者的表皮所接觸，並可先吸收部份之衝擊力，可讓被照護者感受到其柔軟度及舒適感；彈性間隙材22係位於中間，形成三明治結構，並設有陣列式的若干孔洞221，可吸收與擴散大部分的壓力；而彈性間隙材22的設置，係在於減輕第二層之軟性薄膜21之感應線路23與第四層之軟性薄膜21之感應線路23於接觸時，其個別單元受力過大，所造成的塑性變形與剝落或損壞，並達到保護的功效；而設置有外覆皮的話，其材質在夏天係具有高散熱、吸汗，有涼爽的感覺；在冬天係能保溫、絕熱，且有暖和的感覺。

請參考第7圖所示，在製作本發明之智能感應裝置1之軟性感應墊2前，係先進行網版的張網過程，其步驟如下：步驟301：對網布做前處理，包含製做鋁合金框架、再將鋁框架放置於張網機上，繃張網布、清潔網面等；步驟302：塗佈感光乳化劑於感光片上；步驟303：烘乾網版；步驟304：將感光片置於感光台，並進行檢視，若是有問題的話，則回到步驟301；若是正確的話，則進行下一步驟；步驟305：提供原稿圖面製版(步驟300)以進行曬版曝光的動作，其所需之曝光時間，乃依塗佈之感光乳化劑量控制之；步驟306：完成後將網版浸泡於水中一段時間，以進行清潔網版與顯像；步驟307：進行烘乾；步驟308：檢視網版線路是否有缺失，包含斷線、葫蘆形、疊線及粗細不均，重新進行修整網版之補線動作；步驟309：進行曬版動作；步驟310：最後進行貼邊；以及步驟311：完成網版之張網流程。

請參考第8圖所示，完成前述張網流程之後，再進行下述的網印流程，其步驟包括：步驟401：首先依比例調製銀漿和石墨漿；步驟402：將絲網或鋼網架上機台並校準圖案；步驟403：貼上定位點；步驟404：測試網版距離；步驟405：微調網版間隙；步驟406：最後再將軟性薄膜21放置於印製平台上；步驟407：先加入銀漿；步驟408：進行試印刷，步驟409：進行烘乾；步驟410：進行清潔，機台進行對位以及微調網版的間隙；步驟411：加入石墨漿；步驟412：進行試印刷；步驟413：進行烘乾；步驟414：進行清潔；步驟415：形成具有感應線路23之軟性感應薄膜21的首件樣品確認；以及步驟416：量產。

其中，步驟401~步驟406係為前置處理程序，步驟407~步驟416係為後置印製程序。

藉由上述結構以及方法，本發明之技術係可衍生出下述四種機制：『複數點感測機制』、『擴散緩衝機制』、『結構補強機制』以及『快速傳導機制』；透過複數點感測機制及擴散緩衝機制，係可以了解力與電阻的變化關係，而結構補強機制係在於補強和避免所印製的感應線路之結構的斷裂、剝落，以及提升材料的耐久性，快速傳導機制係附予感應線路接觸時，電流快速傳導的功能，加速訊號處理裝置3的反應與縮短偵測時間。

利用網印之產品，透過試驗加諸外力於軟性薄膜21或是外覆皮24上；軟性薄膜21之感應線路23相互接觸後，透過內阻值的變化，將訊號傳送至訊號處理裝置3，啟動內建功能；因此，本發明技術所衍生之網印的產品，其力與電阻間的變化，是密不可分地。

本發明技術的後續驗證方法，包含可靠度實驗與模擬人體動作；其試驗乃是針對單區域面積(簡稱單元)的感測位置，分析單元的力與電阻間變化；前述單元測試，乃需達到10³ ~10⁴ 次的反覆擠壓或折壓測試；透過實驗程予的監控與數據變化，可分析與調整相關之設計值；其結果可獲得最適化的設計參數。

本發明係利用『複數點』感測力量之變化；對於受力面積而言，網印完成之位於上方的軟性薄膜，係承受最大的壓力與瞬間衝擊力，亦即會產生較大變形量，如果再加上衝擊力的作用，如衝擊效應等，係乘上人體瞬間之衝擊力1.5~3倍，所以在設計上可考慮其差異性，如變形量的範圍或是材料彈性限變化。

若將軟性感應墊製成一椅墊的話，人體上半身之重量為50kg，假定下壓面積約為100cm² ，單位面積的壓力為F=500N * 100cm² =50kPa；若人體突然產生衝擊力量，其下壓之衝擊力量，需為上述力行為的安全倍數；所以將需要乘以1.5~3倍，則為F=75kPa~150kPa之間。

『擴散緩衝機制』與『複數點感測機制』，係可利用有限元素軟體進行非線性彈性結構分析，求取個別或整體感測單元的受力模式、應力分佈與大變形量的情形，最後進行最適化的設計。

經軟體分析得知，運用本發明技術所衍生之產品，假設其結構直接承受50kPa的均佈力時，其壓力源直接與相互接觸的感應線路23(感測單元)接觸，而較大的von Mises應力與非線性的變形量，將全部作用於相互接觸的感應線路23(感測單元)上，致使相互接觸的感應線路23(感測單元)無法承受長時間的受力、撥落與損壞，故為了改善此項問題；本發明技術係採用擴散緩衝的設計機制，也就是『三明治』結構設計；在同作用條件下，承受50kPa的均佈力時，壓力源直接接觸相互接觸的感應線路(感測單元)，其所產生的von Mises應力，將由設置在中間的彈性間隙材22，完全的吸收或減輕作用於相互接觸的感應線路23(感測單元)的力變化，讓多餘的力擴散至陣列孔洞221的材料內部，致使相互接觸的感應線路23(感測單元)只承受預定之力、改善此損壞與剝落的問題，並使力完全的擴散與產生均勻性，以達到保護的功效。

『結構補強機制』乃是利用後述之網印技術與流程，對石墨漿層232做補強的動作，以增加石墨漿層232的線路之延展性與保持表面原始硬度，同時還可避免材料分子，因受反覆力變化或大變形，所產生之石墨材料的晶粒滑動、極限伸展或滑移現象，導致材料塗布於表面層的破裂與剝落，因此斷線而測不到電阻與力變化；若採用本發明的製程技術，係解決習用產品之缺失；本發明的製程技術與特性，乃在於取銀及石墨兩者的優勢，並可提升感應線路的柔軟度、變形量的提高、減低氧化速率、降低成本與石墨阻抗。

『快速傳導機制』乃是因預埋設在石墨漿層232下的銀漿層 231，具有讓自由電子快速傳導之功能，其特性如同一般平面的道路下，架構一條快速的通道，讓其自由電子可快速通過，且可協助舒解石墨漿層內，因過多自由電子所造成的壅塞現象等；而利用本發明技術所衍生的技術，可協助感測系統加速控制裝置的反應與縮短其偵測時間。

當前述係針對本發明之各實施例時，本發明之其他或進一步的實施例係可被設計出而無須違反其基本範圍，且其基本範圍係由下列的申請專利範圍所界定。雖然本發明以相關的較佳實施例進行解釋，但是這並不構成對本發明的限制。應說明的是，本領域的技術人員根據本發明的思想能夠構造出很多其他類似實施例，這些均在本發明的保護範圍之中。

2‧‧‧軟性感應墊

21‧‧‧軟性薄膜

22‧‧‧彈性間隙材

221‧‧‧孔洞

23‧‧‧感應線路

Claims

一種具警示功能之智能感應裝置，係包括：一軟性感應墊，係利用複數點感應機制，感測接觸訊號的變化；一訊號處理裝置，係與該軟性感應墊電性連接，並且處理該軟性感應墊所感測的訊號，而該訊號處理裝置係用以產生警示燈、警示訊號、啟動緊急照明、透過人臉辨識與追蹤功能；一訊號發送裝置，係與該訊號處理裝置電性連接，該訊號發送裝置係將來自該訊號處理裝置所處理過的訊號以無線或有線方式進行傳送；一充電電池，係供應電力給該訊號處理裝置，當該充電電池之電力低於一預定電位值時，即透過該訊號處理裝置以啟動低電位警示燈或警示訊號；以及一訊號接收裝置，用以接收從該訊號發送裝置所傳送之訊號；其中，該軟性感應墊係至少包括二軟性薄膜以及一彈性間隙材，該二軟性薄膜係分別設置在該彈性間隙材的上表面及下表面，該彈性間隙材係佈設有若干孔洞，該二軟性薄膜的相對表面係分別佈設有一感應線路，該感應線路係由疊置的一銀漿感應層及一石墨漿感應層所組成，該石墨漿感應層係位在該軟性薄膜與該銀漿感應層之間，各該軟性薄膜的感應線路係經由力的擠壓而透過該等孔洞而相互電性接觸，以形成複數點感應機制，感測接觸訊號的變化。
根據申請專利範圍第1項之智能感應裝置，其中，該軟性感應墊更包括有二外覆皮，係分別設置在該二軟性薄膜遠離該彈性間隙材的一側。
根據申請專利範圍第1項之智能感應裝置，其中，該訊號接收裝置係為一電腦或一行動裝置。
根據申請專利範圍第1項或第2項之智能感應裝置，其中，該軟性感應墊係製成一輪椅坐墊、一床把感測墊、一離地感測墊或一車用防盜地墊。
根據申請專利範圍第1項之智能感應裝置，其中，該訊號處理裝置係包含一警示模組、一影像模組以及一監控模組，該警示模組係與該影像模組及該監控模組電性連接，該警示模組係包括一警示控制電路、一警示喇叭電路、一警示燈控制電路、一低電位警示電路、一重置電路以及一緊急照明電路，該影像模組係包括一影像控制觸發控制電路、一人臉觸發辨識電路以及一人臉觸發追蹤辨識電路，該警示控制電路係與該訊號發送裝置電性連接，且該警示控制電路係與該警示喇叭電路、該警示燈控制電路、該低電位警示電路、該重置電路以及該緊急照明電路電性連接，該影像控制觸發控制電路係與該人臉觸發辨識電路以及該人臉觸發追蹤辨識電路電性連接。