CN219982223U - 一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套 - Google Patents
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Abstract
本实用新型具体涉及一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，包括手套本体，手套本体上设有控制模块、柔性传感器模块、通信模块、状态提示模块和电源模块，电源模块分别与控制模块、柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，控制模块分别与柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，通信模块与设置在手套之外的移动终端无线连接；柔性传感器模块包括多个微结构化柔性压力传感器，微结构化柔性压力传感器安装在手套本体的手指关节处。本实用新型采用微结构化柔性压力传感器作为传感模块，能够提升可穿戴智能手套的响应灵敏度、响应范围和穿戴舒适度，并降低制造成本，同时能够实现手指弯曲识别、手势识别等交互功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及可穿戴电子设备技术领域，具体涉及一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套。
背景技术
可穿戴智能手套是一种新兴的可穿戴设备，随着越来越多可穿戴设备的出现，用户对可穿戴设备的设计和使用体验提出了更高的性能要求和穿戴舒适度要求。目前国内外可穿戴智能手套的设计和应用中，普遍面临的问题有：①可穿戴智能手套大多数是以硬质的微机电***(MEMS)传感器为传感单元，存在着穿戴舒适度较差、成本较高等不足；②在基于柔性传感器的可穿戴智能手套中，柔性传感器的性能存在灵敏度和传感范围有限，循环稳定性差，响应速度不够迅速等问题，同时部分传感器制备工艺也存在着加工成本高，对环境不友好等现象。
实用新型内容
针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，该可穿戴智能手套采用微结构化柔性压力传感器作为传感模块，具有更优异的传感性能，能够提升可穿戴智能手套的响应灵敏度、响应范围和穿戴舒适度，并降低制造成本，达到环保要求；并且能够实现手指弯曲识别、手势识别等交互功能。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：包括手套本体，手套本体上设有控制模块、柔性传感器模块、通信模块、状态提示模块和电源模块，电源模块分别与控制模块、柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，控制模块分别与柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，通信模块与设置在手套之外的移动终端无线连接；柔性传感器模块包括多个微结构化柔性压力传感器，微结构化柔性压力传感器安装在手套本体的手指关节处。
进一步的，微结构化柔性压力传感器包括从下往上依次设置的基底层、导电层和保护层，导电层的两端设有电极。
进一步的，基底层的材质为聚二甲基硅氧烷，基底层的厚度为500～1000μm。
进一步的，保护层的材质为聚二甲基硅氧烷，保护层的厚度为500～1000μm。
进一步的，导电层为石墨烯导电薄膜或碳纳米管导电薄膜，导电层的厚度为20～50μm。
进一步的，基底层采用模板法制备基底层表面微结构。
进一步的，状态提示模块包括多个LED发光件，LED发光件安装在手套本体的指尖上。
进一步的，通信模块为BT08蓝牙芯片或ESP8266WiFi芯片，通信模块与控制模块双向通信。
进一步的，控制模块以LilyPadArduino开发板为主体，开发板上集成有ATmega328P-TQFP主控芯片，主控芯片内含有10位逐次逼近模数转换器。
进一步的，电源模块为5V固态锂电池。
本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型的可穿戴智能手套中采用微结构化柔性压力传感器作为传感模块，具有更优异的传感性能，能够提升可穿戴智能手套的响应灵敏度、响应范围和穿戴舒适度，并降低制造成本，达到环保要求。
2、本实用新型的可穿戴智能手套依托成熟的物联网技术，集传感和控制模块于一体，不仅实现了柔性压力传感器对手指活动的检测与识别，还通过控制模块对所采集的信号进行处理，进而能准确地读取手势信息，达到智能监测、智能控制等目的，满足用户的使用需求。
3、本实用新型的可穿戴智能手套通过无线通信模块与移动终端建立连接，能无线控制和检测手套的状态，实现无接触、远距离的传输，提高了手套的实用性和便捷性。
附图说明
图1是本实用新型基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套的结构示意图。
图2是本实用新型微结构化柔性压力传感器的立体结构示意图。
图3是本实用新型可穿戴智能手套各模块的工作流程图。
其中，10为电源模块，20为柔性传感器模块，201为基底层，202为导电层，203为电极，204为保护层，30为控制模块，40为通信模块，50为移动终端，60为状态提示模块。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1和图3所示，一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，包括手套本体，手套本体上设有控制模块、柔性传感器模块、通信模块、状态提示模块和电源模块，电源模块分别与控制模块、柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，控制模块分别与柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，通信模块与设置在手套之外的移动终端无线连接；柔性传感器模块包括多个微结构化柔性压力传感器，微结构化柔性压力传感器安装在手套本体的手指关节处。
如图2所示，柔性传感器模块包括多个微结构化柔性压力传感器，用于采集人体手部动作信息。微结构化柔性压力传感器包括从下往上依次设置的基底层、导电层和保护层，导电层的两端设有电极。本实施例中，微结构化柔性压力传感器为长1.5～2.5cm，宽0.8～1.2cm的矩形压力传感器。
导电层为石墨烯导电薄膜或碳纳米管导电薄膜，导电层的厚度为20～50μm。石墨烯和碳纳米管均具有出色的力学、电学和化学性能，且环保无毒，将其应用于手套的柔性传感器模块，能带来优异的传感性能。
基底层的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，基底层的厚度为500～1000μm。保护层的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，保护层的厚度为500～1000μm。PDMS具有柔软性好、无毒无害、生物相容性好等优点，能够很好地贴合人体部位，将其应用于手套的柔性传感器模块，能提高穿戴舒适感，也不会对用户手部动作产生干扰。
基底层采用模板法制备基底层表面微结构。模板法中的模板为机械加工得到的模板、人工材料模板、天然植物材料模板或天然动物材料模板。基底层表面微结构为单一规则微结构、不规则微结构或复合微结构。单一规则微结构为金字塔形、圆柱形、半球形或山脊形。不规则微结构为波浪形、褶皱形或砂纸形。复合微结构为至少两个上述单一规则微结构或不规则微结构的组合。
微结构化柔性压力传感器的制作过程是：基于上述材料为模板，构建表面微结构，将PDMS沉积到模板的孔中或表面进行固化，然后将模板剥离，得到微结构化基底层。之后将导电材料通过旋涂、喷涂或喷墨印刷等方式转移到基底层上形成导电层，并在导电层两端连接电极。然后在导电层上覆盖PDMS形成保护层，最终得到微结构化柔性压力传感器。
如图1和图3所示，控制模块包括输入端和输出端，输入端分别与柔性传感模块和通信模块连接，输出端分别与状态提示模块和通信模块连接，用于处理并传输控制信号。控制模块以LilyPadArduino开发板为主体，开发板上集成有ATmega328P-TQFP主控芯片，主控芯片内含有10位逐次逼近模数转换器(ADC)，***电路有时钟电路、复位电路等。控制模块的输入端与柔性传感器模块连接，通过分压电路，采集微结构化柔性压力传感器的电压模拟信号，读取到的电压模拟信号通过内置的ADC转换为数字信号，再由主控芯片对数字信号进行处理分析，主控芯片将实时压力数据信息与预先存储的压力数据信息进行比对，确定当前手指的弯曲状态，实现手势识别功能。
如图1和图3所示，通信模块为BT08蓝牙芯片或ESP8266WiFi芯片，通信模块与控制模块为双向通信，通信模块与移动终端为双向通信，移动终端与控制模块通过通信模块建立数据通信。通信模块将控制模块的识别信息发送至移动终端，通过移动终端显示出识别结果，根据识别结果对移动终端进行控制，使移动终端做出响应。通信模块接收移动终端返回的控制信息，并将控制信息传输至控制模块，进而对各模块进行相应的控制。移动终端为手机、笔记本或平板电脑，用于供用户进行校准和检测等操作。
如图1和图3所示，状态提示模块包括多个LED发光件，LED发光件安装在手套本体的指尖上，用于提醒手套识别情况。控制模块的输出端与状态提示模块连接，当控制模块识别到手指弯曲时，会把弯曲信息传输到状态提示模块，进而点亮弯曲手指对应的LED发光件，提醒智能手套的识别情况，直观地显示识别结果。
如图1和图3所示，电源模块为5V固态锂电池，电源模块分别与各个模块的供电端相连接，为各个模块供电，确保手套正常工作。固态锂电池具有安全性能高、能量密度大、循环性能好等优点，能确保智能手套在供电方面满足用户需求。。
本实用新型的工作原理如下：
将基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套套在手上；
启动电源模块为各个模块供电；
当手部动作时，柔性传感器模块将采集的人体手部动作信息传输至控制模块，控制模块会把手部动作信息传输至通信模块，通信模块通过无线通信将识别信息传输至移动终端，通过移动终端显示出识别结果。与此同时，控制模块的识别信息传输到状态提示模块，进而点亮手部动作对应的LED发光件，提醒智能手套的识别情况，更能直观地显示识别结果。
总的来说，本实用新型的可穿戴智能手套中采用微结构化柔性压力传感器作为传感模块，具有更优异的传感性能，能够提升可穿戴智能手套的响应灵敏度、响应范围和穿戴舒适度，并降低制造成本，达到环保要求。本实用新型的可穿戴智能手套依托成熟的物联网技术，集传感和控制模块于一体，不仅实现了柔性压力传感器对手指活动的检测与识别，还通过控制模块对所采集的信号进行处理，进而能准确地读取手势信息，达到智能监测、智能控制等目的，满足用户的使用需求。本实用新型的可穿戴智能手套通过无线通信模块与移动终端建立连接，能无线控制和检测手套的状态，实现无接触、远距离的传输，提高了手套的实用性和便捷性。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：包括手套本体，手套本体上设有控制模块、柔性传感器模块、通信模块、状态提示模块和电源模块，电源模块分别与控制模块、柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，控制模块分别与柔性传感器模块、通信模块和状态提示模块电路连接，通信模块与设置在手套之外的移动终端无线连接；
柔性传感器模块包括多个微结构化柔性压力传感器，微结构化柔性压力传感器安装在手套本体的手指关节处。
2.根据权利要求1所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：微结构化柔性压力传感器包括从下往上依次设置的基底层、导电层和保护层，导电层的两端设有电极。
3.根据权利要求2所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：基底层的材质为聚二甲基硅氧烷，基底层的厚度为500～1000μm。
4.根据权利要求2所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：保护层的材质为聚二甲基硅氧烷，保护层的厚度为500～1000μm。
5.根据权利要求2所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：导电层为石墨烯导电薄膜或碳纳米管导电薄膜，导电层的厚度为20～50μm。
6.根据权利要求3所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：基底层采用模板法制备基底层表面微结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：状态提示模块包括多个LED发光件，LED发光件安装在手套本体的指尖上。
8.根据权利要求1所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：通信模块为BT08蓝牙芯片或ESP8266WiFi芯片，通信模块与控制模块双向通信。
9.根据权利要求1所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：控制模块以LilyPadArduino开发板为主体，开发板上集成有ATmega328P-TQFP主控芯片，主控芯片内含有10位逐次逼近模数转换器。
10.根据权利要求1所述的一种基于微结构化柔性压力传感器的可穿戴智能手套，其特征在于：电源模块为5V固态锂电池。
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