一种智能手套及制作方法

申请号 CN202211569077.1 申请日 2022-12-08 公开(公告)号 CN116211001A 公开(公告)日 2023-06-06
申请人 联士光电(深圳)有限公司; 发明人 张婧姣; 孙雷;
摘要 本 申请 公开了一种智能手套及制作方法,该智能手套包括:手套本体、第一柔性 电路 、第二柔性电路、 电极 区和分离式 手腕 带,其中,所述电极区设于手腕处,所述电极区设有多对导电电极,所述第一柔性电路设于每根 手指 上部并从手指前端延伸至手腕处与所述电极区的一对导电电极连接,所述第二柔性电路设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至手腕处与所述电极区的一对导电电极连接,所述分离式手腕带上设有与所述导电电极对应连接的电极连接 端子 ,所述第一柔性电路用于检测手指关节弯曲程度,所述第二柔性电路用于检测手指间张开程度,所述手套本体为丁腈材质。本 发明 提高了手指交互的佩戴舒适性,并大大降低智能手套制作成本和使用成本。
权利要求

1.一种智能手套,其特征在于,包括:手套本体、第一柔性电路、第二柔性电路、电极区和分离式手腕带,其中,所述电极区设于手腕处,所述电极区设有多对导电电极,所述第一柔性电路设于每根手指上部并从手指前端延伸至手腕处与所述电极区的一对导电电极连接,所述第二柔性电路设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至手腕处与所述电极区的一对导电电极连接,所述分离式手腕带上设有与所述导电电极对应连接的电极连接端子,所述第一柔性电路用于检测手指关节弯曲程度,所述第二柔性电路用于检测手指间张开程度,所述手套本体为丁腈材质。
2.根据权利要求1所述的智能手套,其特征在于,所述第一柔性电路和所述第二柔性电路为丁腈与导电材料的混合物,其中,所述导电材料包括纳米纳米管、碳黑或纳米石墨烯导电油墨。
3.根据权利要求1所述的智能手套,其特征在于,所述电极区及所述分离式手腕带上设有定位标记。
4.根据权利要求1或2所述的智能手套,其特征在于,所述智能手套还包括控制电路板,所述控制电路板与所述分离式手腕带上的电极连接端子连接,用于检测所述第一柔性电路和所述第二柔性电路的电阻值变化,并进行AI算法处理,以识别操作手势。
5.根据权利要求1或2所述的智能手套,其特征在于,所述智能手套还包括手腕固定夹,用于夹紧固定所述电极区和分离式手腕带。
6.根据权利要求1所述的智能手套,其特征在于,所述分离式手腕带上的电极连接端子与所述导电电极的连接结构为夹紧式触点结构或插入式结构。
7.根据权利要求1所述的智能手套,其特征在于,所述分离式手腕带为透明材质的弹性松紧带结构。
8.一种智能手套的制作方法,其特征在于,包括:
将丁腈与导电材料进行混合调配成印刷原料,将所述印刷原料涂覆在凹版图案板上,所述凹版图案板上的图案样式为手套柔性电路样式,手套柔性电路样式包括:第一柔性电路、第二柔性电路和电极区,其中,手腕处为电极区,所述第一柔性电路设于每根手指上部并从手指前端延伸至电极区,所述第二柔性电路设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至电极区,所述电极区上设有多对电极触点;
通过印刷设备将下端部柔性胶头压在平面金属板的凹版图案板上,使硅胶头变形为平面并蘸上印刷原料;
通过印刷设备提起硅胶头,以使硅胶头恢复原状并移动至手套模具正上方;
以手套模具手背平面垂直的方向下压硅胶头,以使硅胶头变形为与手套表面匹配的形状,在手套上印制第一柔性电路、第二柔性电路和电极区。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在手套上印制第一柔性电路、第二柔性电路和电极区的步骤之后还包括:
对手套进行加热烘干操作。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述方法还包括AI算法模型训练过程,具体包括:
手指并拢尽量张开手掌,记录指关节处各第一柔性电路的电阻值,定义为第一初始值,手部握拳,记录指关节处各第一柔性电路的电阻值,定义为第一满量程值;
手指并拢尽量张开手掌,记录指缝处各第二柔性电路的电阻值,定义为第二初始值,手指及手掌尽量张开,记录指缝处各第二柔性电路的电阻值,定义为第二满量程值;
采集不同手势条件下,不同第一柔性电路和第二柔性电路的电阻值变化组合;
根据所述第一初始值、第二初始值、第一满量程值、第二满量程值,对不同手势对应的电阻值组合进行归一化预处理;
对归一化处理后的电阻值组合进行卷积神经网络模型训练,以获得手势识别卷积神经网络模型。

说明书全文

一种智能手套及制作方法

技术领域

[0001] 本申请涉及智能穿戴设备领域,尤其是涉及到一种智能手套及制作方法。

背景技术

[0002] 近年来可穿戴传感技术领域发展迅速,大量智能可穿戴装置的问世,极大地丰富了人们生产、工作、学习、生活的模式。其中,智能手套作为一种典型的智能可穿戴装置,在手势识别人机交互操作等领域展现出巨大应用潜
[0003] 现有技术中的智能手套设有弯曲传感器弯曲传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成,通过导线连接至信号处理电路。把人手姿态准确实时地传递给处理器,而且能够把与虚拟物体的接触信息反馈给操作者。使操作者以更加直接,更加自然,更加有效的方式与虚拟世界进行交互,大大增强了互动性沉浸感。并为操作者提供了一种通用、直接的人机交互方式。现有技术中的智能手套上附加设备较多影响了人手的体验感,同时现有的智能制作复杂,造成生产成本较高。发明内容
[0004] 有鉴于此,本申请提供了一种智能手套,能够提高手指交互的佩戴舒适性,并大大降低智能手套制作成本,解决现有智能手套附加设备较多影响操作体验感以及制作过程复杂、生产成本较高的技术问题。
[0005] 根据本申请的一方面,提供了一种智能手套,包括:手套本体、第一柔性电路、第二柔性电路、电极区和分离式手腕带,其中,所述电极区设于手腕处,所述电极区设有多对导电电极,所述第一柔性电路设于每根手指上部并从手指前端延伸至手腕处与所述电极区的一对导电电极连接,所述第二柔性电路设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至手腕处与所述电极区的一对导电电极连接,所述分离式手腕带上设有与所述导电电极对应连接的电极连接端子,所述第一柔性电路用于检测手指关节弯曲程度,所述第二柔性电路用于检测手指间张开程度,所述手套本体为丁腈材质。
[0006] 可选地,所述第一柔性电路和所述第二柔性电路为丁腈与导电材料的混合物,其中,所述导电材料包括纳米纳米管、碳黑或纳米石墨烯导电油墨。
[0007] 可选地,所述电极区及所述分离式手腕带上设有定位标记。
[0008] 可选地,所述智能手套还包括控制电路板,所述控制电路板与所述分离式手腕带上的电极连接端子连接,用于检测所述第一柔性电路和所述第二柔性电路的电阻值变化,并进行AI算法处理,以识别操作手势。
[0009] 可选地,所述智能手套还包括手腕固定夹,用于夹紧固定所述电极区和分离式手腕带。
[0010] 可选地,所述分离式手腕带上的电极连接端子与所述导电电极的连接结构为夹紧式触点结构或插入式结构。
[0011] 可选地,所述分离式手腕带为透明材质的弹性松紧带结构。
[0012] 根据本申请的另一方面,提供了一种智能手套的制作方法,包括:
[0013] 将丁腈与导电材料进行混合调配成印刷原料,将所述印刷原料涂覆在凹版图案板上,所述凹版图案板上的图案样式为手套柔性电路样式,手套柔性电路样式包括:第一柔性电路、第二柔性电路和电极区,其中,手腕处为电极区,所述第一柔性电路设于每根手指上部并从手指前端延伸至电极区,所述第二柔性电路设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至电极区,所述电极区上设有多对电极触点;
[0014] 通过印刷设备将下端部柔性胶头压在平面金属板的凹版图案板上,使硅胶头变形为平面并蘸上印刷原料;
[0015] 通过印刷设备提起硅胶头,以使硅胶头恢复原状并移动至手套模具正上方;
[0016] 以手套模具手背平面垂直的方向下压硅胶头,以使硅胶头变形为与手套表面匹配的形状,在手套上印制第一柔性电路、第二柔性电路和电极区。
[0017] 可选地,在手套上印制第一柔性电路、第二柔性电路和电极区的步骤之后还包括:
[0018] 对手套进行加热烘干操作。
[0019] 可选地,所述方法还包括AI算法模型训练过程,具体包括:
[0020] 手指并拢尽量张开手掌,记录指关节处各第一柔性电路的电阻值,定义为第一初始值,手部握拳,记录指关节处各第一柔性电路的电阻值,定义为第一满量程值;
[0021] 手指并拢尽量张开手掌,记录指缝处各第二柔性电路的电阻值,定义为第二初始值,手指及手掌尽量张开,记录指缝处各第二柔性电路的电阻值,定义为第二满量程值;
[0022] 采集不同手势条件下,不同第一柔性电路和第二柔性电路的电阻值变化组合;
[0023] 根据所述第一初始值、第二初始值、第一满量程值、第二满量程值,对不同手势对应的电阻值组合进行归一化预处理;
[0024] 对归一化处理后的电阻值组合进行卷积神经网络模型训练,以获得手势识别卷积神经网络模型。
[0025] 借由上述技术方案,本申请提供的一种智能手套及制作方法,该智能手套通过在丁腈手套上印刷柔性电路,并通过分离式手腕带连接柔性电路获取电阻变化情况,进而对手势进行预测感知,由于在现有手套表面的印刷轻薄的柔性电路,降低了智能手套的制作成本,且手掌操作舒适感强,智能手套作为易耗品在不断更换的同时,分离式手腕带则可以反复使用,进一步降低了智能手套的使用成本。
[0026] 上述说明仅是本申请技术方案的概述,为了能够更清楚了解本申请的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举本申请的具体实施方式。附图说明
[0027] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0028] 图1示出了本申请实施例中提供的一种智能手套的结构示意图;
[0029] 图2示出了本申请实施例中提供的一种智能手套的分离式手腕带的结构示意图;
[0030] 图3示出了本申请实施例中提供的一种智能手套的手腕固定夹结构示意图;
[0031] 图4示出了本申请实施例中提供的一种智能手套的制作方法的流程示意图;
[0032] 图5示出了本申请实施例中提供的印刷设备结构示意图;
[0033] 图6示出了本申请实施例中提供的手势识别的卷积神经网络模型训练的手势示意图;
[0034] 图7示出了本申请实施例中提供的手势与电阻值分布的示意图。
[0035] 附图标记:1、手套本体,2、第一柔性电路,3、第二柔性电路,4、电极区,5、导电电极,6、定位标记,7、分离式手腕带,8、电极连接端子,9、手腕固定夹,91、按压垫片,92、连接体,51、印刷设备本体,52、手套模具,53、硅胶头,54、凹版图案板,55、顶架。

具体实施方式

[0036] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0037] 在本实施例中提供了一种智能手套,如图1和图2所示,包括:手套本体1、第一柔性电路2、第二柔性电路3、电极区4和分离式手腕带7,其中,所述电极区4设于手腕处,所述电极区4设有多对导电电极5,所述第一柔性电路2设于每根手指上部并从手指前端延伸至手腕处与所述电极区4的一对导电电极5连接,所述第二柔性电路3设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至手腕处与所述电极区4的一对导电电极5连接,所述分离式手腕带7上设有与所述导电电极5对应连接的电极连接端子8,所述第一柔性电路2用于检测手指关节弯曲程度,所述第二柔性电路3用于检测手指间张开程度,所述手套本体1为丁腈材质。
[0038] 其中,第一柔性电路2和第二柔性电路3为丁腈与导电材料的混合物,其中,导电材料包括纳米银、碳纳米管、碳黑或纳米石墨烯导电油墨。
[0039] 其中,为实现手腕带上的电极连接端子8与柔性电路的导电电极5能够精准对接,电极区及分离式手腕带上设有定位标记,定位标记可以有多种排布方式,例如四位置印刷四个十字定位标记,电极触点的精准分离式手腕带7的电极区4四个角及智能手套电极区4的四个角均印刷有定位标记6。
[0040] 为实现电阻值的采集进而实现手势的识别,智能手套还可以包括控制电路板,控制电路板与分离式手腕带7上的电极连接端子8连接,用于检测第一柔性电路2和第二柔性电路3的电阻值变化,并进行AI算法处理,以识别操作手势。
[0041] 如图2所示,分离式手腕带7上的电极连接端子8与导电电极5的连接结构可以为多种方式,例如夹紧式触点结构、插入式结构等均可,目的在于将分离式手腕带7上的电极连接端子8与柔性电路的导电电极5对应连接,以便能采集到柔性电路的电阻值变化,其中,夹紧式触点结构额外需要夹紧装置,插入式结构则需要在电极连接处采用插入式连接方式需要采用表贴固定器件。分离式手腕带7本体也可以有多种实现方式,例如:透明材质的弹性松紧带结构。为固定分离式手腕带和智能手套之间的相对位置,不产生位移导致电极接触不良,本实施例中提供了手腕固定夹子9,手腕固定架包括上下夹片、用于方便手指按压施力的按压垫片91和夹片之间的连接体92,佩戴过程中可以将手腕固定夹子夹紧固定分离式手腕带7和智能手套,尤其是电极连接处的位置,相应地,为了拆装方便、组装灵活、方便重复利用,该手腕固定夹子9的连接体92上可安装控制电路板作为电阻值的采集、手势感知识别的处理。
[0042] 实际使用过程中,先佩戴手套,再佩戴手腕带,并将手腕带上的电极连接端子8与柔性电路的导电电极5对接上,最后将手腕固定夹子9夹紧固定分离式手腕带7和智能手套,为实现手腕带上的电极连接端子8与柔性电路的导电电极5的能对接准确,分离式手腕带7的电极区4四个角及智能手套电极区4的四个角均设有定位标记6,通过手腕带透明材质的设计将手腕带与智能手套的定位标记6重合即可辅助完成电极位置的对准,提高了佩戴的便利性及电极对接的准确性。
[0043] 同时,分离式手腕带7也可以作为控制电路板的载体,实现更加便携的功能,分离式的设计也可以方便智能手套的存放和携带。
[0044] 本发明实施例提供的一种智能手套,该智能手套通过在丁腈手套上印刷柔性电路,并通过分离式手腕带7连接柔性电路获取电阻变化情况,进而对手势进行预测感知,由于在现有手套表面印刷轻薄的柔性电路,降低了智能手套的制作成本,且手掌操作舒适感强,智能手套作为易耗品在不断更换的同时,分离式手腕带7则可以反复使用,可进一步降低了智能手套的使用成本。
[0045] 进一步的,为制作出图1的智能手套,本申请实施例中提供了一种智能手套制作方法,如图3所示,包括:
[0046] 步骤401、将丁腈与导电材料进行混合调配成印刷原料,将印刷原料涂覆在凹版图案板上;
[0047] 其中,凹版图案板上的图案样式为手套柔性电路样式,手套柔性电路样式包括:第一柔性电路2、第二柔性电路3和电极区4,其中,手腕处为电极区4,第一柔性电路2设于每根手指上部并从手指前端延伸至电极区4,第二柔性电路3设于两指前端并从每根手指前端侧面延伸至指缝交汇并延长至电极区4,电极区4上设有多对电极触点;
[0048] 另外,为实现手腕带上的电极连接端子8与柔性电路的导电电极5能够精准对接,智能手套电极区4的四个角均需要印刷有定位标记6,相应地,印刷的图案样式需要增加手套电极区4的四个角的定位标记。
[0049] 步骤402、通过印刷设备将下端部柔性硅胶头压在平面金属板的凹版图案板上,使硅胶头变形为平面并蘸上印刷原料;
[0050] 其中,印刷设备如图5所示,该印刷设备的主要部件包括手套模具、硅胶头、凹版图案板、顶架,顶架可将硅胶头整体进行横向或纵向移动,由于本实施例的重点在于印刷的工艺,印刷设备并不是本实施例的重点,相应的液压机构、移动结构、机械部件属于现有技术,在此不再赘述。
[0051] 步骤403、通过印刷设备提起硅胶头,以使硅胶头恢复原状并移动至手套模具正上方;
[0052] 步骤404、以手套模具手背平面垂直的方向下压硅胶头,以使硅胶头变形为与手套表明匹配的形状,在手套上印制第一柔性电路2、第二柔性电路3和电极区4。
[0053] 为了提升已经形成图案的印刷原料与手套模具的附着力,确保后续工艺过程中印刷图案不变形脱落,在步骤404之后还可以包括:
[0054] 对手套进行加热烘干或硫化操作。
[0055] 本实施例中需要特别说明的是丁腈的制备属于现有技术,本发明实施例在传统工艺的烘干步骤之前即在浸渍生产、翻转、氯化、泡洗、漂洗之后,干燥之前进行一种智能手套制作的操作,在传统手套制作工艺的基础上进行微小改变即可实现智能手套的制造,制造工艺简单,可通过现有工艺生产线平滑升级至智能手套生产线。为提高多个可用的电极触点,增加连接的可靠性,电极区4电极数量大于等于第一柔性电路2和第二柔性电路3数量之和的2倍。
[0056] 可选地,作为智能手套不可分割的部分,本实施例的智能手套制作方法,还包括制作分离式手腕带7和手腕固定夹子9的步骤,分离式手腕带7可采用透明硅胶材质制作透明腕带结构,其上安装或印刷电极连接端子(凸起端点)及与控制电路板连接的电路(该电路可以为表贴式导线或柔性电路印刷方式),手腕固定夹子9可以为现有技术中的带夹持弹性的透明塑料夹片。
[0057] 智能手套制作成型之后,还需要进行软件的设置,一般情况下可通过控制电路板下载离线的手势识别模型,也可以通过调用端的手势识别模型。而手势识别模型的生成则需要AI算法模型训练,具体包括:
[0058] 手指并拢尽量张开手掌,记录指关节处各第一柔性电路2的电阻值,定义为第一初始值,手部握拳,记录指关节处各第一柔性电路2的电阻值,定义为第一满量程值;
[0059] 手指并拢尽量张开手掌,记录指缝处各第二柔性电路3的电阻值,定义为第二初始值,手指及手掌尽量张开,记录指缝处各第二柔性电路3的电阻值,定义为第二满量程值;
[0060] 采用不同手势条件下,不同第一柔性电路2和第二柔性电路3的电阻值变化组合;
[0061] 根据第一初始值、第二初始值、第一满量程值、第二满量程值,对不同手势对应的电阻值组合进行归一化预处理;
[0062] 对归一化处理后的电阻值组合对不同手势以及对应的电阻值变化组合进行卷积神经网络模型训练,已以获得手势识别卷积神经网络模型。
[0063] 其中,对应图6中的不同手势可以采集来自不同柔性电路单元的电阻值组合,图7对应不同手指的在不同时刻T的第一柔性电路2和第二柔性电路3电阻值二维平面数值分布,其中,初始状态为手的自然伸展状态,第一柔性电路电阻值坐标的极值为手握紧状态,第二柔性电路电阻值坐标的极值为手指之间彼此张开最大的状态,手掌在变换手势进行操作(如:VR操作)过程中,不同时刻不同部分的柔性电路阻值会产生变化,会形成一条曲线,图7中仅表示了某一个时刻不同手指的第一柔性电路、第二柔性电路的离散点分布,该离散点分布可以反映手指的静止状态,可作为静止手势的识别依据,通过卷积神经网络模型形成静止手势的识别,而对于动态手势的识别(例如隔空放大缩小图片操作)则需要将不同时刻的离散点连接为曲线,通过曲线形态反映不同的动态操作路径。
[0064] 基于这样的理解,本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD‑ROM,U盘,移动硬盘等)中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。
[0065] 通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助硬件和必要的通用软件平台的方式来实现。
[0066] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图,附图中的模或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中,也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
[0067] 上述本申请序号仅仅为了描述,不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景,但是,本申请并非局限于此,任何本领域的技术人员能使之的变化都应落入本申请的保护范围。
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