一种带有自主控制服装造型改变功能的智能服装装置及方法与流程

本发明涉及一种带有自主控制服装造型改变功能的智能服装装置及方法，属于智能服装技术领域。

背景技术：

智能服装是指能够以迅捷有效的方式响应人体以及外界的变化具有特定功能的服装，其技术核心是将信息技术，电子技术尤其是将电子产品结合到服装中，以产生新颖的功能，满足个性化需求。随着电子元件的微型化和轻巧化，结合各种新型服装面料的开发，以及近年来技术的日益完善，使电子智能服装的开发成为了可能。它代表着未来服装的潮流，并将在通信，医疗保健，家庭娱乐，军事和工业甚至休闲领域得到广泛的应用。随着科技的不断发展，不断地购买新的款式并不是紧跟潮流的唯一方法。本发明就是致力于衣服的灵活便捷造型即时构造，无论是对舞台表演，走秀，还是个人生活中的衣裙造型都能有随时随地可变更的功能。

科技正成为服装不可或缺的因素，甚至引领时尚潮流。目前的智能服装关注于功能性需求，如，记步、控制音乐、遥控拍照、丢失提醒等，未见智能服装在非功能性，如美学造型方面的研究应用。大多数装饰性衣物，如时装，对款式更新要求更高，现有的更新主要在于对布料的结构、质地、花型、色彩进行改进，在动态效果方面的改进非常少。现有技术在服装动态效果改变方面主要通过增加动态装饰实现，然而，动态装饰较大会导致局部空间占用过大而破坏服装整体美感。现有的造型变化通常采用传统驱动器实现。其采用的压电陶瓷可以承受较大载荷，响应速度较形状记忆合金快，但断裂应变小于1％。不适宜于服装造型的改变。

并且，在现有专利中，服装造型多为静态造型，一旦定型，就无法进行二次定型，无法进行造型的更改。

技术实现要素：

本发明技术解决的问题：为了克服现有技术存在的不足，提供一种带有自主控制服装造型改变功能的智能服装装置及方法，通过电活性聚物质(electro-activepolymers)薄膜在电场的激励下，将电能转化成机械能，使聚合物的尺寸和形状发生显著的改变，从而改变服装造型。

为了使服装内嵌制动器更加高效且环境友好，考虑到了自组织和能量最小化原理。在此基础上寻找并选定能够实现能量最小化的合适的弹性材料为该发明的主体，既实现了制造的简洁性，又达成了最终构型的复杂性。

本发明技术解决方案：一种带有自主控制服装造型改变功能的智能服装装置，包括：8个电活性聚合物驱动单元、选择控制器；

所述电活性聚合物驱动单元为一层长方形薄膜，长方形薄膜主体材料为电活性聚合物，两侧涂有柔性电极，背侧贴有eva双面胶，所述8个电活性聚合物驱动单元分成两组，第一组2个，负责对服装腰部进行变形操作，第二组6个负责对服装下摆进行变形操作，其中每组中的电活性聚合物驱动单元相互串联，第一组和第二组电活性聚合物驱动单元分别与所述多级被控电路相连接，两组电活性聚合物驱动单元间为并联关系；电活性聚合物驱动单元黏接在服装需要进行变形调整的粘贴区域，用于接收手机app传来的造型改变信号后发生形变，无线射频接收器接收此信号并传递给选择控制器内部的mcu；

所述选择控制器安装在服装上，外部由保护壳包裹，内部有一集成电路，集成电路主体为无线射频接收器、mcu、多级被控电路及开关控制电路，选择控制器内部设有射频接收器接收造型改变选择信号，mcu将根据选择信号控制相应开关控制电路，为多级被控电路供电，从而调整电活性聚合物驱动单元两端电压，电活性聚合物在不同外加电压作用下实现不同程度形变，从而驱动服装造型改变的完成；集成电路板上设有一个电源开关和充电插口，底部有一个出线口，导线通过出线口将多级被控电路与8个电活性聚合物驱动单元相连接。

所述热熔胶膜为一种eva胶膜，覆盖于所述每个电活性聚合物驱动单元外侧，呈包裹式，同时为电活性聚合物驱动单元提供隔热保护。

所述防水布为一种涤纶材料，覆盖于所述每个电活性聚合物驱动单元包裹热熔胶膜后的外侧，为电活性聚合物驱动单元提供防水保护。

所述开关控制电路属于所述多级被控电路组成部分,包括一个三极管和多个电阻，三极管的e端接地，c端连接电源，b端与mcu8052的27号端口或者28号端口相连接。

所述多级被控电路包括两个运算放大器、多个电容和电阻以及三个开关控制电路，每个运算放大器需单独供电；所述第一个运算放大器与两个支路并联，一条支路为电容支路，另一条支路包含串联电阻的开关控制电路；所述第二个运算放大器与三条支路并联，第一条支路含一个电容，第二，第三条支路都是各自包含一个开关控制电路和一个电阻；两个运算放大器串联，并且在第二个运算放大器的输出端连接有电活性聚合物驱动单元，根据支路中的3个开关控制电路的通断变换，能够在一组电活性聚合物驱动单元两端产生2的3次方即8种不同的电压，8种不同的电压即为作用在第二个运算放大器的输出端连接有一组电活性聚合物驱动单元两端的电压，每组电活性驱动单元都能够根据8种不同的电压产生8种不同的形变；所述每组电活性聚合物驱动单元根据柔性电极两端施加的由低到高8种电压，以水平面为参考依次产生向内侧弯曲15°、弯曲30°、弯曲45°、弯曲60°；向外侧弯曲15°、弯曲30°、弯曲45°、弯曲60°的8种形变。

所述选择控制器底部有一个出线口，导线通过出线口将多级被控电路与8个电活性聚合物驱动单元相连接；电源接通状态下，选择控制器中的mcu在收到由手机app传来的选择信号后，控制开关控制电路的3个开关通断，使所述多级被控电路输出端产生8种不同的电压，该电压作用于所述第一组或第二组电活性聚合驱动单元上两端，从而控制每组电活性聚合物驱动单元的形变，根据每组电活性聚合物驱动单元两端施加电压的不同，实现每组电活性聚合物驱动单元都有8种不同的形变的操作，使粘贴在服装上的每组电活性聚合物驱动单元通过自己的形变完成服装造型的改变，这种组合方式灵活多变，从本质上提高了服装造型改造的效率并且拓宽了造型改变的现有局限的同时也更加凸显了发明的环保价值。

一种带有自主控制服装造型改变功能的智能服装的方法，步骤如下：

(1)选择控制器安装在服装上，外侧由保护壳包裹，内部由一集成电路构成，集成电路主体为无线射频接收器、mcu、多级被控电路以及开关控制电路，所述集成电路上的控制电路需要从手机app接收信号，因而选择控制器内部设有射频接收器，所述射频接收器与mcu串联连接，所述多级被控电路与mcu的一个输出端相连接，mcu转译选择信号为对应开关控制电路的通断状态。所述多级被控电路的输出端与一组电活性聚合物驱动单元相连接，根据多级被控电路输出电压的不同产生不同形变；

(2)电活性聚合物驱动单元外形为长方体薄膜，主体为长7厘米，宽2厘米，厚0.1厘米的电活性聚合物，所述电活性聚合物的两端涂有柔性电极，外部包裹一层热熔胶膜，再包裹一层防水布，所述第一组电活性驱动单元为两个电活性聚合物驱动单元的串联，本发明所述第二组电活性驱动单元为六个电活性聚合物驱动单元的串联，第一组和第二组电活性驱动单元通过各自的柔性电极，分别与多级被控电路的输出端连接；

(3)将所述电活性聚合物驱动单元粘贴在服装上，所述选择控制器中多级被控电路与8个电活性聚合物驱动单元相连接；电源通电状态下，选择控制器在收到由手机app传来的选择信号后，传递选择至mcu，mcu收到信号后，控制多级被控电路的3个开关控制电路通断，使所述多级被控电路输出端产生8种不同的电压，该电压作用于所述第一组或第二组电活性聚合驱动单元上两端，从而控制每组电活性聚合物驱动单元的形变，根据每组电活性聚合物驱动单元两端施加电压的不同，实现每组电活性聚合物驱动单元都有8种不同的变形的操作，使粘贴在服装上的每组电活性聚合物驱动单元通过自己的形变完成衣服造型的改变。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明带有自主控制服装造型改变功能的智能服装装置及方法，该智能服装上的服装内嵌制动器是自主控制系统具体体现为本发明中的选择控制器。通过电活性聚物薄膜在电场的激励下，将电能转化成机械能使其发生形变，从而达到聚合物的尺寸和形状发生显著的改变的效果，因此改变服装造型。目前，智能服装多体现在功能性改变，未见对造型自主控制改变。本发明可以实现便捷的服装造型改变控制，弥补服装美学智能化空白。

(2)本发明为了体现其环境友好性，在设计中运用到了自组织和能量最小化原理。并在此基础上寻找并选定能够实现能量最小化的电活聚合物为该发明的主体，实现了制造的简洁性，最终构型的复杂性。

(3)本发明采用的电活性聚合物驱动单元中的主体-电活性聚合物具有高韧性，大应变，响应快，能效高，成本低，重量轻等特点，使整个带有自主控制服装造型改变功能的智能服装装置便于携带，易于购买和使用。所述电活性聚合物可以实现机械能和电能的相互转化，当其处于电场中时，将会沿电力线的方向收缩，同时沿垂直于电力线的方向膨胀。因此，以电活性聚合物为主体的电活性聚合物驱动单元在外加电场下能够产生400％应变和非常大的作用力(3.4j/g的高弹性能密度)，所产生的应变比电活性陶瓷大两个数量级，并且较形状记忆合金，其响应速度快、密度小、回弹力大，具有与生物肌肉相似的高抗撕裂强度和动力学性能，可以细致的改变需要变形的衣物的造型。本发明有效利用电活性聚合物的优点实现衣服造型改变，相比已有的造型变形制动装置，其具有体积小，制动灵活，易于控制的优点。

(4)本发明解决了对于服装造型改变，舞台服装造型的繁复操作，可以更加节省时间和精力。所述选择控制器安装在服装上的外部电路在受射频收发器的信号后，从外界获取信号传输至外部电路中的mcu，可以实现由基本的造型如收缩，拉伸等操作的复杂组合，并且可以重复多次改变造型，从本质上提高了服装造型改造的效率并且拓宽了造型改变的现有界限的同时也更加凸显了发明的环保价值。

附图说明

图1为本发明装置组成示意图；

图2为本发明中电活性聚合物驱动单元示意图；

图3为本发明中电活性聚合物驱动单元的热熔胶膜展开图；

图4为本发明中电活性聚合物驱动单元的防水布展开图；

图5为本发明中选择控制器的结构示意图；

图6为本发明中安装在服装上的选择控制器核心电路构成；

图7为本发明中的安装在服装上的选择控制器中的多级被控电路；

图8为本发明中的安装在服装上的选择控制器中开关控制电路；

图9为第一组电活性聚合物驱动单元连接图；

图10为第二组电活性聚合物驱动单元连接图；

图11为本发明中的裙子自然状态示意；

图12为本发明中的基本造型1，陀螺裙；

图13为本发明中的基本造型2,鱼尾裙；

图14为本发明中的基本造型3，灯笼裙。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，为本发明的电活性聚合物驱动单元的正面截面图，电活性聚合物驱动单元包括防水布1.1(具体结构如图4所示)、热熔胶膜1.2(具体结构如图3所示)、电活性聚合物1.3以及柔性电极1.4。

如图2所示，为本发明的电活性聚合物驱动单元示意图，包含电活性聚合物驱动单元的正面2.1，电活性聚合物驱动单元的背面2.2，电活性聚合物驱动单元的侧面2.3以及柔性电极正极2.4和柔性电极负极2.5。所述电活性聚合物驱动单元为一层长方形薄膜，长约7厘米、宽约2厘米、厚约1毫米。其主体材料为电活性聚合物，两侧涂抹有柔性电极，电活性聚合物外侧覆盖一层热熔胶膜，热熔胶膜的外侧再覆盖一层防水布。

如图3所示，为本发明的热熔胶膜展开图。所述热熔胶膜上有两个小孔3.1和3.2，用导线通过小孔3.1连接到电活性聚合物驱动单元中的柔性电极的正极，用导线通过小孔3.2连接到电活性聚合物驱动单元中的柔性电极的负极。

如图4所示，为本发明的防水布展开图。所述防水布上有两个小孔4.1和4.2，用导线通过小孔1连接到电活性聚合物驱动单元中的柔性电极的正极，用导线通过小孔2连接到电活性聚合物驱动单元中的柔性电极的负极。

电活性聚合物驱动单元(如图2)的主体电活性聚合物两极涂有柔性电极，背面贴有热熔胶膜(如图3)，其中所述热熔胶膜(如图3)为一种eva胶膜，其覆盖于所述每个电活性聚合物驱动单元外侧，呈包裹式，同时为电活性聚合物驱动单元提供隔热保护。在热熔胶膜(如图3)外部贴有防水布(如图4)，所述防水布为一种涤纶材料，其覆盖于所述每个电活性聚合物驱动单元热熔胶膜的外侧，呈包裹式，为电活性聚合物驱动单元提供防水保护。所述电活性聚合物驱动单元(如图2)粘贴在服装需要造型改变的位置上。

如图5所示，为本发明的选择控制器的外部结构示意图。选择控制器由电源开关5.1、保护壳5.2、usb插孔5.3、出线口5.4以及内部集成电路5.5组成。选择控制器为一个长方体，是一个外侧由保护壳包裹，内部设有一块集成电路，安装在服装上。

如图6所示，为本发明的选择控制器的核心电路构成，选择控制器的核心电路设置在一块集成电路板上。该电路由射频接收器6.1、mcu6.2、多级被控电路6.3和6.4、第一组电活性聚合物驱动单元6.5、第二组电活性聚合物驱动单元6.6以及开关控制电路6.7、6.8、6.9、6.10、6.11、6.12构成。集成电路板上的核心电路由多级被控电路6.3、6.4通过控制开关控制电路的通断调整电活性聚合物驱动单元两端电压。根据支路中的开关通断，可以在一组电活性聚合物驱动单元里产生八种不同的电压。

如图7所示，为本发明的多级被控电路，多级被控电路主要由三个开关控制电路7.1，两个运算放大器7.2以及第一组或第二组电活性聚合物驱动单元7.3构成。每个运算放大器需要单独供电；所述第一个运算放大器与两个支路并联，一条支路为电容支路，另一条支路包含串联电阻的开关控制电路；所述第二个运算放大器与三条支路并联，第一条支路含一个电容，第二，第三条支路都是各自包含一个开关控制电路和一个电阻；两个运算放大器串联，并且在第二个运算放大器的输出端连接有电活性聚合物驱动单元，根据支路中的3个开关控制电路的通断变换，能够在一组电活性聚合物驱动单元里产生2的3次方即8种不同的电压，8种不同的电压即为作用在第二个运算放大器的输出端连接有一组电活性聚合物驱动单元两端的电压，每组电活性驱动单元都能够根据8种不同的电压产生8种不同的形变；所述每组电活性聚合物驱动单元根据柔性电极两端施加的由低到高8种电压，以水平面为参考依次产生向内侧弯曲15°、弯曲30°、弯曲45°、弯曲60°；向外侧弯曲15°、弯曲30°、弯曲45°、弯曲60°的8种形变。

如图8所示，为本发明中的开关控制电路。所述开关控制电路包括一个三极管和多个电阻，三极管的e端接地，c端连接电源，b端与mcu8052的27号端口或者28号端口相连。

选择控制器(如图5)底部有一个出线口5.4，导线通过出线口5.4将多级被控电路的输出端与8个电活性聚合物驱动单元相连接。电源接通状态下，选择控制器中的mcu在收到由手机app传来的选择信号后，控制多级被控电路的3个开关控制电路的通断，使所述多级被控电路输出端产生8种不同的电压，该电压作用于所述第一组或第二组电活性聚合驱动单元上两端，从而控制每组电活性聚合物驱动单元的形变，根据每组电活性聚合物驱动单元两端施加电压的不同，实现每组电活性聚合物驱动单元都有8种不同的形变的操作，使粘贴在服装上的每组电活性聚合物驱动单元通过自己的形变完成服装造型的改变，这种组合方式灵活多变。

如图9所示，为本发明的第一组电活性聚合物驱动单元连接图。第一组电活性聚合物包括两个电活性聚合物驱动单元9.1、9.2，负责对服装腰部进行变形操作。两个电活性聚合物驱动单元相互串联，多级被控电路的输出端用导线通过选择控制器(如图5)的出线口连接电活性聚合物驱动单元9.1的柔性电极正极9.3，电活性聚合物驱动单元9.1的柔性电极负极9.4由导线连接到电活性聚合物驱动单元9.2的柔性电极正极9.5，电活性聚合物驱动单元9.2的柔性电极负极9.6由导线连接回选择控制器(如图5)。

如图10所示，为本发明的第二组电活性聚合物驱动单元连接图。与第一组电活性聚合物连接图结构相似，第二组电活性聚合物包括6个电活性聚合物驱动单元10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6，负责对服装下部进行变形操作。每个电活性聚合物驱动单元相互串联，多级被控电路的输出端用导线通过选择控制器(如图5)的出线口连接电活性聚合物驱动单元10.1的柔性电极正极10.7，电活性聚合物驱动单元10.1的柔性电极负极10.8由导线连接到电活性聚合物驱动单元10.2的柔性电极正极10.9，电活性聚合物驱动单元10.2的柔性电极负极10.10由导线连接到电活性聚合物驱动单元10.3的柔性电极正极10.11，电活性聚合物驱动单元10.4、10.5的柔性电极正负极均为上述连接方式，最后电活性聚合物驱动单元10.6的柔性电极负极10.18由导线连接回选择控制器(如图5)。

第一组电活性聚合物驱动单元(如图8)和第二组电活性聚合物驱动单元(如图9)之间为并联关系。

如图11所示，为本发明的具体应用例中的裙子的自然状态。在腰部两侧分别贴有电活性聚合物驱动单元11.1、11.2，串联形成第一组电活性聚合物驱动单元(如图8)，控制腰部造型的改变。裙子下部一共设有6个电活性聚合物驱动单元11.3、11.4、11.5、11.6、11.7、11.8，串联形成第二组电活性聚合物驱动单元(如图9)，其中裙子下部的正面贴有2个电活性聚合物驱动单元11.3和11.4，后面贴有2个电活性聚合物驱动单元11.7和11.8，以及左右侧面各贴有1个电活性聚合物驱动单元11.5和11.6，每个电活性聚合物驱动单元的距离相同，控制裙子下部造型的改变。通过手机app向选择控制器输出改变服装造型的信号，无线射频接收器接受信号并将信号传递给选择控制器内部的mcu，mcu根据输入的信号控制多级被控电路供电，控制第一组和第二组电活性聚合物驱动单元的多级被控电路通过开关控制电路的通断，产生不同的电压，从而使得电活性聚合物驱动单元产生向内与向外不同弯曲程度的变化。

在本发明的一个具体实施例中(如图12所示)，将裙子的自然状态更改为基本造型1的陀螺裙。通过手机app向选择控制器输出改变服装造型为陀螺裙的信号，无线射频接收器将此信号并将信号传递给选择控制器内部的mcu，mcu根据改变成陀螺裙的信号控制多级被控电路供电，选择控制器的核心电路(如图6所示)中的多级被控电路6.3控制第一组电活性聚合物驱动单元12.1、12.2的改变，多级被控电路6.3中的开关控制电路6.7和6.8闭合，开关控制电路6.9打开，使得裙子腰部的2个电活性聚合物驱动单元12.1、12.2向内弯曲45°，达到腰部收腰的效果；选择控制器的核心电路(如图6所示)中的多级被控电路6.4控制第二组电活性聚合物驱动单元12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8的改变，多级被控电路6.4中的开关控制电路6.11和6.12闭合，开关控制电路6.10打开，使得裙子下部的6个电活性聚合物驱动单元12.3、12.4、12.5、12.6、12.7、12.8向内弯曲15°，达到裙子下部向内微收的陀螺裙效果。

在本发明的一个具体实施例中(如图13所示)，将裙子的自然状态更改为基本造型2的鱼尾裙。通过手机app向选择控制器输出改变服装造型为鱼尾裙的信号，无线射频接收器将此信号并将信号传递给选择控制器内部的mcu，mcu根据输入改变成鱼尾裙的信号控制多级被控电路供电，选择控制器的核心电路(如图6所示)中的多级被控电路6.3控制第一组电活性聚合物驱动单元13.1、13.2的改变，多级被控电路6.3中的开关控制电路6.7和6.9闭合，开关控制电路6.8打开，使得裙子腰部的2个电活性聚合物驱动单元13.1、13.2向内弯曲30°，达到腰部收腰的效果；选择控制器的核心电路(如图6所示)中的多级被控电路6.4控制第二组电活性聚合物驱动单元13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8的改变，多级被控电路6.4中的开关控制电路6.11闭合，开关控制电路6.10和6.12打开，使得裙子下部的6个电活性聚合物驱动单元13.3、13.4、13.5、13.6、13.7、13.8向外弯曲45°，达到裙子下部向外伸展的鱼尾裙效果。

在本发明的一个具体实施例中(如图14所示)，将裙子的自然状态更改为基本造型3的灯笼裙。通过手机app向选择控制器输出改变服装造型为灯笼裙的信号，无线射频接收器将此信号并将信号传递给选择控制器内部的mcu，mcu根据输入改变成灯笼裙的信号控制多级被控电路供电，选择控制器的核心电路(如图6所示)中的多级被控电路6.3控制第一组电活性聚合物驱动单元14.1、14.2的改变，多级被控电路6.3中的开关控制电路6.8和6.9闭合，开关控制电路6.7打开，使得裙子腰部的2个电活性聚合物驱动单元14.1、14.2向内弯曲60°，达到腰部收腰的效果；选择控制器的核心电路(如图6所示)中的多级被控电路6.4控制第二组电活性聚合物驱动单元14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8的改变，多级被控电路6.4中的开关控制电路6.10和6.12闭合，开关控制电路6.11打开，使得裙子下部的6个电活性聚合物驱动单元14.3、14.4、14.5、14.6、14.7、14.8向内弯曲60°，达到裙子下部向内收缩的灯笼裙效果。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。