一种静态手势识别手套的制作方法

本发明属于智能穿戴技术领域，尤其涉及一种静态手势识别手套。

背景技术：

随着计算机软硬件及互联网技术的发展，可穿戴设备逐渐开始成为人们日常生活的一部分。可穿戴设备通常以人为载体，通过便携式穿戴实现对应的业务功能，可广泛应用于日常消费、工业、医疗、军事、教育、娱乐等领域。目前市场上常见的智能穿戴设备有，眼镜、手表、手环、手套、衣服、耳机等。

利用智能手套可实现目标人物的手势识别，该技术目前已被广泛应用在虚拟现实、智能交互系统等领域。在手势识别技术领域，一般分为动态手势识别和静态手势识别，动态手势具有丰富和直观的表达能力，利用动态手势可构建新型的交互系统，弥补传统的人机交互模式的不足，这也是目前研究最为广泛的技术领域。但动态手势识别需要利用大量的数据计算进行分析，对设备的性能要求较高，难以应用到某些低成本的特定领域。目前的静态手势一般采用视觉图像分析来判断目标人物的手势状态，该方案也难以克服数据计算量大、设备功耗高、成本高等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种静态手势识别手套，该手套设计简单，识别准确率高，成本低，并能够感知手指间的压力变化。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

一种静态手势识别手套，包括：手套本体，电路控制模块，至少两柔性导电片，所述柔性导电片附着于手套本体表面，与电路控制模块连接，任意两柔性导电片之间不相连且在导电回路中相互形成断路接口，在手指活动使任意两柔性导电片接触时，则该两柔性导电片导电回路中形成通路；所述电路控制模块实现任意柔性导电片之间导电回路通断的数据采集及传输；其中，所述柔性导电片采用导电高分子聚合物实现。

进一步的，所述导电高分子聚合物为添加了0.5wt%~30wt%导电填料的高分子聚合物形成的柔性片状胶体。

更进一步的，所述高分子聚合物为硅胶，所述硅胶采用零度硅胶、十度硅胶、二十度硅胶、硅凝胶等实现。

更进一步的，所述导电填料包括炭系导电填料和/或金属系导电填料，所述炭系导电填料包括炭黑、乙炔炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种，所述金属系导电填料为金属粉和/或金属线，包括金粉、金线、银粉、银线、铜粉、铝粉、镍粉中的一种或多种。

根据一种实施例，所述导电高分子聚合物采用添加了导电填料的硅凝胶实现，包括等质量的a、b双组份硅凝胶，及5wt%~30wt%的导电填料。

进一步的，该导电填料优选为乙炔炭黑，优选比例为6wt%~15wt%。

根据一种实施例，所述导电高分子聚合物采用添加了导电填料的零度硅胶实现，包括等质量的a、b双组份零度硅胶，及5wt%~30wt%的导电填料。

进一步的，该导电填料优选为炭黑，优选比例9wt%~12wt%。

进一步的，所述柔性导电片附着于手套本体上，包括导电高分子聚合物固化前渗透进手套本体实现附着于手套本体表面，或导电高分子聚合物固化后采用胶粘、缝纫的方式附着于手套本体表面。

进一步的，所述柔性导电片通过附着于手套本体表面的导电织物与电路控制模块连接。

更进一步的，所述导电织物表面还设置了绝缘层，该绝缘层采用绝缘织物或绝缘胶实现。

更进一步的，在手套本体的外表面导电高分子聚合物敷设的地方还设置了导电织物覆盖，导电高分子聚合物在导电织物与手套本体之间。

根据一种实施例，所述柔性导电片包括柔性导电片10，柔性导电片11，柔性导电片20，柔性导电片21，柔性导电片30，柔性导电片31，柔性导电片40，柔性导电片41，柔性导电片50，柔性导电片51，所述柔性导电10、20、30、40、50分别设置在手套本体拇指的掌指关节与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的掌指关节与第二指关节之间，所述柔性导电片11、21、31、41、51分别设置在拇指的指尖与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的指尖至第二指关节之间，所述柔性导电片10、11，柔性导电片20、21，柔性导电片30、31，柔性导电片40、41，柔性导电片50、51相互之间不连接，在导电回路中形成断路接口，当两者之间相互触碰时形成导电通路。

进一步的，所述电路控制模块包括控制电路、电源电路、数据采集电路、通信电路；在数据采集电路中，采用轮询的方案实现对每个手指上附着的柔性导电片相互之间的通断进行采集，该轮询电路包括模拟开关芯片，场效应管fet1、fet2、fet3、fet4、fet5，电阻r1、r2、r3、r4、r5，所述fet1、fet2、fet3、fet4、fet5的栅极分别连接控制电路的控制引脚端on1、on2、on3、on4、on5，源极分别连接电源端，漏极分别连接电阻r1、r2、r3、r4、r5的一端，所述控制电路的控制引脚端用于选通fet1、fet2、fet3、fet4、fet5，电阻r1、r2、r3、r4、r5的另一端分别连接柔性导电片11、21、31、41、51，柔性导电片10、20、30、40、50同时接地，八路模拟开关芯片的选通引脚chn_1、chn_2、chn_3、chn_4、chn_5分别连接柔性导电片11、21、31、41、51。

更进一步的，所述模拟开关芯片可采用ad7501、cd4051或74hc4051等芯片实现。

根据另一实施例，所述柔性导电片包括柔性导电片10，柔性导电片11，柔性导电片20，柔性导电片21，柔性导电片22，柔性导电片30，柔性导电片31，柔性导电片32，柔性导电片40，柔性导电片41，柔性导电片42，柔性导电片50，柔性导电片51，柔性导电片52，所述柔性导电10、20、30、40、50分别设置在手套本体拇指的掌指关节与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的掌指关节与第二指关节之间，所述柔性导电片11、21、31、41、51分别设置在拇指的指尖与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的第一指关节至第二指关节之间，所述柔性导电片22、32、42、52分别设置在食指、中指、无名指、小指的指尖至第一指关节之间。

进一步的，所述任意两柔性导电片在相互接触时随着两者间压力的增大，在导电回路中两柔性导电片之间的电阻值越小。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

通过利用导电高分子聚合物的导电及电阻随压力变化的特殊性质，在手套本体表面设置成对的柔性导电片来获取当前手部的静态手势，该结构电路设计简单，功耗低，成本低，能够大大提高手指弯曲识别准确率，以及手指之间压力的变化，可针对不同的需求开发不同的应用，提高实用性。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的一种静态手势识别手套的结构示意图。

图2是根据本发明一实施例的一种静态手势识别手套的剖面示意图。

图3是根据本发明另一实施例的一种静态手势识别手套的剖面示意图。

图4是根据本发明另一实施例的一种静态手势识别手套的剖面示意图。

图5是根据本发明一实施例的一种静态手势识别手套的轮询方案电路设计图。

图6是根据本发明一实施例的一种静态手势识别手套的柔性导电片设置示意图。

图7是根据本发明一实施例的柔性导电片受力后电阻变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明实施例的一种静态手势识别手套的结构示意图，包括：手套本体，电路控制模块，至少两柔性导电片以及与连接柔性导电片与电路控制模块的导电织物，所述柔性导电片附着于手套本体的表面，任意两柔性导电片之间不相连且在导电回路中相互形成断路接口，在手指活动使任意两柔性导电片接触时，则该两柔性导电片导电回路中形成通路，所述电路控制模块实现数据的采集及传输；其中，所述柔性导电片采用导电高分子聚合物实现。

所述导电高分子聚合物为添加了0.5wt%~30wt%导电填料的高分子聚合物形成的柔性片状胶体，具有导电性和可拉伸性，可附着于手套本体上跟随手指的弯曲，不会妨碍手指的运动；其中所述高分子聚合物采用硅胶实现，硅胶可采用硅凝胶、零度硅胶、十度硅胶、二十度硅胶等实现，不同种类的硅胶交联后的硬度不同，可根据实际进行选择。所述导电填料包括炭系导电填料和/或金属系导电填料；其中，所述炭系导电填料包括炭黑、乙炔炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维中的一种或多种，所述金属系导电填料包括金属粉或金属线，可为金粉、金线、银粉、银线、铜粉、铝粉、镍粉中的一种或多种。所述导电填料的比例根据采用不同的高分子聚合物有所区别，不同的添加比例产生不同的导电性能（具体表现为电阻率不同）固化后的硬度、弹性模量等。

由于导电高分子聚合物的特殊性质，由液态的胶体加热固化后成型，因此根据不同的固化时间，导电高分子聚合物可以先固化后再附着于手套本体，也可以直接将液态的导电高分子聚合物直接与手套本体固化连接；因此，所述柔性导电片附着于手套本体上的方式，包括导电高分子聚合物渗透进手套本体实现附着于手套本体表面，或导电高分子聚合物固化后采用胶粘、缝纫的方式附着于手套本体表面，如图2所示的剖面图。在本发明中所述手套本体采用现有的手套即可实现，具体可采用棉纱、纤维、皮革、橡胶等制成手套本体。

而根据手套本体材料的不同，所述所述柔性导电片通过渗透附着于手套本体上的方式也可分为直接渗透和打孔渗透；第一种当手套本体的材质为普通具有渗水性能的织物（如氨纶纤维织物等），在导电高分子聚合物在固化前能够直接渗透手套本体，固化后可附着于手套本体上，如图3的剖面图所示，导电高分子聚合物直接渗透穿过手套本体；为了实现导电高分子聚合物与电路控制模块的连接，在敷设导电硅凝胶的地方沿手套本体内侧还设置有导电织物，该导电织物也附着于手套本体用于与电路控制模块连接；为了避免导电织物在信号传输过程中产生误导信号，所述导电织物表面还设置了绝缘层，该绝缘层可采用绝缘织物或绝缘胶实现，用以隔离手部与导电织物接触产生的错误导通信号。第二种当手套本体为不透水的材质（如皮革等），可先在手套本体设置若干的通孔，以使导电高分子聚合物在固化前能够直接渗透手套本体，固化后可附着于手套本体上，如图4的剖面图所示。

所示导电高分子聚合物在固化后的形状可为规则的方形、矩形、圆形，或其他不规则形状，具体不做限制，本实施例优选采用规则的矩形。

另外，为了提高接触检测的灵敏度，在手套本体的外表面沿导电高分子聚合物敷设的地方还设置了导电织物覆盖，导电高分子聚合物在导电织物与手套本体之间。

如下实施例所示，对导电高分子聚合物的制备，以及通过采用可直接渗透的手套本体材质与导电高分子聚合物的直接渗透附着方式进行说明：

实施例1、当所述柔性导电片采用导电硅凝胶实现时，导电硅凝胶具体为等质量的a、b双组份硅凝胶（所述a、b双组份硅凝胶可利用现有市场提供的a、b双组份硅凝胶进行制作），添加了5w%~30w%的导电填料，该导电填料优选为乙炔炭黑，优选比例6w%~15w%。在本发明中，所述导电硅凝胶的制备方法为：

（1）取等质量a、b双组分硅凝胶，搅拌均匀使a、b两组分充分混合；

（2）取硅凝胶质量分数5w%~30w%的导电填料（乙炔炭黑），加入到混合好的硅凝胶中；

（3）搅拌均匀使导电填料和硅凝胶充分混合，制成液态导电硅凝胶；

（4）将液态导电硅凝胶敷设于手套本体上，加热，固化，使导电硅凝胶附着于手套本体上。其中固化时间，根据加热温度进行选择，例如加热温度为40℃~60℃，固化时间为2h~4h。

利用上述制备方法，在添加不同比例的乙炔炭黑，得到相同尺寸及厚度的柔性导电片的电阻不同，具体为：

实施例2、当所述柔性导电片采用导电零度硅胶实现时，导电硅胶具体为等质量的a、b双组份零度硅胶（所述a、b双组份零度硅胶可利用现有市场提供的a、b双组份零度硅胶进行制作），添加了5w%~30w%的导电填料，该导电填料优选为炭黑，优选比例9w%~12w%。在本发明中，所述导电硅胶的制备方法为：

（1）取等质量a、b双组分零度硅胶，搅拌均匀使a、b两组分充分混合；

（2）取零度硅胶质量分数9w%~12w%的导电填料（炭黑），加入到混合好的硅凝胶中；

（3）搅拌均匀使导电填料和零度硅胶充分混合，制成液态导电硅胶；

（4）将液态导电硅胶敷设于手套本体上，加热，固化，使导电硅胶附着于手套本体上。其中固化时间，根据加热温度进行选择，例如加热温度为40℃~60℃，固化时间为2h~4h。

实施例3、在本实施例中，所述柔性导电片包括柔性导电片10，柔性导电片11，柔性导电片20，柔性导电片21，柔性导电片30，柔性导电片31，柔性导电片40，柔性导电片41，柔性导电片50，柔性导电片51，所述柔性导电10、20、30、40、50分别设置在手套本体拇指的掌指关节与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的掌指关节与第二指关节之间，所述柔性导电片11、21、31、41、51分别设置在拇指的指尖与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的指尖至第二指关节之间，所述柔性导电片10、11，柔性导电片20、21，柔性导电片30、31，柔性导电片40、41，柔性导电片50、51相互之间不连接，在导电回路中形成断路接口，当两者之间相互触碰时形成导电通路。所述本发明的电路设计中，电路控制模块设计为可检测任意两者之间是否形成导电通路，以及结合当前所有柔性导电片之间相互导通情况，判断当前的静态手势。

当电路控制模块检测到柔性导电片10、11之间导通时，表示当前拇指弯曲，同理，当检测到柔性导电片20、21，柔性导电片30、31，柔性导电片40、41，柔性导电片50、51之间相互导通时，表示当前食指、中指、无名指、小指弯曲；当检测到柔性导电片11分别与柔性导电片21、31、41、51之间导通时，表示当前拇指分别与食指、中指、无名指、小指接触；当检测到柔性导电片21、31之间相互导通时，表示当前食指和中指相互接触；还有更多的情况，在此不一一列举，由上可知，根据柔性导电片之间相互通断情况，可准确获取当前手势，如柔性导电片之间相互都不导通，则表示当前为五指完全张开的状态，或柔性导电片10、11之间，20、21之间，30、31之间，40、41之间，50、51之间，且柔性导电片21、31之间，31、41之间，41、51之间均导通，则表示当前为五指握紧的状态。实际应用中，电路控制模块中可设置通信模块，将采集到的柔性导电片之间的通断情况传输至外部终端，由外部终端对获取的数据进行分析，得到当前的手势；外部终端可根据不同的手势设置不同的控制指令，如应用在游戏娱乐系统时，可提高人机交互的趣味性。

上述实施例中，所述电路控制模块，可包括控制电路、电源电路、数据采集电路、通信电路等；在数据采集电路中，优选采用轮询的方案实现对每个手指上附着的柔性导电片相互之间的通断进行采集，该轮询电路如图5所示，包括一八路模拟开关芯片，场效应管fet1、fet2、fet3、fet4、fet5，电阻r1、r2、r3、r4、r5，所述fet1、fet2、fet3、fet4、fet5的栅极分别连接控制电路的控制引脚端on1、on2、on3、on4、on5，源极分别连接电源端，漏极分别连接电阻r1、r2、r3、r4、r5的一端，所述控制电路的控制引脚端用于选通fet1、fet2、fet3、fet4、fet5，电阻r1、r2、r3、r4、r5的另一端分别连接柔性导电片11、21、31、41、51，柔性导电片10、20、30、40、50同时接地，八路模拟开关芯片的选通引脚chn_1、chn_2、chn_3、chn_4、chn_5分别连接柔性导电片11、21、31、41、51。在本方案中可根据具体的柔性导电片的数量选取合适的模拟开关芯片电路实现，例如本实施例选取的八路模拟开关芯片，可采用如ad7501，cd4051，74hc4051等芯片实现。

另外，根据导电高分子聚合物的特殊性质，当任意两柔性导电片在相互接触时随着两者间压力的增大，在导电回路中两柔性导电片之间的电阻值越小。如在上述实施例中，导电高分子聚合物采用导电硅凝胶实现，所述导电硅凝胶包括等质量a、b组份的硅凝胶，13w%的乙炔炭黑，手套本体采用氨纶布料，当导电硅凝胶固化后形成柔性导电片20和21，如图6所示；其中柔性导电片20为长2.5cm宽1cm的矩形，柔性导电片21为面积长3.5cm宽1cm的矩形，其厚度为0.05mm，当柔性导电片20、21刚接触时，电阻约为20kω，当施加不同的力，其电阻值的变化曲线如图7所示，最后下降在1kω左右，因此，当两柔性导电片之间的压力越大，接触的两柔性导电片之间的电阻值越小。利用上述规律，在本发明方案中，任意两柔性导电片不仅能够检测手指接触的状态，还能够获得两者间压力的变化。

实施例4、在本实施例中，所述柔性导电片包括柔性导电片10，柔性导电片11，柔性导电片20，柔性导电片21，柔性导电片22，柔性导电片30，柔性导电片31，柔性导电片32，柔性导电片40，柔性导电片41，柔性导电片42，柔性导电片50，柔性导电片51，柔性导电片52，所述柔性导电10、20、30、40、50分别设置在手套本体拇指的掌指关节与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的掌指关节与第二指关节之间，所述柔性导电片11、21、31、41、51分别设置在拇指的指尖与第一指关节之间，和食指、中指、无名指、小指的第一指关节至第二指关节之间，所述柔性导电片22、32、42、52分别设置在食指、中指、无名指、小指的指尖至第一指关节之间；根据前述实施例原理，当柔性导电片之间相互导通时，可判断当时手势。在该实施例中的电路设计可参考前述描述，在此不一一列举。

以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。