具電容感應功能的穿戴式裝置及交互式機器寵物的製作方法

2023-11-07 13:25:37 2

本發明涉及一種具電容感應功能的穿戴式裝置及交互式機器寵物，尤指以織品布料為主體的具電容感應功能的穿戴式裝置及相應的交互式機器寵物。

背景技術：

隨著穿戴式裝置的普及化，包含衣服、帽子等以布料織品所完成的人身部品也將成為穿戴裝置的下一步。而以布料織品為主體所完成的穿戴式裝置將是個難題，因此，如何將具有輸入直覺性的觸控技術導入以布料織品為主體的穿戴式裝置，將為發展本發明之主要目的之一。

技術實現要素：

因此，本發明主要是改善現有穿戴式裝置的缺失，通過布料織品所完成的觸控技術來完成具有輸入直覺性的穿戴式裝置。

本發明主要目的在於提供一種具電容感應功能的穿戴式裝置，其包含：布料織品，分布有多個觸控電極圖案與多個信號線；受控裝置，整合在該布料織品之中；以及控制電路，設置在該布料織品的邊緣來與該多個信號線完成信號連接，用於響應使用者在該布料織品上的觸控手勢所造成的電容變化，進而控制該受控裝置。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該受控裝置為led燈具，該控制電路響應使用者在該布料織品上的觸控手勢，進而控制該led燈具的顏色與明暗等發光特性。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該受控裝置為mp3播放器，該控制電路響應使用者在布料織品上的觸控手勢，進而控制該mp3播放器的音量與曲目。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該布料織品中的該多個觸控電極圖案一對一地與該多個第一組信號線電性連接，且該多個第一組信號線為利用紡織技術將介電材料包覆其上的金屬導線，而該金屬導線與一般材料的紡織用線混合編織成為分布有多個觸控電極圖案與信號線的該布料織品。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中更包含信號線模組布料，是以織物形態所完成，且其中混合紡織有多條第二組信號線，把不同群的第一組信號線中相同位置的信號線通過與該信號線模組布料之縫合來加以並聯在一起。

本發明之另一方面為一種具電容感應功能的穿戴式裝置，其包含：布料織品，包含有被介電層隔開的第一層電極與第二層電極，該第一電極、該第二層電極以及該介電層均是以編織手段所完成的織品；以及控制電路，設置在該布料織品的邊緣或內部，其與該第一電極及該第二層電極信號連接，用來感測該布料織品中該第一層電極與該第二層電極間的距離或電場的改變而產生感應電容值的變化，進而發出控制信號。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該第一層電極及該第二層電極是以金屬線編織，而該介電層則使用介電材料的紡織用線或是多孔介電材料所完成。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該布料織品中包含有第一觸控電極結構與第二觸控電極結構，兩者的結構密度不同，用以作為不同功能的電容傳感器來完成不同物理特性的感測。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該布料織品上整合有無線通信模塊或近場通訊模塊並預設了一個身份碼，用以與網際網路系統完成信號連接，使得該穿戴式裝置在該網際網路系統中的伺服器中對應一個使用者的身份以及其訂購的服務項目，而該訂購的服務項目是可以依使用者的意願來被選擇的。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中發出的該控制信號中整合有該身份碼，用以讓接收該控制信號的該伺服器中對應出專屬該身份碼的一個資料庫來進行記錄，並進行相對應的服務。

本發明之再一方面為一種具電容感應功能的穿戴式裝置，其包含：布料織品，其上分布有多個觸控感測電極；以及控制電路，其與該多個觸控感測電極信號連接，用來感測該布料織品中該多個觸控感測電極產生感應電容的變化，並根據感測到的電容變化到達特定強度的時間在特定範圍內，進而判斷出是特定事件發生而產生控制信號。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該多個觸控感測電極是採用印刷的方式完成在布料的表面或是內裡中。

上述的具電容感應功能的穿戴式裝置，其中該多個觸控感測電極，用來感測物體是否擊中該處，該物體是以泡沫塑料來完成的子彈，其前端覆蓋有導電材料，根據感測到電容變化到達該特定強度的時間在該特定範圍內，進而判斷出是泡沫塑料子彈命中目標的事件發生。

本發明之又一方面為一種具電容感應功能的交互式機器寵物，其包含：布料織品，其上分布有第一組觸控感測電極並設置於該機器寵物的前端；以及控制電路，其與該第一組觸控感測電極信號連接，用來感測使用者在該第一組觸控感測電極上方的騰空控制手勢，並根據感測到的電容變化來產生第一組控制信號。

上述的具電容感應功能的交互式機器寵物，其中更包含第二組觸控感應電極，設置在該機器寵物背部或是鄰近處，用以感應使用者的觸摸手勢而產生相對應的第二組控制指令，進而改變該交互式機器寵物的狀態或行為

因此，本發明實現了將具有輸入直覺性的觸控技術導入以布料織品為主體的穿戴式裝置。

附圖說明

圖1a為本發明為改善現有技術不足所發展出來的關於一種具觸控功能的布料結構示意圖。

圖1b為本發明為改善現有技術不足所發展出來的關於一種具觸控功能的另一種布料結構示意圖。

圖1c～1e為以本發明之布料結構來完成以多層跨線結構的接合技術來進行多個信號接腳與外界導線接合的結構示意圖。

圖2為本發明為改善現有技術不足所發展出來的關於一種具觸控功能的布料結構的第二實施例示意圖。

圖3a為將上述各類觸控電極結構以不同的密度來混合紡織在同一塊布料或是縫合成一塊布料織品的結構示意圖。

圖3b為本發明的另一實施例示例圖。

圖4為應用本發明技術方案所完成的一種物聯網系統示意圖。

具體實施方式

實現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後續的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及附圖在本質上是當作說明之用，而非用以限制本發明。

請參見圖1a，其為本發明為改善現有技術不足所發展出來的關於一種具觸控功能的布料結構示意圖，其與現有技術最大不同處在於，傳統現有的觸控裝置是以一個剛性或可撓基板上額外形成觸控感應電極，而本發明則是提出可利用紡織技術，將多根被介電材料10所包覆的金屬導線11與一般材料的紡織用線(例如棉線、毛線、合成纖維線)12，混合編織成為分布有多個觸控電極圖案14與信號線15的布料織品1(一個觸控電極圖案14與一個信號線15是一對一地完成電性連接)，並可以在布料織品邊緣進行信號線15的整合，進而與外界或是縫製在布料中的控制電路17完成信號連接，而控制電路17可以是與穿戴式受控裝置所共用的元件。舉例來說，穿戴式受控裝置可以是整合在一件衣服上的led燈具(本圖未示出)或是類似的受控裝置，而其控制電路17可以響應使用者在布料織品1上的觸控手勢，進而控制led燈具的顏色與明暗等發光特性。另外，穿戴式受控裝置可以是整合在一件衣服上的mp3播放器(本圖未示出)或是類似的受控裝置，而其控制電路17可以響應使用者在布料織品1上的觸控手勢，進而控制mp3播放器的音量與曲目。

另外，也可以是如圖1b所示，直接以未包覆介電材料的金屬導線11來與一般材料的紡織用線(例如棉線、毛線、合成纖維線)12混合編織成為分布有多個觸控電極圖案14與信號線15的布料織品1，然後再在觸控電極圖案14與信號線15的外部再印刷、縫合或再紡織一個或多個介電材料層16來當作觸控區，可對應於傳統表面蓋板(coverlens)進行全貼或是框貼的概念來完成，並可以避免外物的誤觸。

再者，透過布料印刷或編織成感應電極與外部接線後，可再以不同布料間的對縫，便可模擬出以多層跨線結構的接合(bonding)技術來進行多個信號接腳與外界導線接合的結構。如圖1c～1e所示，其中圖1c為上述單層電極所完成的多點觸控布料18的邊緣區域示意圖，其中完成有與感應電極(本圖未示出)連接的第一組信號線180，而圖1d則表示出另一塊以織物形態完成的信號線模組布料19，信號線模組布料19中混合紡織有多條第二組信號線190，再使用導線縫合加工所完成的縫合點191，便可以將第一組信號線180與第二組信號線190間以縫合點191完成電性連接。最後可以如圖1e所示，把不同群的第一組信號線180中的相同位置的信號線，透過縫合點191來加以並聯在一起。

至於圖1a、1b中的該觸控電極圖案14與信號線15的分布除了可以是以單層電極所能完成的觸控電極結構外，也可以是以雙層電極所完成的觸控電極結構。相關說明與細節可參考申請人於其它案件中所描述的技術方案，例如公開號為201407430之「觸控面板」中國臺灣發明專利、公開號為201443754之「應用於電容式面板的控制點感測方法與裝置」中國臺灣發明專利以及公開號為201523413之「控制點感測面板及控制點感測面板設計方法」中國臺灣發明專利，故在此不予贅述。尤其是後兩篇的技術方案，主要是利用一種新的雙線感測技術方案，所以可以將相鄰的感測電極間的距離拉開，也就是把相鄰感測電極間的電容耦合的敏感度降低，如此一來，即使布料因伸縮特性或是吸水後導致相鄰感測電極間的距離改變，也不會影響感測的穩定性。當然，對於感應電極(sensorpattern)以及信號線(trace)的製作上，也可以利用不同阻抗的材料來進行混紡，以降低布料本身導電性過高所引發的安規問題，但是應用上述雙線感測技術便可以在高阻抗的條件下完成觸控的功能。

另外，本發明還提出可以將上述的觸控感測電極與控制電路完成於一鈕扣中，並可透過將鈕扣縫製在布料的過程中，便可與利用具導電功能的縫線來與設於鈕扣透孔側壁上的接觸電極完成電性連接，然後再透過縫線與導線織成的布料來進行信號傳導，進而利用在鈕扣表面的觸控手勢，進而控制整合在布料上的受控元件，例如led發光元件的亮度與顏色。再者，也可以僅將控制電路完成於鈕扣中，而透過將鈕扣縫製在布料的過程中，便可與具有觸控感測電極的布料來進行信號傳導，進而利用在布料表面的觸控手勢，進而控制整合在布料上的受控元件，例如led發光元件的亮度與顏色。再者，本發明的觸控感測電極還可以用印刷的方式完成在布料的表面或是內裡中。而以上用各種方式完成於布料上的觸控感測電極，便可以用來感測物體是否擊中該處。舉例來說，孩童喜愛的玩具槍射擊遊戲，由於發射出來的子彈是以泡沫塑料(non-expandingrecreationalfoam)來完成，例如常見的海綿狀結構材料(nerf)。由於此類子彈重量很輕，因此很適合利用本發明所提出的具觸控功能的布料織品來進行電容式感測。於是可以將泡沫塑料子彈的前端覆蓋有導電材料(例如碳膜或是金屬層)，而以本發明布料織品所完成的衣物或是穿戴式裝置將會具有判斷是否中彈的功能。由於泡沫塑料子彈的前端尺寸類似指尖大小，所以為了避免手指誤觸而導致誤判，本發明的控制電路17或是穿戴式受控裝置可以進行接觸方式的判斷，由於泡沫塑料子彈的速度很快，相較手指觸碰的誤動作來說，所以泡沫塑料子彈打中目標的接觸時間很短，因此本發明的控制電路17或是穿戴式受控裝置可以根據感測到電容變化到達一特定強度的時間在一特定範圍內，進而判斷出是泡沫塑料子彈命中目標的事件發生，最後可以產生一個被擊中的信號並送出，進而被後端裝置接收與記錄，或是驅動一個聲音或是燈光警報器來告知使用者。反之，若電容變化到達該強度的時間不在該特定範圍內，或是電容變化根本未到達該特定強度，就認為是誤觸而不會產生被擊中的信號。

再請參見圖2，其為本發明為改善現有技術不足所發展出來的關於一種具觸控功能的布料織品的第二實施例結構示意圖，其與前述實施例的不同處在於本實施例是以雙層電極透過一介電層隔開的，其剖面結構可以參考申請人於公開號為201415334之「電容性觸控鍵盤」中國臺灣發明專利中所描述的相關的觸控技術方案，在此不予贅述，只是雙層電極21、22以及介電層23皆是以編織手段所完成的布料織品，而雙層電極21、22是以金屬線編織，而介電層23則可以使用一般材料的紡織用線(例如棉線、毛線、合成纖維線)所完成的布料織品。而以上述結構所完成的觸控布料，結合一控制電路25後，仍可以完成與第一實施例相同的功能，透過按壓或觸碰，都可改變雙層電極21、22間的距離或電場的改變而產生感應電容值的變化，控制電路25感測到感應電容值的變化後便可以發出一控制信號。另外，由於以布料或是多孔材料(例如泡棉)所完成的介電層23也將會因為溫度、溼度或壓力而改變尺寸，進而改變了控制電路25所能感測到的電容值或其相關數值，因此本實施例可以應用至軟性鍵盤或是尿布等需要測量溼度的穿戴式裝置，如此一來，發出的控制信號可以是一個按鍵按壓信號或是溼度過大的信號，而以有線或無線的方式傳送出去，以尿布為例，發出的無線控制信號將被手機、計算機或是其他具有接收器的裝置所接收，進而通知使用者進行更換。另外，若在貼身內衣的心臟位置完成有具有雙層電極21、22以及介電層23的布料織品，便可以用來偵測出穿戴者的體溫以及心跳狀況等數據，並以有線或無線控制信號的方式傳送出去。另外，當然也是可以利用「部分多層紡織」或用外表絕緣的線材實現導線跨橋(bridge)的功能，也可製作出以單面透明電極(singlesideito/sito)型態完成的二維導線電容式觸控傳感器，構成特定溫度、溼度、壓力形變(呼吸心跳偵測)的感測裝置。

再者，本發明更可以如圖3a所示將上述各類觸控電極結構以不同的結構密度來混合紡織在同一塊布料或是縫合成一塊布料織品3，使得在同一件穿戴裝置上可以具有多種不同功能的電容傳感器(例如如圖所示的觸控鍵盤區31、指紋辨識區32以及心跳體溫感測區33)來完成不同物理特性的感測。同時，布料織品3上也可整合有無線通信(wirelesscommunication)以及近場通訊(nfc)等其它通訊模塊，如此的設計將可使穿戴式裝置或衣物可扮演網際網路系統中的一個組件。

請參見圖3b，其為本發明的另一實施例示例圖，其是在一塊布料織品完成多個導線繞成的第一組觸控感應電極34，本圖是由導線車縫在布料織品3中所完成的四個感應電極341～344，而此布料織品3便可以用來完成一寵物機器狗或是其它類似的交互式機器寵物的鼻頭部份，用以完成飄浮觸控的功能。舉例來說，感應電極341～344可以與寵物機器狗中的控制電路25完成電性連接，而控制電路25便可驅動感應電極341～344來感測使用者的騰空控制手勢。而透過申請人於先前所提出的專利申請案，例如中國公開號第cn104461344號、美國公開號us20150084921-a1的說明書內容，便可以完成距離約五到十公分的騰空飄浮觸控，如此便可以模擬使用者利用手勢來指揮寵物機器狗的相關應用。例如在鼻頭附近進行向左滑動、向右滑動以及繞圈圈的手勢，而感應電極341～344配合控制電路25所感應到的電容值變化後便可以響應向左滑動、向右滑動以及繞圈圈的手勢，相對應發出第一組控制信號來控制寵物機器狗的左翻滾、右翻滾以及原地轉圈。另外，寵物機器狗背部的布料織品或是鄰近處也可以設有第二組觸控感應電極5，用以感應使用者的撫摸手勢而產生相對應的第二組控制指令，進而改變寵物機器狗的狀態或行為(例如進入安靜模式或是進行搖尾巴的行為)，達到與使用者互動的效果。而第一組觸控感應電極34與第二組觸控感應電極5當然也可以電性連接至同一控制電路25來完成不同區域與不同觸控手勢的控制需求。

因此，上述具有電容變化感測功能的布料織品可以用來完成一個拋棄式(disposable)的貼布，該貼布中除了具有電容變化傳感器外，還可以被預設了一個身份碼而成為一種物聯網的組件。透過該身份碼，使用者可以透過網絡或是其它管道來進行身份註冊，使得該貼布在伺服器端可對應一使用者的身份以及其訂購的服務項目，而且該訂購的服務項目是可以依使用者的意願來被選擇的。舉例來說，請參見圖4，其為應用本發明技術方案所完成的一種物聯網系統，其中人體監控物聯網組件41可包含有上述的拋棄式貼布410，該拋棄式貼布410可貼附在衣服的胸口處，透過任何形式的電子接點或是無線通信(wirelesscommunication)以及近場通訊(nfc)等其它通訊模塊來將所偵測到的心跳與體溫數據，整合在該控制信號中傳送出去，而且這些數據整合有該身份碼，因此在與網際網路4相連的遠程的人體監控伺服器42中將會對應出專屬該使用者的一個資料庫來進行記錄，並可對應出相對的服務，例如持續記錄該些數據，甚或是對該數據進行判斷而在異常時發出警訊給指定的實體救援系統43，例如指定的醫療院所或保全公司的電話、手機或計算機網站，當然也可以透過使用者的上網裝置44(例如手機或計算機)來上網，用以選擇訂購各類型的服務，例如選擇不同的保險項目或是選擇指定的醫療院所等等。而且只要將另外一片貼附在另一件衣服上的貼布也註冊到同一個帳戶中，便可以輪流且接續地來完成上述的數據傳輸與搜集動作。

綜上所述，本文提出之電容感應功能的穿戴式裝置，是將電容感應觸控技術與紡織技術結合，進而達到發展本發明之主要目的，當然上述的金屬線也可以用其它導體所完成的線材來替換，例如高分子材料，雖然阻抗較金屬為高，但是本發明所運用的感測方法，還是可以有效地完成準確的觸控感測。再者，將不同阻抗的線材來混紡以調整該處的阻抗值，可以彈性地運用在本發明的各式裝置中。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內,當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。