柔性织物键盘开关三维结构及参数的优化和预测

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柔性织物键盘开关作为电子智能纺织品的重要元器件之一,它可折叠和卷曲,能广泛地应用于服装、家具和可穿戴计算机等领域。对于柔性键盘开关的研究与开发,有的采用各层单独织造,多层层合的方法。该种方法不能一次成型,需要多道工序。有的采用了金属等附件,该种方法抑制了开关的柔软性。有的采用了两层及以下的结构,对保证开关的稳定性和可靠性提出了严格的要求。   首先,按照键盘开关的基本原理,提出了采用三维立体机织的方法实现织物键盘开关。该方法可一次成型,无需重复劳动,无需后加工。由三维结构的支撑部分和孔洞部分组成。   第二,依据薄膜开关的部颁标准、相关文献和实验条件,建立了织物键盘开关的性能测试指标。自行设计并开发了LLY-06织物键盘载荷测试仪,对导通压力和开关行程进行测试与分析。把它与KEITHLEY4200-SCS型半导体特性分析系统同时使用,测试了导通率和接触电阻。   第三,设计了梯形、X形、贯穿接结和浮长线结构的支撑部分,主要考察了总织造时间、压缩模量、导通率和导通压力。通过SPSS中的因子分析法综合评价,评分越高,评价越好。因此采用贯穿接结结构的支撑部分,综合性能最佳。   第四,设计了隧道式和有间隔经纱的孔洞部分。自行设计开发了开关串联的检测系统。可以发现,有间隔经纱的孔洞部分优于隧道式的孔洞部分。   第五,当支撑部分采用贯穿接结,孔洞部分采用有间隔经纱时,使用Minitab软件中的田口方法进行了参数设计和优化分析。主要考察导通压力和导通率,影响因素主要有绝缘材料种类,孔洞尺寸,金属丝合股根数和间隔纬纱类型。每个因素各有三水平,设计了27种实验,分析得出最优水平组合。田口预测导通压力为136.58cN,导通率为0.935。实验得出导通压力为130.11cN,导通率为0.91,二者具有较好的一致性。   第六,建立了BP神经网络模型对最优参数组合进行仿真。输入参数28个,前25个输入参数作为训练样本,第26~28个输入参数作为测试样本。三个测试样本的期望值和预测值拟合程度较好。田口方法和神经网络模型的预测值与实验值的吻合程度都较好。未来的研究工作可以根据实际情况选择适合的方法。   最后,对该领域中有待进一步研究和解决的问题提出了展望。
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