基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套，包括由弹性材料制成手套本体，手套本体的手指手背侧外表面依次贴附有碳纳米管薄膜、介电弹性体薄膜和柔性电极薄膜，还包括：形变监测器，被嵌入所述的碳纳米管薄膜内，监测各个手指手背侧的碳纳米管薄膜的形变并进行分析处理，得到手势姿态数据；高压电路，两极分别与碳纳米管薄膜和柔性电极薄膜相连；无线通讯模块，将形变监测器得到的手势姿态数据输送至上位机，接收上位机发送的驱动信号并发送至高压电路；电源，为形变监测器、无线通讯模块、高压电路供电。该数据手套不需要外部传感器，实现数据手套自身的自传感，同时实现了传感与驱动的一体化。

Data glove based on the integration of sensing and driving of carbon nanotube films

The utility model discloses a carbon nanotube based thin film sensor and drive the integration of data glove, including a glove body made of an elastic material, the finger back side of the glove body outer surface are attached to the carbon nanotube film, dielectric elastomer film and flexible thin film electrode, including: deformation monitor, carbon nanotube film embedded in the carbon nanotube film, each finger back side of the monitoring deformation analysis and processing, get the hand gesture data; the high voltage circuit, the poles respectively with the carbon nanotube film and flexible thin film electrode is connected; the wireless communication module, data transmission will gesture to the host computer monitor deformation of the receiving PC to send the driving signal is sent to the high voltage circuit; power supply, deformation monitor, wireless communication module, power supply voltage circuit. The data glove does not need an external sensor to realize the Autobiography of the data glove itself, and at the same time realizes the integration of sensing and driving.

【技术实现步骤摘要】
基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套
本技术涉及软体材料传感、驱动控制领域，尤其涉及一种基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套。
技术介绍
随着人类科技的快速发展及其生产力的大幅度提升，出现了众多新兴的高科技产品，渗透于人们的生活、工作、娱乐等各个领域。非于过去，当今的各类新产品在学科交叉的推动下，开始呈现多元化、高科技化、便捷化等特征。其中，虚拟现实及其智能设备即是本时代上述特征的代表，并在近几年以井喷式出现在了人们日常所能涉及的各个方面。虚拟现实技术是指使用计算机及相关技术创造一个在视、听、触觉等方面高度近似的数字化环境，用户可以使用相关的智能设备与之进行交互并相互影响，虚拟现实技术为人们提供了一个学习和认识自然的平台。虚拟现实技术能够提供一个多元的虚拟世界，用户可以通过实体行动去感知和改变这个虚拟世界，具有极强的沉浸感，在这个虚拟世界里，智能设备是与之直接交互的工具，是支撑虚拟现实技术最重要的组成部分。虚拟现实技术所涉及到的智能设备主要包含以下大类：智能眼镜、全息头盔、智能耳塞等头部智能穿戴设备，智能手套、手环、手表等手部智能穿戴设备，智能外套智能鞋子等其他智能设备。人手是人体与外界进行交流的主要器官，其能够传递多种姿态信息，正因为人手作为信息输出器官，具有可传递信息种类多、信息量大以及映射能力强的特点，因此手部穿戴设备备受关注，设计出了大量的智能穿戴设备。而在各类手部智能穿戴设备中，数据手套又由于最能充分利用手部姿态信息，故具有极强的开发与研究潜力。在目前已有的数据手套技术中，为了获取人手的运动信息，一种方式是利用视觉系统对人手的动作进行识别。但目前这种方法的计算过于复杂，稳定性和精度都比较低，同时需要的操作条件过高，不适用于普遍情况。除视觉系统反馈外，近年来出现了一些商业化的数据手套，如VPL公司的数据手套Dataglove，Matal公司的PowerGlove，Immersion公司的数据手套CyberGlove，Sarcos公司的EXOS手套等。这些手套式控制输入设备大致可分为两类：①关节位置传感器(光纤、金属应变片等)依附在手套上测量关节运动，如DataGlove、cyberGlove等。这类数据手套的优点就是重量轻，操作者穿戴和使用都非常方便，主要缺点是不同的操作者穿戴，传感器位置会滑移，而且关节传感器测量的角度需要标定才能满足操作的要求；②机械连杆结构带动电位计等关节传感器用于测量关节的运动，如SarCoS公司的EXOS。这类手套将输入控制和力反馈装置融为一体，但研制复杂，没有产品化。同时，以上两大类为获取手指信息的方式都是采用外部传感器，如光纤、应变片或电位计等等，没有实现手套自身自传感。同时，目前可驱动的辅助数据手套，所需要的动力源主要可分为以下两大类：(1)气动，利用气泵充气，实现手套的驱动，这种方式的主要缺点是装置中需要随时带有气泵，不方便随身携带；(2)电机驱动，利用伺服电机起到驱动作用，这种方式的不足在于电机的驱动噪声大，且是硬性材料，不能普遍适用于各种情况。
技术实现思路
本技术提供了一种基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套，该数据手套不需要外部传感器，实现数据手套自身的自传感，同时实现了传感与驱动的一体化。一种基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套，包括由弹性材料制成手套本体，所述手套本体的手指手背侧外表面依次贴附有碳纳米管薄膜、介电弹性体薄膜和柔性电极薄膜，还包括：形变监测器，嵌入在所述手套本体的各个手指手背侧的碳纳米管薄膜内，监测各个手指手背侧的碳纳米管薄膜的形变并进行分析处理，得到手势姿态数据；高压电路，两端分别与碳纳米管薄膜和柔性电极薄膜相连，根据无线通讯模块发送的驱动信号调节两极输出的电压的幅值和频率；无线通讯模块，将形变监测器得到的手势姿态数据输送至上位机，接收上位机发送的驱动信号并发送至高压电路；电源，为形变监测器、无线通讯模块、高压电路供电。嵌在所述手套本体的各个手指手背侧的碳纳米管薄膜内的形变监测器为本技术数据手套的传感部分，通过监测各个手指手背侧的碳纳米管薄膜的形变而得到手势姿态数据，实现本技术数据手套的自传感功能；依次粘附于手套本体外表面的碳纳米管薄膜、介电弹性体薄膜和柔性电极薄膜形成驱动膜，为本技术数据手套的驱动部分，通过控制高压电路两极输出的电压的幅值和频率来控制驱动膜的振幅和频率，实现本技术数据手套的驱动功能。所述的高压电路为将低压的电源通过振荡稳压得到6kV～9kV的振荡电路。作为优选，所述的形变监测器包括：多个电位采集点，嵌入在所述手套本体的各个手指手背侧的碳纳米管薄膜内，位于同一手指手背侧的多个电位采集点串联于电源的两极之间；处理器，采集不同时刻各个电位采集点处的电位数据，分析得到不同时刻相应的手势姿态数据。各个电位采集点可以为铜箔圆片，通过细导线引出，与处理器相连。位于同一手指背侧的多个电位采集点串联于电源的两极之间，采集不同时刻各个电位采集点处的电位数据，计算可得不同时刻位于同一手指背侧的相邻两个电位采集点之间的电阻变化，通过训练过的BP神经网络的计算从而得到各个手指的弯曲角度，分析得到相应时刻的手势姿态数据。作为优选，所述电位采集点分别位于各个手指的指骨或掌骨处。这样，各个手指关节的弯曲均能引起手指背侧相应的两个相邻电位采集点之间的长度拉伸，从而引起两个相邻电位采集点之间的碳纳米管薄膜的电阻发生变化，进而引起两个相邻电位采集点之间的电位差发生变化，通过形变监测器可以准确的反推出相应手指关节的弯曲角度，能够检测细微的手或手指的运动，使分析得到的手势姿态数据更加准确。碳纳米管薄膜的形变恢复能力决定了形变监测器的准确性，作为优选，所述的碳纳米管薄膜的制备方法为：将质量比为20∶1∶1～2的聚二甲基硅氧烷(PDMS)∶固化剂∶碳纳米管溶于四氢呋喃中，均匀涂覆在手套本体的手背侧外表面上，于80℃烘干，得到碳纳米管薄膜。固化剂为与聚二甲基硅氧烷(PDMS)相匹配的固化剂。例如：聚二甲基硅氧烷和固化剂为道康宁公司生产的SYLGARD184配套产品。聚二甲基硅氧烷(PDMS)具有高弹性，作为碳纳米管良好的基体，与碳纳米管按照质量比20∶1～2混合后，形成悬浊液，再与聚二甲基硅氧烷(PDMS)相匹配的固化剂按一定比例混合后，得到的悬浊液均匀涂在介电高弹体的基底上，在80℃的环境下烘干，按照这样方式制备的碳纳米管薄膜，具有聚二甲基硅氧烷(PDMS)的高弹性以及碳纳米管的导电性，可作为高精度的分布式电阻传感器。同时，由于混合液在80℃的条件下烘干，可形成稳定的介电高弹聚合物，这样制成的碳纳米管薄膜多次试验的漂移偏差小，可多次使用，重复性能好。作为优选，所述的柔性电极薄膜为碳纳米管薄膜。碳纳米管薄膜具有良好的形变恢复能力，撤去形变力后，碳纳米管薄膜能很好的恢复原状，延长数据手套的使用寿命。本技术的数据手套有两种工作模式，即传感工作模式和驱动工作模式，作为优选，本技术的基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套还包括：继电器，将形变监测器接通电源或将高压电路接通电源；控制器，接收上位机的工作模式切换信号，通过继电器选择将形变监测器接通电源或将高压电路接通电源。继电器将形变监测器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套，包括由弹性材料制成手套本体，其特征在于，所述手套本体的手指手背侧外表面依次贴附有碳纳米管薄膜、介电弹性体薄膜和柔性电极薄膜，还包括：形变监测器，嵌入在所述手套本体的各个手指手背侧的碳纳米管薄膜内，监测各个手指手背侧的碳纳米管薄膜的形变并进行分析处理，得到手势姿态数据；高压电路，两端分别与碳纳米管薄膜和柔性电极薄膜相连，根据无线通讯模块发送的驱动信号调节两极输出的电压的幅值和频率；无线通讯模块，将形变监测器得到的手势姿态数据输送至上位机，接收上位机发送的驱动信号并发送至高压电路；电源，为形变监测器、无线通讯模块、高压电路供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套，包括由弹性材料制成手套本体，其特征在于，所述手套本体的手指手背侧外表面依次贴附有碳纳米管薄膜、介电弹性体薄膜和柔性电极薄膜，还包括：形变监测器，嵌入在所述手套本体的各个手指手背侧的碳纳米管薄膜内，监测各个手指手背侧的碳纳米管薄膜的形变并进行分析处理，得到手势姿态数据；高压电路，两端分别与碳纳米管薄膜和柔性电极薄膜相连，根据无线通讯模块发送的驱动信号调节两极输出的电压的幅值和频率；无线通讯模块，将形变监测器得到的手势姿态数据输送至上位机，接收上位机发送的驱动信号并发送至高压电路；电源，为形变监测器、无线通讯模块、高压电路供电。2.根据权利要求1所述的基于碳纳米管薄膜的传感与驱动一体化的数据手套，其特征在于，所述的形变监测器包括：多个电位采集点，嵌入在所述手套本体的各个手指手背侧的碳纳米管薄膜内，位于同一手指手背侧的多个电位采集点串联于电源的两极之间；处理器，采集不同时刻各个电位采集点处的电位数据，分析得到不同时刻相应的手势...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁风，付志强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33