柔性导电纤维膜应变传感器及其制备方法、远程遥控系统技术方案

本发明专利技术公开了柔性导电纤维膜应变传感器及其制备方法、远程遥控系统，运用了静电纺丝技术与ZigBee技术，克服了柔性纤维膜导电性差的问题，并且纤维膜的材料、形状、阻值、透明包裹材料均可灵活控制，不局限于某种工作环境。我们将不同部位所需的导电纤维膜分别制备成不同阻值的应变传感器，并将这些传感器放置在操控者身体的各部位，将这些传感器产生的阻值信号变化由终端采集发送至协调器，协调器将数据传到PC端，PC端根据设定不同部位传感器的阈值范围对应机器人相应电机模块的阈值范围参数，操控相应电机驱动，达到同步动作映射。本发明专利技术成本低、功耗低、灵活制备材料和器件，在静电纺丝领域和远程控制领域具有较为广泛的应用前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
柔性导电纤维膜应变传感器及其制备方法、远程遥控系统


[0001]本专利技术属于柔性传感膜
，具体涉及柔性导电纤维膜应变传感器及其制备方法、远程遥控系统。

技术介绍

[0002]随着5G技术日渐进入到人们的视野，人们对于低延时的通信需求日益增加。无论在日常生活、医疗，还是现代化军事作战中，该器件及系统都发挥着至关重要的作用。在一些现代化演出或科技展览，我们总会发现仿真机器人总是在机械的舞蹈，若仅仅通过体感技术，机器人仍旧会出现不和谐的动作，同时也无法完成远程操控的条件，更有甚者会出现体感识别错误，导致机器人表演失败。如果在现代化军事作战环境和极地科学考察环境中，使用这种机器人根本无法满足实际的任务需求，更不用说工作在极端环境地区，尤其是需要人为精细操作的任务就很难完成。所以为了进一步解决问题，通过人为远程操控机器人变得极为重要，尤其是操控者端所佩戴的传感器对环境的适应能力是否强以及传感器的灵活性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供柔性导电纤维膜应变传感器及其制备方法、远程遥控系统，将静电纺丝与ZigBee技术相结合，一方面克服柔性纤维膜的导电性差的问题，另一方面，通过不同的纤维膜应变产生的阻值信号变化，由终端节点采集后发送至协调器，协调器通过端口将模拟信号的数据上传到PC端，PC端识别模拟信号的变化范围后，将指令发送到机器人各个部位的终端节点，从而让机器人完成同步动作，且在不同的环境下可调整材料，以适应不同环境，并保证系统正常运行。
[0004]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术手段实现：柔性导电纤维膜应变传感器，所述柔性导电纤维膜应变传感器为内层为导电纤维膜层、两个外层均为柔性绝缘层的三明治结构，两个外层相对接，实现对内层的包裹，所述柔性绝缘层采用聚二甲基硅氧烷PDMS或聚乙烯醇PVA中的一种制作，所述导电纤维膜层采用高分子聚合物、以及导电材料制作，所述高分子聚合物采用聚偏氟乙烯PVDF、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚丙烯腈PAN中的至少一种，所述导电材料采用银纳米线AgNWs、聚苯胺PANI、还原氧化石墨烯rGO中的至少一种。
[0005]作为本专利技术的一种优选技术方案，当柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于0℃至100℃，柔性绝缘层优先采用聚二甲基硅氧烷PDMS；当柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于
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25℃至0℃，柔性绝缘层优先采用聚乙烯醇PVA。
[0006]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述导电纤维膜层厚度为0.2 ~ 0.6 mm，且导电纤维膜层中单根纤维的直径为1 ~ 2.5 um。
[0007]柔性导电纤维膜应变传感器的制备方法，其特征在于：执行以下步骤，得到柔性导电纤维膜应变传感器：
步骤S1，基于高分子聚合物、导电材料，配置静电纺丝前驱液；步骤S2，针对静电纺丝前驱液，将静电纺丝前驱液放置静电纺丝装置内的注射器中，结合静电纺丝装置，得到导电纤维膜；步骤S3，基于预设柔性导电纤维膜应变传感器尺寸，裁剪相应尺寸的导电纤维膜；步骤S4，将裁剪的导电纤维膜，通过氧化剂浸泡，并在预设温度下反应，待反应结束后，将导电纤维膜取出，进行干燥，得到导电纤维膜层；步骤S5，针对柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于的温度，制作两个柔性绝缘层；步骤S6，将一个柔性绝缘层一面与导电纤维膜层的一面相固定，使用导电银胶引出导线，将另一个柔性绝缘层覆盖固定在导电纤维膜层的另一面上，两个柔性绝缘层相对接，实现对导电纤维膜层的包裹，得到柔性导电纤维膜应变传感器。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S1中，将银纳米线AgNWs作为基底材料生长四氧化三铁Fe3O4颗粒，并在其表面再覆盖一层银，得到具有磁性的导电材料Ag@Fe3O4@AgNWs，将Ag@Fe3O4@AgNWs、苯胺单体和高分子聚合物聚丙烯腈PAN混合成静电纺丝前驱液。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S2中，在静电纺丝装置中，在注射器外端缠绕漆包线做成通电螺线管，并对通电螺线管施加电压，使注射器内静电纺丝前驱液的导电材料按磁场线分布，最终通过静电纺丝得到导电纤维膜。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤S5中，针对柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于0℃至100℃，将固化剂与聚二甲基硅氧烷以大于十分之一的配比混合滴加在预设载具上，经涂旋机处理，进行固化，得到柔性绝缘层；针对柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于
‑
25℃至0℃，采用聚乙烯醇PVA、甘油和水，按照预设比例混合，在120℃下，通过油浴的方式制备柔性绝缘层。
[0011]柔性导电纤维膜应变传感器的远程遥控系统，用于机器人动作与操纵者动作的同步映射，包括操纵者模块和机器人端，所述操纵者模块包括终端模块、数据采集模块、路由模块、以及与操纵者预设各部位一一对应的各柔性导电纤维膜应变传感器，所述机器人端包括PC端模块、协调器模块和电机模块；所述各柔性导电纤维膜应变传感器分别设置在操纵者各对应部位，所述各柔性导电纤维膜应变传感器分别采集操纵者预设各部位的阻值变化，将操纵者预设各部位的阻值变化数据传输给数据采集模块，所述数据采集模块将采集的数据输出给终端模块，所述终端模块经路由模块将数据信号传输给机器人的协调器模块，所述PC端模块接收协调器模块的数据信息，结合各部位分别对应各动作位置的预设阻值，下发指令给机器人相应的电机模块并驱动电机，以此达到机器人动作与操纵者动作的同步映射；还包括设置在机器人头顶的全景相机，操控者根据全景相机观察机器人周边环境，做出相应的动作，进而控制机器人动作与操纵者动作的同步映射。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案，操纵者预设各部位对应的各柔性导电纤维膜应变传感器的尺寸、形状和阻值参数根据各部位特征调整。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案，各部位分别对应各动作位置的预设阻值，由操纵者佩戴柔性导电纤维膜应变传感器采集各部位分别对应各动作位置阻值的预设波动范围数据，并将数据保存在PC端数据库中，作为各部位分别对应各动作位置的预设阻值波动
范围。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术的目的是提供柔性导电纤维膜应变传感器及其制备方法、远程遥控系统，将静电纺丝与ZigBee技术相结合，一方面克服柔性纤维膜的导电性差的问题，另一方面，通过不同的纤维膜应变产生的阻值信号变化，由终端节点采集后发送至协调器，协调器通过端口将模拟信号的数据上传到PC端，PC端识别模拟信号的变化范围后，通过组播的方式将指令发送到机器人各个部位的终端节点，从而让机器人完成同步动作，且在不同的环境下可调整材料，以适应不同环境，并保证系统正常运行。具体优点如下：1、传感器封装材料可根据不同环境选择不同的封装材料，如在
‑
20 ℃的环境，传感器仍然能够正常的拉伸；2、本专利技术采用的柔性导电纤维膜应变传感器，能够检测到微弱的电信号变化，从而实现高精度测量，应用前景广泛；3、本专利技术采用的柔性导电纤维膜应变传感器，形状可控，且体积小，易于穿戴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性导电纤维膜应变传感器，其特征在于：所述柔性导电纤维膜应变传感器的内层为导电纤维膜层、两个外层均为柔性绝缘层的三明治结构，两个外层相对接，实现对内层的包裹，所述柔性绝缘层采用聚二甲基硅氧烷PDMS或聚乙烯醇PVA中的一种制作，所述导电纤维膜层采用高分子聚合物、以及导电材料制作，所述高分子聚合物采用聚偏氟乙烯PVDF、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚丙烯腈PAN中的至少一种，所述导电材料采用银纳米线AgNWs、聚苯胺PANI、还原氧化石墨烯rGO中的至少一种。2.根据权利要求1所述的柔性导电纤维膜应变传感器，其特征在于：当柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于0℃至100℃，柔性绝缘层优先采用聚二甲基硅氧烷PDMS；当柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于
‑
25℃至0℃，柔性绝缘层优先采用聚乙烯醇PVA。3.根据权利要求1所述的柔性导电纤维膜应变传感器，其特征在于：所述导电纤维膜层厚度为0.2 ~ 0.6 mm，且导电纤维膜层中单根纤维的直径为1 ~ 2.5 um。4.一种用于权利要求1至3任意一项所述的柔性导电纤维膜应变传感器的制备方法，其特征在于：执行以下步骤，得到柔性导电纤维膜应变传感器：步骤S1，基于高分子聚合物、导电材料，配置静电纺丝前驱液；步骤S2，针对静电纺丝前驱液，将静电纺丝前驱液放置静电纺丝装置内的注射器中，结合静电纺丝装置，得到导电纤维膜；步骤S3，基于预设柔性导电纤维膜应变传感器尺寸，裁剪相应尺寸的导电纤维膜；步骤S4，将裁剪的导电纤维膜，通过氧化剂浸泡，并在预设温度下反应，待反应结束后，将导电纤维膜取出，进行干燥，得到导电纤维膜层；步骤S5，针对柔性导电纤维膜应变传感器工作状态处于的温度，制作两个柔性绝缘层；步骤S6，将一个柔性绝缘层一面与导电纤维膜层的一面相固定，使用导电银胶引出导线，将另一个柔性绝缘层覆盖固定在导电纤维膜层的另一面上，两个柔性绝缘层相对接，实现对导电纤维膜层的包裹，得到柔性导电纤维膜应变传感器。5.根据权利要求4所述的柔性导电纤维膜应变传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，将银纳米线AgNWs作为基底材料生长四氧化三铁Fe3O4颗粒，并在其表面再覆盖一层银，得到具有磁性的导电材料Ag@Fe3O4@AgNWs，将Ag@Fe3O4@AgNWs、苯胺单体和高分子聚合物聚丙烯腈PAN混合成静电...

【专利技术属性】
技术研发人员：方鑫，魏昂，刘泽江，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：