本发明专利技术公开了一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备。手部姿态数据反馈模块安装在人体手部，肘关节姿态数据反馈模块安装在人体肘关节，膝关节姿态数据反馈模块安装在人体膝关节，手部姿态数据反馈模块的5根手指的数据传感器、肘关节姿态数据反馈模块的肘关节数据传感器、膝关节姿态数据反馈模块的膝关节内侧数据传感器和膝关节外侧数据传感器均为柔性拉伸应变传感器；柔性拉伸应变传感器由柔性基底、导电层和应变传感器封装层构成，柔性基底表面由内到外依次附着有导电层和应变传感器封装层。本发明专利技术同时能有效减少外界环境对传感器的干扰，提高传感器工作时的稳定性、延长疲劳寿命，提高传感器输出信号的线性程度。线性程度。线性程度。
【技术实现步骤摘要】
基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备
[0001]本专利技术涉及面向机器人遥操作的穿戴式人体姿态检测
的一种人体检测设备，尤其是涉及一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备。
技术介绍
[0002]遥操作机器人被广泛用于各种危险的、情况复杂的、人类无法到达的环境中工作，它直接由操作者发出指令来控制。基于可穿戴设备的人机位姿映射，是实现机器人人机协同遥操作的方式之一，相比于传统的摇杆操纵，具有便捷性、直观性等优势。可穿戴设备设有拉伸传感器，拉伸传感器由柔性电路板、力敏元件、弹性封装材料组成，通过导线连接至信号处理电路；在柔性电路板上设有至少两根导线，以力敏材料包覆于柔性电路板，再在力敏材料上包覆一层弹性封装材料，柔性电路板留一端在外，以导线与外电路连接，把操作者人体位姿准确实时地传递给遥操作机器人。
[0003]柔性传感器是可穿戴数据设备的关键元件，因此，可穿戴数据设备的性能取决于柔性传感器的性能。传统的柔性应变传感器基底材料为表面平整的弹性薄膜，其表面嵌入或覆盖的导电敏感层也为平面结构，在导电敏感层引入裂纹机制，即随着应变传感器的拉伸变形，导电敏感层产生裂纹，使得导电通路数目骤变，可以提升柔性应变传感器对微小应力的检测灵敏度。但受限于平面结构，柔性应变传感器在微小应力状态下的形变能力有限，采用具有三维骨架结构的柔性多孔基底材料，可以显著提升柔性应变传感器在微小应力状态下的形变能力，强化柔性应变传感器对微小应力的检测灵敏度。但柔性多孔基底材料本身的物理性质所限制，拉伸形变量由材料性质决定，基于柔性多孔基底材料的柔性拉伸应变传感器普遍存在拉伸力学性能较差的缺点；并且，柔性多孔材料作为基底材料的孔隙分布并不是完全均匀一致的，在拉伸过程中受到应力作用，存在裂纹形成位置难以控制，可重复制造性低，裂纹扩展程度低，难以覆盖较大的拉伸形变检测范围的问题。
技术实现思路
[0004]为了解决现有的柔性应变传感器导电层易脱落，稳定性低，测量范围较小，传感性能不可控，可重复制造性差，从而导致可穿戴数据设备的性能不稳定，测量范围小等问题，本专利技术提出了一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备，提升了可穿戴设备的测量范围、性能、灵敏度和稳定性。
[0005]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：
[0006]本专利技术包括手部姿态数据反馈模块、肘关节姿态数据反馈模块、膝关节姿态数据反馈模块和数据处理模块；
[0007]手部姿态数据反馈模块安装在人体手部，肘关节姿态数据反馈模块安装在人体肘关节，膝关节姿态数据反馈模块安装在人体膝关节，手部姿态数据反馈模块包括5根手指的数据传感器，肘关节姿态数据反馈模块包括肘关节数据传感器，膝关节姿态数据反馈模块包括膝关节内侧数据传感器和膝关节外侧数据传感器，5根手指的数据传感器、肘关节数据
传感器、膝关节内侧数据传感器和膝关节外侧数据传感器均为柔性拉伸应变传感器；所述柔性拉伸应变传感器由柔性基底、导电层和应变传感器封装层构成，柔性基底表面由内到外依次附着有导电层和应变传感器封装层。
[0008]所述柔性拉伸应变传感器的上表面设置有凸起结构。
[0009]所述凸起结构由多个沿当前柔性拉伸应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凸起块组成，各个凸起块均设置在当前柔性拉伸应变传感器的上表面，各个凸起块的尺寸相同或者不同，相邻凸起块之间的间距相同或者不同。
[0010]所述手部姿态数据反馈模块包括固定装置、手套、拇指数据传感器、食指数据传感器、中指数据传感器、无名指数据传感器、小指数据传感器以及手部姿态数据处理模块；
[0011]手套套于人体手部，拇指数据传感器、食指数据传感器、中指数据传感器、无名指数据传感器和小指数据传感器通过对应的固定装置依次布置在手套的拇指部位、食指部位、中指部位、无名指部位和小指部位，拇指数据传感器、食指数据传感器、中指数据传感器、无名指数据传感器和小指数据传感器与手部对应的固定装置之间电连接，拇指数据传感器、食指数据传感器、中指数据传感器、无名指数据传感器、小指数据传感器均通过对应的固定装置与手部姿态数据处理模块相连；其中拇指数据传感器、食指数据传感器、中指数据传感器、无名指数据传感器和小指数据传感器构成5根手指的数据传感器，5根手指的数据传感器的拉伸应变方向分别与对应手指的长度方向一致，5根手指的数据传感器采集的数据由手部姿态数据处理模块进行处理分析，实现5根手指的数据传感器分别测量对应手指的弯曲状态。
[0012]所述肘关节姿态数据反馈模块还包括肘关节套、肘部姿态数据处理模块和固定装置；
[0013]肘关节套套装于人体肘关节处，肘关节数据传感器通过固定装置安装于肘关节套的外侧中部，肘关节数据传感器与肘关节处的固定装置电连接，肘关节数据传感器的延伸应变方向与肘关节处手臂的活动方向一致，肘关节数据传感器通过固定装置与肘部姿态数据处理模块相连。
[0014]所述膝关节姿态数据反馈模块还包括固定装置、膝关节套以及膝关节姿态数据处理模块；
[0015]膝关节套套装于人体膝关节处，膝关节内侧数据传感器通过对应的固定装置安装于膝关节套上的前侧靠内一侧，膝关节外侧数据传感器通过对应的固定装置安装于膝关节套上的前侧靠外一侧，膝关节内侧数据传感器和膝关节外侧数据传感器与膝关节处对应的固定装置电连接，膝关节内侧数据传感器和膝关节外侧数据传感器的延伸应变方向与膝关节处腿部的活动方向一致，膝关节内侧数据传感器和膝关节外侧数据传感器均通过对应的固定装置与膝关节姿态数据处理模块相连。
[0016]所述固定装置包括螺栓、螺母和数据传输导线；
[0017]手套、肘关节套和膝关节套均为安装套，安装套中开有安装孔，柔性拉伸应变传感器中也开有安装孔，螺栓依次穿过安装套和柔性拉伸应变传感器的安装孔后与螺母连接，使得柔性拉伸应变传感器安装于对应的安装套中，柔性拉伸应变传感器与螺栓电连接；螺栓或螺母与数据传输导线焊接；
[0018]在所述螺栓和螺母安装完成后的外表面喷涂一层绝缘材料。
[0019]所述柔性拉伸应变传感器通过以下方法制备获得：
[0020]首先对柔性多孔材料进行激光切割后获得柔性基底，再将纳米导电材料溶于分散剂中并搅拌均匀后，获得纳米导电材料混合溶液，接着将柔性基底置于纳米导电材料混合溶液中充分浸泡后烘干，直至分散剂完全挥发，使得柔性基底外表面形成一层导电层，获得导电柔性基底；最后将导电柔性基底放置于模具中，将外部封装材料浇注到模具中并加温固化成型后，形成应变传感器封装层，获得柔性拉伸应变传感器。
[0021]本专利技术的工作原理是：
[0022]所述的柔性应变传感器在受到外界拉力作用时，内部发生形变，从而导致性应变传感器内部的微观丝状导电通路数目发生改变，进而电阻值发生变化，进而通过监测性应变传感器电阻值的大小可用于检测外力以及形变量大小。
[0023]所述拇指数据传感器安装于所述手套上的拇指部位，通过所测得的拉伸应变获得拇指弯曲状态；所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备，其特征在于，包括手部姿态数据反馈模块(1)、肘关节姿态数据反馈模块(2)、膝关节姿态数据反馈模块(3)和数据处理模块；手部姿态数据反馈模块(1)安装在人体手部，肘关节姿态数据反馈模块(2)安装在人体肘关节，膝关节姿态数据反馈模块(3)安装在人体膝关节，手部姿态数据反馈模块(1)包括5根手指的数据传感器，肘关节姿态数据反馈模块(2)包括肘关节数据传感器(22)，膝关节姿态数据反馈模块(3)包括膝关节内侧数据传感器(32)和膝关节外侧数据传感器(33)，5根手指的数据传感器、肘关节数据传感器(22)、膝关节内侧数据传感器(32)和膝关节外侧数据传感器(33)均为柔性拉伸应变传感器(4)；所述柔性拉伸应变传感器(4)由柔性基底(41)、导电层(42)和应变传感器封装层(43)构成，柔性基底(41)表面由内到外依次附着有导电层(42)和应变传感器封装层(43)。2.根据权利要求1所述的一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备，其特征在于，所述柔性拉伸应变传感器(4)的上表面设置有凸起结构。3.根据权利要求2所述的一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备，其特征在于，所述凸起结构由多个沿当前柔性拉伸应变传感器的拉伸方向平行且间隔布置的凸起块组成，各个凸起块均设置在当前柔性拉伸应变传感器的上表面，各个凸起块的尺寸相同或者不同，相邻凸起块之间的间距相同或者不同。4.根据权利要求1所述的一种基于柔性拉伸应变传感器的穿戴式人体姿态数据反馈设备，其特征在于，所述手部姿态数据反馈模块(1)包括固定装置(5)、手套(11)、拇指数据传感器(12)、食指数据传感器(13)、中指数据传感器(14)、无名指数据传感器(15)、小指数据传感器(16)以及手部姿态数据处理模块(17)；手套(11)套于人体手部，拇指数据传感器(12)、食指数据传感器(13)、中指数据传感器(14)、无名指数据传感器(15)和小指数据传感器(16)通过对应的固定装置(5)依次布置在手套(11)的拇指部位、食指部位、中指部位、无名指部位和小指部位，拇指数据传感器(12)、食指数据传感器(13)、中指数据传感器(14)、无名指数据传感器(15)和小指数据传感器(16)与手部对应的固定装置(5)之间电连接，拇指数据传感器(12)、食指数据传感器(13)、中指数据传感器(14)、无名指数据传感器(15)、小指数据传感器(16)均通过对应的固定装置(5)与手部姿态数据处理模块(17)相连；其中拇指数据传感器(12)、食指数据传感器(13)、中指数据传感器(14)、无名指数据传感器(15)和小指数据传感器(16)构成5根手指的数据传感器，5根手指的数据传感器的拉伸应变方向分别与对应手指的长度方向一致，5根手指的数据传感器采集的数据由手部姿态数据处理模块(17)进行处理分析，实现5根手指的数据传感器分别测量对应手指的弯曲状态。5.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨赓，吴仁柯，梁毅浩，庞高阳，徐凯臣，杨华勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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