[发明专利]一种用于人体运动意图感知的阵列式柔性电容电子皮肤

说明书

本发明涉及一种用于人体运动意图感知的阵列式柔性电容电子皮肤，具体属于一种可用于人体运动意图识别的柔性电容传感装置。包括传感交互模块：用于与用户肌体构成耦合电容，以获得电容信号；传感信号CDC模块：用于将所述耦合电容信号转化为数字信号；控制及传输模块：用于驱动控制所述传感信号CDC模块并将数字信号通过无线传输至用户移动终端；用户移动终端：对所接收信号数据进行处理后发送控制指令至控制设备。本发明为采用柔性材料印刷技术的柔性电容传感阵列，拥有良好的挠性，可以充分贴合使用者衣物，提高可穿戴性。

技术领域

本发明涉及一种柔性可穿戴的阵列式电容电子皮肤，具体属于一种可用于人体运动意图识别的柔性电容传感装置。

背景技术

柔性电子皮肤在医疗健康、智能机器人等领域有着广阔的应用前景，是当前重要前沿研究方向之一。人体皮肤是非常精巧的传感系统，能够感知外界多重刺激并传递给神经系统，进而产生相应的生理反应，完成人类与环境的交互。近年来，随着柔性电子学和仿生学的发展，具有不同工作原理的超高灵敏度柔性传感器被研发出来，用于模拟人体皮肤对外界的感知能力，而且以感知压力和温度的传感器居多。

在人机交互领域中，人体运动意图感知是关键技术问题之一，可应用于外骨骼机器人、医疗机器人交互控制。作为人机协作的典型代表，这类机器人充分反映了人机及交互模式的种种需求。当前，人们对外骨骼机器人可操作性与安全性的要求愈发提升，亟需一款响应速度快、灵敏度高、模式识别能力强的人体运动意图感知系统。运动意图感知传感器作为一种人机交互接口，可以为人机共融在医疗、工业乃至军事领域的推进提供技术支撑。通过对用户运动意图的感知，可预测并控制外部设备以执行特定任务，为人机协作带来更好的体验。

目前，国内外对运动意图感知已经进行了大量的研究。其中获取运动意图信号主要分为两类：生物信号和物理信号。该领域中研究的生物信号主要是肌电信号和脑电信号。肌电信号具有较强的实时性，并且信息准确性高，但同时也有以下局限性：1、肌电信号的采集需要金属电极紧贴被测肌肉的皮肤，很多情况下不便信号采集。2、由于采集肌电信号的金属电极与皮肤直接接触，容易受到汗液的干扰而影响信号识别的准确性。脑电信号的采集可分为植入式和非植入式。植入式电极在植入过程中具有一定风险，尚不被大多数人所接受；非植入式采集头皮表层脑电波，但是抗干扰能力较差。相对于生物信号，物理信号的采集则更为方便，且对人体影响较小，主要是通过采集下肢摆动倾角、速度和加速度等信息来进行人体运动意图的识别，但是物理信号误差较大，并且存在延时性，不便于对运动意图的实时监测识别。

电容式传感器因具有体积小，灵敏度高等优点在机器人仿生皮肤研究领域中得到广泛应用。

中国发明专利申请号CN201410245030.9A，一种用于人工智能皮肤的全柔性电容式触觉传感器，旨在解决现有全柔性电容式触觉传感器量程与灵敏度不可调、抗干扰性差、不易阵列化等问题。主要用于接触力的测量，采集的物理信号具有延时性。

中国发明专利申请号CN201410125782.1，该发明公开了一种用于智能假肢的电容传感系统。该系统采用非接触式电容采集方式，不受皮肤汗液干扰，可适用于不同截肢类型和截肢长度。采用多通道信号采集，提高了信号识别准确率。但是该系统信号采集部位直接将电极片固定在假肢内部，所用材料刚性较大、缺少柔性，人体适应性较差；改传感器根据肌肉位置选点采样，系统信号通道仍较少，不具有阵列特征，不能准确刻画肌肉形态；采集单元固定直接固定在刚性材料中，无法直接用于不同正常人体的运动意图识别；

中国专利申请号CN 201810326778.X，该发明公开了一种具有采集肌电信号与电容信号的双通道的穿戴设备。该设备同时采集肌电信号和电容信号共同用于动作识别，提高了动作识别的准确率；该设备采用柔性材料，提高了穿戴设备的适应性。但是该设备采集肌电信号需要贴近皮肤表面，容易受到干扰；同时使用双电极电容，不能直接刻画肌肉形态，运动意图识别准确率不高。

发明内容