[发明专利]基于冗余传感器的穿戴式柔性电容型传感器及自标定方法

说明书

本发明涉及一种基于冗余传感器的穿戴式柔性电容型传感器及自标定方法，其解决了现有针对穿戴式应变传感器的标定方法存在精度低，效率低，需要额外的测量设备，高环境依赖性的技术问题，其包括主体部分，与主体部分两端连接的引脚及封装部分，以及导线部分，主体部分包括主传感器和多个冗余传感器。其可广泛应用于人体运动动态测量领域。

技术领域

本发明涉及技术领域，具体而言，涉及一种基于冗余传感器的穿戴式柔性电容型传感器及自标定方法。

背景技术

目前，穿戴式应变传感器由于其柔软舒适性、高拉伸率、高贴合性、低环境依赖性、低成本等优势，广泛应用于体育训练、医疗康复、影视动画、体感游戏、外骨骼等领域，对人体运动进行实时的动态测量。参考公开号为CN110595649A的发明专利申请，该发明专利申请就公开了一种穿戴式应变传感器，具体是扰介电弹性体传感器。

为了提高传感器的穿戴舒适性、运动跟随性、更换便捷性和重复利用性，其通常被固定于紧身服装、护膝、护腕等织物材料表面。在传感器首次使用前，将借助外部高精度传感器对人体关节转角-传感器应变关系进行标定并将标定函数用于后续的人体关节转角计算。当再次需要人体运动测量而穿上有传感器的服装或者在已穿着的服装上固定传感器时，却无法保证当前传感器穿戴位姿与首次标定位姿一致。一方面，由于服装穿戴一致性、传感器布置一致性都很难控制；另一方面，随着长时间的运动，将出现传感器跟随服装与皮肤发生滑移错位，这种滑移与人体几何参数、服装力学参数、人体运动的历史积累有关，几乎是不可预测的。以上因素会导致首次标定建立的人体关节转角-传感器应变关系无法继续使用，需要重新标定或对原有的标定关系进行校准。目前，针对应变传感器的错位，标定并提高测量精度的方式主要有以下几种：

(1)选择对布置位置不敏感的传感器，利用惯性传感器无约束时收到冲击后表现的数据突变的现象可校正测量量，该方法测量精度低且仅适用于惯性传感器。

(2)使用高精度的标准仪器、设备或工具直接标定，例如光学动捕系统。该方法可实现高精度标定，但由于需要额外的测量设备，因此其高环境依赖性导致了不适用于户外移动测量情况的传感器标定。

(3)识别传感器的旋转量和平移量，通过坐标变化技术计算当前准确的传感器位置和姿态。该方法不改变原有的检测方法和精度，但仍需要额外的测量设备。

(4)利用人工神经网络中的时延神经网络、长短期记忆神经网络、循环神经网络等方法根据当前的和历史的数据对当前传感器状态进行在线计算并对测量模型进行在线调节。该方法适用于连续的和有规律的传感器信号变化，不适用于离散的传感器状态的判定，并且神经网络计算过程复杂且耗时，数据输出频率低。

因此，低环境依赖性的高精度、高效率的传感器标定方法仍需研究与开发，以适用于快速发展的穿戴式传感器应用领域，并应用于体育训练、医疗康复、影视动画、体感游戏、外骨骼等领域的人体运动测量。

发明内容

本发明就是为了解决现有针对穿戴式应变传感器的标定方法存在精度低，效率低，需要额外的测量设备，高环境依赖性的技术问题，提供一种穿戴式应变传感器的集成式结构以及一种低环境依赖性的高精度和高效率的基于冗余传感器的穿戴式应变传感器的快速自标定方法。

本发明提供一种基于冗余传感器的穿戴式柔性电容型传感器，包括主体部分(11)，与主体部分两端连接的引脚及封装部分(12)，以及导线部分(13)，主体部分包括粘接在一起的硅橡胶层(1101)、硅橡胶层 (1103)、硅橡胶层(1105)、硅橡胶层(1107)、硅橡胶层(1109)、硅橡胶层(1111)、电极层(1102)、电极层(1104)、电极层(1106)、电极层 (1108)和电极层(1110)；

硅橡胶层(1105)、电极层(1104)和电极层(1106)构成主传感器，硅橡胶层(1105)作为介电层，电极层(1104)和电极层(1106)分别作为主传感器的正极层和负极层；