[发明专利]监测手指运动的电子皮肤传感器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种监测手指运动的电子皮肤传感器及其制作方法，所述柔性基底与手背、各个手指各关节相匹配，所述可拉伸传感器位于各个手指关节处；所述可拉伸导线分别从所述可拉伸传感器的两端引出至手背中心，所述手背中心处设置有数据采集电路，所述可拉伸导线连接所述数据采集电路；所述数据采集电路把所述可拉伸传感器的信号量化传输给用户终端；所述封装膜覆盖在所述柔性基底上，所述封装膜包裹所述可拉伸传感器和所述可拉伸导线。本发明的电子皮肤可拉伸传感器单元能够准确测量手指弯曲状态，根据采集信息，可解析出手指是否弯曲的状态信息，手指弯曲角度，手指运动速度，手指运动加速度以及是否受力等。

技术领域

本发明涉及柔性传感器技术领域，具体地，涉及一种监测手指运动的电子皮肤传感器及其制作方法。

背景技术

皮肤作为人体最大的器官，是触觉的载体，为我们提供环境中的物理信息。人类皮肤激发了人们对大面积柔性电子器件网络构成的电子皮肤研究。通过模仿生物皮肤感知环境的技能，建立具有等同效果的传感器阵列，可附着在设备表面对物体温度、硬度、压力、形状和材质的感知。电子皮肤作为一种表面感知手段，在机器人、假肢制造、可穿戴的医疗实时监测设备等领域有巨大的应用需求。

电子皮肤由轻薄、可弯曲、可拉伸、有弹性的功能性材料制成，在空间分辨率和热灵敏度方面已经能够提供比人的皮肤更好的性能，是柔性电子技术、传感器技术、微加工技术、新材料技术等多项技术相互融合的成果。公开号为CN110625618A的专利文献公开了一种基于电子皮肤的服务机器人，包括：可移动底座和机器人本体，机器人本体包括机器人胸部，以及设有控制器和信息接收模块的机器人腰部，机器人外壳设有电子皮肤层，电子皮肤层与机器人外壳之间设有压力传感器，可移动底座内设有安全回路和避障模块。

电子皮肤作为一种可穿戴电子产品，不同于手套等可穿戴设备，它轻薄得像皮肤一样，可以贴在手指上或者身体其他任何需要的位置，甚至能成为身体表皮层的一部分。

公开号为CN106693077A的专利文献公开了一种电子皮肤基底及其制备方法和电子皮肤，该专利文献电子皮肤基底制备方法包括的步骤有：配制用于制备电子皮肤的树脂溶液、旋涂树脂膜和在树脂膜表面旋涂多巴胺膜等步骤。但是该专利文献作为手指弯曲运动监测的电子皮肤时，不具有良好的弯曲形变感知功能。

公开号为CN103488286A的专利文献公开了一种通过手指关节弯曲度检测控制模拟人体的方法，包括：利用左手大拇指的变化里控制虚拟人体模型中头部的变化；利用左手中指与食指的动作变化来控制虚拟人体模型中双腿的动作；利用右手大拇指和食指的变化来控制虚拟人体模型的手部的动作。公开号为CN110968181A的专利文献公开了一种手指弯曲程度的检测装置及方法，所述手指弯曲程度检测装置，包括：手套本体、发光组件、摄像单元以及处理单元，采用上述手指弯曲程度检测装置，使用者佩戴上手套本体后，使用者的手指运动时设置在手套本体上的发光器件也会随着运动，摄像单元可以摄录到每一个所述发光器件的动态图像，所述处理单元则接收并根据所述动态图像得出每一所述发光器件的位置变化轨迹。但是上述专利文献存在结构复杂，无法实现便携佩戴使用的缺陷。

公开号为CN111515982A的专利文献公开了一种手指弯曲状态数据采集方法，将数据采集手套穿戴于操作人手上，在手套的手背位置设置传感器，利用手指外侧弯曲长度变化采集数据，将采集的数据输送至控制单元处理。公开号为CN204765652U的专利文献公开了一种全面检测手指运动功能的数据手套，包括手套本体和手指运动功能检测装置，手指运动功能检测装置包括数据处理模块、无线传输模块和一个或多个角度输出模块，角度输出模块分别位于手套本体的手指指尖位置，数据处理模块与无线传输模块均位于手套本体的手掌背部，数据处理模块通过封装在手套本体内的导线分别与无线传输模块和角度输出模块连接，角度输出模块具有六方向旋转角度输出。但是上述专利文献存在设备笨重，无法实现便携佩戴使用的缺陷。

现有的柔性电子皮肤功能集成度还十分有限，感知信息单一，难以满足实际需求。除信号感知需求外，利用简单工艺完成大面积低成本的柔性传感器制作也是关键，是加速柔性电子皮肤实用化进程的必要手段。