[發明專利]一種用于閉環人機交互的大面積網格型表皮電子系統

有效

• 申請號: 201710240754.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN107015656B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發明（設計）人: 黃永安;王攸華;尹鋒;尹周平
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 周磊;曹葆青

1.一種用于閉環人機交互的大面積網格型表皮電子系統，其特征在于，包括表皮肌電電極陣列、關節轉角傳感器陣列、電觸覺傳感器陣列、連接結構和電路補償結構，其中，

所述表皮肌電電極陣列用于采集所有手指的內部肌肉、外部肌肉以及手腕肌肉的肌電信號，其中，來自手指內部肌肉的肌電信號用于提取手指姿態，來自外部肌肉和手腕肌肉的肌電信號用于提取肌肉力量；

所述關節轉角傳感器陣列用于采集手指關節轉角和手腕轉角，從而獲得手勢姿態；

所述電觸覺傳感器陣列用于通過電流電壓刺激指尖，從而將刺激傳入神經，來模擬振動或者壓力的感覺的功能，進而獲取機械手臂抓取力反饋；

所述連接結構用于將所述表皮肌電電極、關節轉角傳感器和電觸覺傳感器連接到人機交互設備上，以實現信息輸出和輸入；

所述電路補償結構用于消除每個表皮肌電電極連接結構所引入的多余肌電信號，以保證人機交互設備所獲信號的準確度；所述電路補償結構包括電連接在一起的補償支路和補償阻抗，所述補償支路和用于將表皮肌電電極陣列連接到人機交互設備上的連接結構并行貼附，兩者長度相同并且間距小于1mm，所述補償阻抗接地；

所述表皮肌電電極陣列、關節轉角傳感器陣列、連接結構和電路補償結構均為網格型蜿蜒蛇形結構，每者的厚度均小于5μm，以提高與皮膚的共形性能和拉伸性能，增強皮膚的排汗和散熱能力；

所述電觸覺傳感器陣列為網格型環狀結構，其厚度小于5μm，以提高與皮膚的共形性能，增強排汗和散熱能力；

所述用于將電觸覺傳感器陣列連接到人機交互設備上的連接結構為四層，這四層分別為依次連接在一起的有機柔性層、金屬層、有機柔性層和粘附層，其中，

有機柔性層為PET，PEN，PI，PDMS或Ecoflex；

金屬層為金，銀或銅；

粘附層用于貼附在身體表面，其厚度不超過1微米，其為多巴胺和聚乙烯醇聚合形成，并且兩者質量比為多巴胺：聚乙烯醇＝1:1～1:8。

2.根據權利要求1所述的一種用于閉環人機交互的大面積網格型表皮電子系統，其特征在于，所述表皮肌電電極陣列、關節轉角傳感器陣列、電觸覺傳感器陣列、連接結構和電路補償結構分別通過粘附層貼附在皮膚上，所述表皮肌電電極陣列覆蓋手掌、手背以及從手腕到肘部之間的部分皮膚，所述關節轉角傳感器陣列貼附在手腕以及手指關節上，所述電觸覺傳感器陣列通過粘附層貼附在每個指尖上。

3.根據權利要求1所述的一種用于閉環人機交互的大面積網格型表皮電子系統，其特征在于，所述表皮肌電電極陣列、電觸覺傳感器陣列、連接結構和電路補償結構的結構均為三層，這三層為依次粘附在一起的有機柔性層、金屬層和粘附層，所述粘附層用于貼附在身體表面。

4.根據權利要求1所述的一種用于閉環人機交互的大面積網格型表皮電子系統，其特征在于，所述關節轉角傳感器陣列的材料為對應變敏感的粘性導電有機體。

5.根據權利要求1所述的一種用于閉環人機交互的大面積網格型表皮電子系統，其特征在于，所述電路補償結構的補償方法如下：

其中,Z是所需的補償阻抗，S是被補償的表皮肌電電極的面積,z(ω)是覆蓋面積為ds的阻抗，ω是信號角頻率。