[發明專利]一種用于人體運動意圖感知的陣列式柔性電容電子皮膚

在審

• 申請號: 202010030563.0
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111221419A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 郭朝;王紹博;黃紀偉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;A61B5/11;G01D5/24
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種用于人體運動意圖感知的陣列式柔性電容電子皮膚，具體屬于一種可用于人體運動意圖識別的柔性電容傳感裝置。包括傳感交互模塊：用于與用戶肌體構成耦合電容，以獲得電容信號；傳感信號CDC模塊：用于將所述耦合電容信號轉化為數字信號；控制及傳輸模塊：用于驅動控制所述傳感信號CDC模塊并將數字信號通過無線傳輸至用戶移動終端；用戶移動終端：對所接收信號數據進行處理后發送控制指令至控制設備。本發明為采用柔性材料印刷技術的柔性電容傳感陣列，擁有良好的撓性，可以充分貼合使用者衣物，提高可穿戴性。

技術領域

本發明涉及一種柔性可穿戴的陣列式電容電子皮膚，具體屬于一種可用于人體運動意圖識別的柔性電容傳感裝置。

背景技術

柔性電子皮膚在醫療健康、智能機器人等領域有著廣闊的應用前景，是當前重要前沿研究方向之一。人體皮膚是非常精巧的傳感系統，能夠感知外界多重刺激并傳遞給神經系統，進而產生相應的生理反應，完成人類與環境的交互。近年來，隨著柔性電子學和仿生學的發展，具有不同工作原理的超高靈敏度柔性傳感器被研發出來，用于模擬人體皮膚對外界的感知能力，而且以感知壓力和溫度的傳感器居多。

在人機交互領域中，人體運動意圖感知是關鍵技術問題之一，可應用于外骨骼機器人、醫療機器人交互控制。作為人機協作的典型代表，這類機器人充分反映了人機及交互模式的種種需求。當前，人們對外骨骼機器人可操作性與安全性的要求愈發提升，亟需一款響應速度快、靈敏度高、模式識別能力強的人體運動意圖感知系統。運動意圖感知傳感器作為一種人機交互接口，可以為人機共融在醫療、工業乃至軍事領域的推進提供技術支撐。通過對用戶運動意圖的感知，可預測并控制外部設備以執行特定任務，為人機協作帶來更好的體驗。

目前，國內外對運動意圖感知已經進行了大量的研究。其中獲取運動意圖信號主要分為兩類：生物信號和物理信號。該領域中研究的生物信號主要是肌電信號和腦電信號。肌電信號具有較強的實時性，并且信息準確性高，但同時也有以下局限性：1、肌電信號的采集需要金屬電極緊貼被測肌肉的皮膚，很多情況下不便信號采集。2、由于采集肌電信號的金屬電極與皮膚直接接觸，容易受到汗液的干擾而影響信號識別的準確性。腦電信號的采集可分為植入式和非植入式。植入式電極在植入過程中具有一定風險，尚不被大多數人所接受；非植入式采集頭皮表層腦電波，但是抗干擾能力較差。相對于生物信號，物理信號的采集則更為方便，且對人體影響較小，主要是通過采集下肢擺動傾角、速度和加速度等信息來進行人體運動意圖的識別，但是物理信號誤差較大，并且存在延時性，不便于對運動意圖的實時監測識別。

電容式傳感器因具有體積小，靈敏度高等優點在機器人仿生皮膚研究領域中得到廣泛應用。

中國發明專利申請號CN201410245030.9A，一種用于人工智能皮膚的全柔性電容式觸覺傳感器，旨在解決現有全柔性電容式觸覺傳感器量程與靈敏度不可調、抗干擾性差、不易陣列化等問題。主要用于接觸力的測量，采集的物理信號具有延時性。

中國發明專利申請號CN201410125782.1，該發明公開了一種用于智能假肢的電容傳感系統。該系統采用非接觸式電容采集方式，不受皮膚汗液干擾，可適用于不同截肢類型和截肢長度。采用多通道信號采集，提高了信號識別準確率。但是該系統信號采集部位直接將電極片固定在假肢內部，所用材料剛性較大、缺少柔性，人體適應性較差；改傳感器根據肌肉位置選點采樣，系統信號通道仍較少，不具有陣列特征，不能準確刻畫肌肉形態；采集單元固定直接固定在剛性材料中，無法直接用于不同正常人體的運動意圖識別；

中國專利申請號CN 201810326778.X，該發明公開了一種具有采集肌電信號與電容信號的雙通道的穿戴設備。該設備同時采集肌電信號和電容信號共同用于動作識別，提高了動作識別的準確率；該設備采用柔性材料，提高了穿戴設備的適應性。但是該設備采集肌電信號需要貼近皮膚表面，容易受到干擾；同時使用雙電極電容，不能直接刻畫肌肉形態，運動意圖識別準確率不高。

發明內容