[發明專利]監測手指運動的電子皮膚傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 202210288321.0
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114646258A
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李智軍;趙樹彌;夏海生;黃金;湯燕;鐘傳宇;劉洋
• 申請（專利權）人: 合肥綜合性國家科學中心人工智能研究院（安徽省人工智能實驗室）
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;A61B5/11
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 王丹東

本發明提供了一種監測手指運動的電子皮膚傳感器及其制作方法，所述柔性基底與手背、各個手指各關節相匹配，所述可拉伸傳感器位于各個手指關節處；所述可拉伸導線分別從所述可拉伸傳感器的兩端引出至手背中心，所述手背中心處設置有數據采集電路，所述可拉伸導線連接所述數據采集電路；所述數據采集電路把所述可拉伸傳感器的信號量化傳輸給用戶終端；所述封裝膜覆蓋在所述柔性基底上，所述封裝膜包裹所述可拉伸傳感器和所述可拉伸導線。本發明的電子皮膚可拉伸傳感器單元能夠準確測量手指彎曲狀態，根據采集信息，可解析出手指是否彎曲的狀態信息，手指彎曲角度，手指運動速度，手指運動加速度以及是否受力等。

技術領域

本發明涉及柔性傳感器技術領域，具體地，涉及一種監測手指運動的電子皮膚傳感器及其制作方法。

背景技術

皮膚作為人體最大的器官，是觸覺的載體，為我們提供環境中的物理信息。人類皮膚激發了人們對大面積柔性電子器件網絡構成的電子皮膚研究。通過模仿生物皮膚感知環境的技能，建立具有等同效果的傳感器陣列，可附著在設備表面對物體溫度、硬度、壓力、形狀和材質的感知。電子皮膚作為一種表面感知手段，在機器人、假肢制造、可穿戴的醫療實時監測設備等領域有巨大的應用需求。

電子皮膚由輕薄、可彎曲、可拉伸、有彈性的功能性材料制成，在空間分辨率和熱靈敏度方面已經能夠提供比人的皮膚更好的性能，是柔性電子技術、傳感器技術、微加工技術、新材料技術等多項技術相互融合的成果。公開號為CN110625618A的專利文獻公開了一種基于電子皮膚的服務機器人，包括：可移動底座和機器人本體，機器人本體包括機器人胸部，以及設有控制器和信息接收模塊的機器人腰部，機器人外殼設有電子皮膚層，電子皮膚層與機器人外殼之間設有壓力傳感器，可移動底座內設有安全回路和避障模塊。

電子皮膚作為一種可穿戴電子產品，不同于手套等可穿戴設備，它輕薄得像皮膚一樣，可以貼在手指上或者身體其他任何需要的位置，甚至能成為身體表皮層的一部分。

公開號為CN106693077A的專利文獻公開了一種電子皮膚基底及其制備方法和電子皮膚，該專利文獻電子皮膚基底制備方法包括的步驟有：配制用于制備電子皮膚的樹脂溶液、旋涂樹脂膜和在樹脂膜表面旋涂多巴胺膜等步驟。但是該專利文獻作為手指彎曲運動監測的電子皮膚時，不具有良好的彎曲形變感知功能。

公開號為CN103488286A的專利文獻公開了一種通過手指關節彎曲度檢測控制模擬人體的方法，包括：利用左手大拇指的變化里控制虛擬人體模型中頭部的變化；利用左手中指與食指的動作變化來控制虛擬人體模型中雙腿的動作；利用右手大拇指和食指的變化來控制虛擬人體模型的手部的動作。公開號為CN110968181A的專利文獻公開了一種手指彎曲程度的檢測裝置及方法，所述手指彎曲程度檢測裝置，包括：手套本體、發光組件、攝像單元以及處理單元，采用上述手指彎曲程度檢測裝置，使用者佩戴上手套本體后，使用者的手指運動時設置在手套本體上的發光器件也會隨著運動，攝像單元可以攝錄到每一個所述發光器件的動態圖像，所述處理單元則接收并根據所述動態圖像得出每一所述發光器件的位置變化軌跡。但是上述專利文獻存在結構復雜，無法實現便攜佩戴使用的缺陷。

公開號為CN111515982A的專利文獻公開了一種手指彎曲狀態數據采集方法，將數據采集手套穿戴于操作人手上，在手套的手背位置設置傳感器，利用手指外側彎曲長度變化采集數據，將采集的數據輸送至控制單元處理。公開號為CN204765652U的專利文獻公開了一種全面檢測手指運動功能的數據手套，包括手套本體和手指運動功能檢測裝置，手指運動功能檢測裝置包括數據處理模塊、無線傳輸模塊和一個或多個角度輸出模塊，角度輸出模塊分別位于手套本體的手指指尖位置，數據處理模塊與無線傳輸模塊均位于手套本體的手掌背部，數據處理模塊通過封裝在手套本體內的導線分別與無線傳輸模塊和角度輸出模塊連接，角度輸出模塊具有六方向旋轉角度輸出。但是上述專利文獻存在設備笨重，無法實現便攜佩戴使用的缺陷。

現有的柔性電子皮膚功能集成度還十分有限，感知信息單一，難以滿足實際需求。除信號感知需求外，利用簡單工藝完成大面積低成本的柔性傳感器制作也是關鍵，是加速柔性電子皮膚實用化進程的必要手段。