基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，包括：手部姿势传感单元，所述手部姿势传感单元包括弯曲传感器以及手部运动传感器，所述弯曲传感器和所述手部运动传感器均设置在于手部，其中，所述弯曲传感器为混配位金属碳纳米导电薄膜传感器；滤波放大单元，所述滤波放大单元与所述手部姿势传感单元连接。信号采集单元，所述信号传输单元与所述滤波放大单元连接。混配位金属碳纳米导电薄膜传感器的混配位金属碳纳米导电薄膜中的混配位金属碳纳米材料具有混配位键能极高的特性，使弯曲传感器具有优异的导电性能和力学性能，大大提高了弯曲传感器的弯曲测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套
本技术涉及可穿戴式动作捕捉设备领域，尤其涉及一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套。
技术介绍
石墨烯是具有一个原子层厚度的二维材料，因其具有优良的导热性、超高电子迁移率、不限于自身尺寸极限和较强的力学性能等优点，具有成为新一代的可拉伸柔性弯曲传感器主要材料的潜力。然而，目前对石墨烯的大部分研究主要集中在电学性能方面，比如使用石墨烯作为电子设备。并且，由于石墨烯只有一个原子层厚度，器件整体稳定性不高并且制备、转移困难。因此在很大程度上阻碍了高精度、高灵敏度、柔性可拉伸的传感器的发展和实用化进程。而目前广泛应用的可穿戴式手部姿态解算手套的测量误差大、对人体手部活动检测精度较小的问题。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，旨在解决现有的可穿戴式手部姿态解算手套对手部姿态测量误差大的问题。本技术的技术方案如下：一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，其中，包括：手部姿势传感单元，所述手部姿势传感单元包括弯曲传感器以及手部运动传感器，所述弯曲传感器和所述手部运动传感器均设置于手部，其中，所述弯曲传感器为混配位金属碳纳米导电薄膜传感器；滤波放大单元，所述滤波放大单元与所述手部姿势传感单元连接。信号采集单元，所述信号采集单元与所述滤波放大单元连接。所述的手部姿态解算手套，其中，所述弯曲传感器包括：柔性基底；>混配位金属碳纳米导电薄膜，所述混配位金属纳米导电薄膜设置在所述柔性基底上；金属电极，所述金属电极与所述混配位金属碳纳米薄膜连接。所述的手部姿态解算手套，其中，所述混配位金属碳纳米薄膜传感器中的金属碳化合物颗粒的平均尺寸小于5nm。所述的手部姿态解算手套，其中，所述金属电极为钛合金电极。所述的手部姿态解算手套，其中，所述手部运动传感器包括陀螺仪和加速计。所述的手部姿态解算手套，其中，所述滤波放大单元包括：滤波电路，所述滤波电路与所述手部姿势传感单元连接，三级运算放大电路，所述三级运算放大电路与所述滤波电路连接；模拟输出电路，所述模拟输出电路与所述三级运算放大电路连接。所述的手部姿态解算手套，其中，所述信号采集单元包括：数模转换器，所述数模转换器与所述模拟输出电路连接；手部姿态计算装置，所述手部姿态计算装置与所述数模转换器连接；手部状态指标输出装置，所述手部状态指标输出装置与所述手部姿态计算装置连接。所述的手部姿态解算手套，其中，所述手部状态指标输出装置用于输出手部状态指标，所述手部状态指标包括：手指弯曲度、手部俯仰角、手部航向角、手部横滚角。所述的手部姿态解算手套，其中，所述弯曲传感器的弯曲角度为0°～180°。有益效果：本技术提供了一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，包括：手部姿势传感单元，所述手部姿势传感单元包括弯曲传感器以及手部运动传感器，所述弯曲传感器和所述手部运动传感器均设置于手部，其中，所述弯曲传感器为混配位金属碳纳米导电薄膜传感器；滤波放大单元，所述滤波放大单元与所述手部姿势传感单元连接。信号采集单元，所述信号采集单元与所述滤波放大单元连接。混配位金属碳纳米导电薄膜传感器的混配位金属碳纳米导电薄膜中的混配位金属碳纳米材料具有混配位键能极高的特性，使弯曲传感器具有优异的导电性能和力学性能，大大提高了弯曲传感器的弯曲测量精度。附图说明图1为本技术一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套的结构示意图。图2为食指弯曲再伸直过程中对应角度的数字信号输出图。图3为左手5根手指同时弯曲再伸直过程中对应角度的数字信号输出图。附图标记：11、弯曲传感器，111、柔性基底，112、混配位金属碳纳米导电薄膜，113、金属电极，12、手部运动传感器，121、陀螺仪，122、加速计，20、滤波放大单元，21、滤波电路，22、三级运算放大电路，23、模拟输出电路，30、信号采集单元，31、数模转换器，32、手部姿态计算装置，33、手部状态指标输出装置，40、键合导电引线。具体实施方式本技术提供一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，为使本技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。请参见图1，本技术提供了一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，包括：手部姿势传感单元，所述手部姿势传感单元包括弯曲传感器11以及手部运动传感器12，所述弯曲传感器11和所述手部运动传感器12均设置于手部，其中，所述弯曲传感器11为混配位金属碳纳米薄膜传感器；滤波放大单元20，所述滤波放大单元20与所述手部姿势传感单元连接。信号采集单元30，所述信号采集单元30与所述滤波放大单元20连接。具体地，手部姿势传感单元用于获取手部姿势信号，手部姿势信号包括手指弯曲信号以及手部运动信号，弯曲传感器11设置在手指上，用于获取手指弯曲状态的信号，手部运动传感器12设置在手背上，用于获取手部整体的运动信号。通过对手部的手部姿势信号，采用滤波放大单元20将手部运动姿势信号进行放大，再通过信号采集单元30对放大后的手部姿势信号进行处理计算得到手部状态指标，该手部状态指标反映了手部的姿势情况。混配位金属碳纳米导电薄膜112传感器的敏感部采用混配位金属碳纳米导电薄膜112制成，混配位金属碳纳米导电薄膜112中分散有混配位金属碳纳米粉末，混配位金属碳纳米粉末为混配位金属碳纳米与富边缘态石墨烯纳晶化学键合链接的材料。在人体手指弯曲产生的外力下，混配位金属碳纳米导电薄膜112传感器受力产生应变，导致混配位金属碳纳米导电薄膜112中的金属碳纳米颗粒与石墨烯键合位错，导电通路减少，传感器阻值上升，产生与弯曲程度相对应的电信号。由于传感器阻值的变化将导致电压信号发生相应变化，从而反映出人体手指弯曲的程度。同时，混配位金属碳纳米材料具有混配位键能极高的特性，使弯曲传感器11具有优异的导电性能和力学性能，大大提高了弯曲传感器11的弯曲测量精度。进一步，采用柔性印刷技术，将手部运动传感器12、滤波放大单元20以及信号采集单元30集成于柔性PCB板，采用锂电池作为供电电源。柔性PCB板设置在一外部支撑结构上，通过外部支撑结构将柔性PCB板设置在手背上，该外部支撑结构采用ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)制备得到。弯曲传感器11通过环状弹性织物固定在手指上，柔性PCB电路通过外部的外部支撑结构进行搭载在手背，各单元通过键合导电引线40连接，从而得到基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套。在一种实施方式中，弯曲传感器11的有效弯曲角度为0°～180°。在一种实施方式中，所述弯曲传感器11包括：柔性基底111；...

【技术保护点】
1.一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，其特征在于，包括：手部姿势传感单元，所述手部姿势传感单元包括弯曲传感器以及手部运动传感器，所述弯曲传感器和所述手部运动传感器均设置于手部，其中，所述弯曲传感器为混配位金属碳纳米导电薄膜传感器；/n滤波放大单元，所述滤波放大单元与所述手部姿势传感单元连接；/n信号采集单元，所述信号采集单元与所述滤波放大单元连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于纳米薄膜传感器的手部姿态解算手套，其特征在于，包括：手部姿势传感单元，所述手部姿势传感单元包括弯曲传感器以及手部运动传感器，所述弯曲传感器和所述手部运动传感器均设置于手部，其中，所述弯曲传感器为混配位金属碳纳米导电薄膜传感器；
滤波放大单元，所述滤波放大单元与所述手部姿势传感单元连接；
信号采集单元，所述信号采集单元与所述滤波放大单元连接。


2.根据权利要求1所述的手部姿态解算手套，其特征在于，所述弯曲传感器包括：
柔性基底；
混配位金属碳纳米导电薄膜，所述混配位金属纳米导电薄膜设置在所述柔性基底上；
金属电极，所述金属电极与所述混配位金属碳纳米薄膜连接。


3.根据权利要求2所述的手部姿态解算手套，其特征在于，所述混配位金属碳纳米薄膜传感器中的金属碳化合物颗粒的平均尺寸小于5nm。


4.根据权利要求2所述的手部姿态解算手套，其特征在于，所述金属电极为钛合金电极。


5.根据权利要求1所述的手部姿态解算手套，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，林耀雄，陈锐涛，郑竣元，张希，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东;44