一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备制造技术

本发明专利技术公开了一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备，包括可穿戴设备、设于所述可穿戴设备上的电源模块以及与所述电源模块电连接的可拉伸传感器、惯性传感器、肌电传感器、生物传感器、信号处理模块、数据处理模块、数据接口模块和无线模块，所述无线模块和所述数据接口模块与所述数据处理模块电连接，所述数据处理模块与所述信号处理模块电连接，所述信号处理模块与所述可拉伸传感器、所述惯性传感器、所述肌电传感器和所述生物传感器电连接。本发明专利技术设计新颖、结构简单、使用方便，不仅能够便于使用者的穿戴，而且能够便于使用者穿戴后运动，并且能够在运动时监测人体的关节和运动姿态。

【技术实现步骤摘要】
一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备
本专利技术涉及可穿戴设备领域，尤其涉及一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备。
技术介绍
可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能，可穿戴设备将会对我们的生活、感知带来很大的转变。在人体识别领域，人体运动姿态的识别已经成为当前研究的热点。最近几年，伴随人机交互等技术的快速发展，在竞技体育、康复治疗、体感游戏等各个方面，人体运动姿态识别技术得到了普遍应用。虽然最近几年基于传感器的人体运动姿态识别技术发展飞速，已经有很多研究都能够准确地识别人体在日常生活活动过程中所展示的几种最基本的姿态。但是目前对于可穿戴式的人体运动姿态采集器还并不多见。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备，本专利技术设计新颖、结构简单、使用方便，不仅能够便于使用者的穿戴，而且能够便于使用者穿戴后运动，并且能够在运动时监测人体的关节和运动姿态。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备，包括可穿戴设备、设于所述可穿戴设备上的电源模块以及与所述电源模块电连接的可拉伸传感器、惯性传感器、肌电传感器、生物传感器、信号处理模块、数据处理模块、数据接口模块和无线模块，所述无线模块和所述数据接口模块与所述数据处理模块电连接，所述数据处理模块与所述信号处理模块电连接，所述信号处理模块与所述可拉伸传感器、所述惯性传感器、所述肌电传感器和所述生物传感器电连接；其中：可拉伸传感器，用于监测使用者的步伐和步幅以及步频，并将监测到的步伐和步幅以及步频的信号发送给信号处理模块；惯性传感器，用于监测使用者的弹跳高度以及位置信息，并将检测到的弹跳高度和位置信息的信号发送给信号处理模块；肌电传感器，用于监测使用者的肌肉运动生物力学，并将检测到的肌肉运动生物力学信号发送给信号处理模块；生物传感器，用于监测使用者的汗液，并将检测到的汗液信号发送给信号处理模块；信号处理模块，用于将接受到的信号处理后发送给数据处理模块；数据处理模块，用于分析处理后的信号，并将分析后的信号生成相关数据；无线模块，用于将处数据发送给智能终端；数据接口模块，用于外接检测电路模块及数据采集器，以实现传感器校正及功能检测；电源模块，用于给各电子元件进行供电。作为本申请的一种优选方案，所述可穿戴设备1包括依次设置的外层101、防水封装聚合物层102、导电线路层103、弹性基层104、防水层105和内层106。采用此技术方案，外层和内层106由弹性透气面料制成；防水封装聚合物层采用绝缘防水材料，用于保护内置传感器不受雨水、汗水等的腐蚀，确保传感器不受外部电磁环境干扰或意外引发的短路等风险；导电线路层包括但不限于丝网印刷、喷墨打印、热转印及导电墨水涂料涂覆制成的导电电路；弹性基层采用可拉伸的布料；绝缘防水材料可采用弹性的硅橡胶或粘结剂；防水层105同样可以采用弹性的硅橡胶或粘结剂以及纳米涂层或防水膜。确保传感器不受外部电磁环境干扰或意外引发的短路等风险作为本申请的一种优选方案，所述可穿戴设备包括可穿戴的护膝或护肘。作为本申请的一种优选方案，所述可拉伸传感器采用基于碳基导电材料或液态金属或弹性导电聚合物制成。采用此技术方案，可拉伸传感器可拉伸至最大200%仍能正常工作，采用织物+图案化成形技术，包括但不限于丝网印刷、喷墨打印、热转印及导电墨水涂料涂覆等工艺手段制成的导电电路，轻薄度和柔软性足够好。此外，传感器元件支持模块化叠加，可分布在可穿戴设备不同层或部位。传感器由硅橡胶或粘结剂封装。作为本申请的一种优选方案，所述惯性传感器设于所述可穿戴设备的外侧。采用此技术方案，IMU惯性传感器放置在可穿戴设备外侧，避免在内测时，由于使用者下蹲或其他动作引发的机械损伤。此外，IMU可包括一个或多个运动传感器，例如陀螺仪和加速度计，用于测量IMU可被附接的对象（小腿）的方向、位置、速度和加速度等。作为本申请的一种优选方案，所述肌电传感器和所述生物传感器设于所述可穿戴设备的内侧。采用此技术方案，EMG肌电传感器贴于(护膝/护肘)上半部分内测，紧贴腿部肌肉，以利于肌电信号测试的准确性。作为本申请的一种优选方案，所述生物传感器基于碳基导电材料或液态金属或弹性导电聚合物制成。采用此技术方案，贴片式生物传感器，可收集汗液并进行多重电化学分析如乳酸，Na+，K+和pH值。该贴片传感器与微型印刷电路板（PCB）集成连通。表皮贴片可以跟踪肌肉的水合水平和氧合作用，这对于健身监测应用至关重要。这些可穿戴生物传感器可以用于临床诊断和个性化即时护理分析。作为本申请的一种优选方案，所述无线模块包括WIFI模块和/或蓝牙模块。采用此技术方案，用于无线收发信号传输，实现数据实时、无线传输。可与智能终端，如智能手机、智能手表等实现互联互通。所得数据可传送至Android或apple等手机软件APP等应用程序。应用程序中可以对该可穿戴设备读取的数据进行可视化显示、数据图表分析、人工智能运动健康状态进行预警、提醒并支持接入云端外部医疗专家资源，提供诊断、建议及指定个性化运动健康方案。作为本申请的一种优选方案，所述电源模块包括薄膜锂电池或太阳能电池板。作为本申请的一种优选方案，所述数据接口模块采用Type-C接口或MicroUSB或Lightning接口中的一种或多种。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术设计新颖、结构简单、使用方便，不仅能够便于使用者的穿戴，而且能够便于使用者穿戴后运动，且能够在运动时监测人体的关节和运动姿态；2.本专利技术可以对该可穿戴设备读取的数据进行可视化显示、数据图表分析、人工智能运动健康状态进行预警、提醒并支持接入云端外部医疗专家资源，提供诊断、建议及指定个性化运动健康方案；3.本专利技术通过可拉伸传感器和惯性传感器的数据分析结果，识别由身体部位摆出的姿势，以及通过肌电传感器和生物传感器进一步的提高关节和运动姿势识别的准确性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术涉及的结构示意图；图2为本专利技术涉及的可穿戴设备局部剖面示意图；图3为本专利技术涉及图2中的A-A处的截面示意图；图4为本专利技术涉及的电路框架示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备，其特征在于：包括可穿戴设备（1）、设于所述可穿戴设备（1）上的电源模块（2）以及与所述电源模块（2）电连接的可拉伸传感器（3）、惯性传感器（4）、肌电传感器（5）、生物传感器（6）、信号处理模块（7）、数据处理模块（8）、数据接口模块（9）和无线模块（10），所述无线模块（10）和所述数据接口模块（9）与所述数据处理模块（8）电连接，所述数据处理模块（8）与所述信号处理模块（7）电连接，所述信号处理模块（7）与所述可拉伸传感器（3）、所述惯性传感器（4）、所述肌电传感器（5）和所述生物传感器（6）电连接；其中：/n可拉伸传感器（3），用于监测使用者的步伐和步幅以及步频，并将监测到的步伐和步幅以及步频的信号发送给信号处理模块（7）；/n惯性传感器（4），用于监测使用者的弹跳高度以及位置信息，并将检测到的弹跳高度和位置信息的信号发送给信号处理模块（7）；/n肌电传感器（5），用于监测使用者的肌肉运动生物力学，并将检测到的肌肉运动生物力学信号发送给信号处理模块（7）；/n生物传感器（6），用于监测使用者的汗液，并将检测到的汗液信号发送给信号处理模块（7）；/n信号处理模块（7），用于将接受到的信号处理后发送给数据处理模块（8）；/n数据处理模块（8），用于分析处理后的信号，并将分析后的信号生成相关数据；/n无线模块（10），用于将处数据发送给智能终端；/n数据接口模块（9），用于外接检测电路模块及数据采集器，以实现传感器校正及功能检测；/n电源模块（2），用于给各电子元件进行供电。/n...

【技术特征摘要】
1.一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备，其特征在于：包括可穿戴设备（1）、设于所述可穿戴设备（1）上的电源模块（2）以及与所述电源模块（2）电连接的可拉伸传感器（3）、惯性传感器（4）、肌电传感器（5）、生物传感器（6）、信号处理模块（7）、数据处理模块（8）、数据接口模块（9）和无线模块（10），所述无线模块（10）和所述数据接口模块（9）与所述数据处理模块（8）电连接，所述数据处理模块（8）与所述信号处理模块（7）电连接，所述信号处理模块（7）与所述可拉伸传感器（3）、所述惯性传感器（4）、所述肌电传感器（5）和所述生物传感器（6）电连接；其中：
可拉伸传感器（3），用于监测使用者的步伐和步幅以及步频，并将监测到的步伐和步幅以及步频的信号发送给信号处理模块（7）；
惯性传感器（4），用于监测使用者的弹跳高度以及位置信息，并将检测到的弹跳高度和位置信息的信号发送给信号处理模块（7）；
肌电传感器（5），用于监测使用者的肌肉运动生物力学，并将检测到的肌肉运动生物力学信号发送给信号处理模块（7）；
生物传感器（6），用于监测使用者的汗液，并将检测到的汗液信号发送给信号处理模块（7）；
信号处理模块（7），用于将接受到的信号处理后发送给数据处理模块（8）；
数据处理模块（8），用于分析处理后的信号，并将分析后的信号生成相关数据；
无线模块（10），用于将处数据发送给智能终端；
数据接口模块（9），用于外接检测电路模块及数据采集器，以实现传感器校正及功能检测；
电源模块（2），用于给各电子元件进行供电。


2.根据权利要求1所述的一种集成关节角度测量与运动姿势测量的柔性可拉伸穿戴设备，其特征在于：所述可穿戴设备（1）包括依次设置的外层（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张党龙，
申请(专利权)人：南京摩盛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32