本发明专利技术提供了一种分布式手臂力传感信号采集装置，属于可穿戴设备领域。该装置包括传感单元以及连接单元，其中：传感单元包括预设数量的传感器组件，各个传感器组件分别设置在手臂的不同测点上；连接单元包括预设数量的连接绳和拉力传感器，每根连接绳的两端分别与传感器组件连接，以实现传感器组件的连接和固定；同时连接绳上设置有拉力传感器，用于将连接绳上的拉力转化为电信号并进行采集。本发明专利技术能够在测量时突破传统测量方案中闭式环形测量的限制，将手臂肌动信号测量由手臂环形二维曲线测量扩展为手臂整体的分布式三维测量，并且引入拉力信号以对手臂运动进行具体的分类与识别，从而有效提高运动意图识别的准确性。从而有效提高运动意图识别的准确性。从而有效提高运动意图识别的准确性。
【技术实现步骤摘要】
一种分布式手臂力传感信号采集装置
[0001]本专利技术属于可穿戴设备领域，更具体地，涉及一种分布式手臂力传感信号采集装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着生物传感及材料制备领域的不断发展，肌电传感器、薄膜压力传感器等可穿戴智能传感设备不断涌现。其通过对人体运动过程中肌肉电信号或肌肉形变信号的实时感知与监控，成为穿戴者运动意图识别评估的有效手段之一。这些传感设备体积小、质量轻，可为穿戴者提供良好的人机交互体验。但是，为了获取更精确的上肢运动状态，往往需要设置相对更多的传感测点单元，导致系统复杂度提升，反而增大了传感设备的体积和成本。虽然目前可穿戴智能传感设备已有长足进步，但其在理论和技术上仍然存在困难和挑战，比如不同粗细手臂运动数据的差异性；传感测点大量布置的冗余性；穿戴者运动意图识别的准确性；设备制备的可穿戴性等等。
[0003]目前主流的测量方式为以表面肌电信号(sEMG)为根据的点位测量方法和以肌动信号(FMG)为根据的臂环式测量方法。其中，表面肌电信号是肌肉收缩时伴随的电信号，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法，而肌动信号则是肌肉收缩时横向振动的力学信号，主要是运动神经元通过激活运动单位引发肌纤维收缩所产生的力学振动，可通过人体局部肌肉施力膨胀后与外部束缚臂带之间产生的压力进行测量。可穿戴传感设备可用于手臂运动的感知与监控，精确预测手臂运动模式与意图。表面肌电信号传感器由于采集的是人体的生物电信号，很容易受到皮下脂肪、外部震动等因素影响，导致测量到的信号噪声较大，稳定性较差。进而该信号会对下游运动预测任务产生较大影响。因此，在手臂运动意图识别应用中，表面肌电信号可靠性较差。以肌动信号为测量对象的低成本采集设备便是环形力传感臂环。力传感臂环主要由薄膜压力传感器以及用于连接固定传感器的臂环带组成。传统的力传感臂环中薄膜压力传感器环状均布在一条臂带上。当使用者穿戴力传感臂环时，臂环的穿戴预紧力保证了薄膜压力传感测点与被测肌肉区域内之间存在一定的预接触压力。当使用者进行某些动作时，动作对应的特定肌肉区域的收缩与舒张便会反映为臂带束缚区域的挤压力信号，进而我们便可以建立不同运动模式与对应力信号谱的关系。但是，传统臂环测量局限于肢体局部肌肉区域，采集的肌动信号区域较小且传统臂环的力传感测点连接方式单一，其圆周均布的设计导致了力传感测点在进行某些特定运动的意图识别下会存在冗余性。
[0004]CN108042142A提出了一种穿戴式人体姿态检测及肢体肌力测试系统，采用固定人体腿部、胸部的气囊装置监视人体运动时肌肉的收缩情况，通过使用射频技术网络传输数据至数据处理模块，可以检测出人体姿态以及肢体肌力，有效应用于外骨骼、助行机器人等方向。但是该专利在对肌肉收缩测量时只对人体的左小腿、右小腿、躯干胸部、左大腿以及右大腿五个部位测量五个点位，且并未对压力信号采取点位进行精准定位于最优测点分析，导致其信号无法区分精细动作与相似动作。CN208018063U提出一种基于柔性阵列式传
感器的上肢主动康复训练系统。该系统采用柔性阵列式压力传感器采集人体皮肤与外骨骼机器之间的压力，较于传统单点式压力传感器和多维传感器，能获取更多的人体运动特征信息，识别人体运动意图准确率高。但该专利技术中并未考虑测点肌肉测点优化，阵列传感器测量的多个数据中会存在相似度较高等问题，且阵列压力传感器并不具有可拉伸性，这会导致其测量结果对不同体型人群是不具泛用性的。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种分布式手臂力传感信号采集装置，旨在解决现有的手臂力传感信号采集装置中测点冗余、识别精度较低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种分布式手臂力传感信号采集装置，该装置包括传感单元以及连接单元，其中：
[0007]所述传感单元包括预设数量的传感器组件，使用时，各个所述传感器组件分别设置在手臂的不同测点上，以采集不同位置的肌动信号，用于进行运动意图识别；
[0008]所述连接单元包括预设数量的连接绳和拉力传感器，每根所述连接绳的两端分别与所述传感器组件连接，以实现所述传感器组件的连接和固定；同时所述连接绳上设置有拉力传感器，用于将所述连接绳上的拉力转化为电信号并进行采集，以此利用拉力信号辅助运动意图的识别。
[0009]作为进一步优选的，每个所述传感器组件均包括基体、压力传感器和连接绳收紧结构，其中所述基体的下方设置有凸台，并与所述压力传感器连接，该基体的上方与所述连接绳收紧结构连接；使用时所述压力传感器贴紧手臂测点，用于采集手臂肌肉的肌动信号；所述连接绳收紧结构与所述连接绳连接，用于收紧所述连接绳。
[0010]作为进一步优选的，每个所述传感器组件还包括弹性耦合体，所述弹性耦合体设置在所述压力传感器的下方，用于为所述压力传感器提供支持力。
[0011]作为进一步优选的，所述连接绳收紧结构包括无级传动组件、约束组件和顶盖，其中所述无级传动组件包括小直径无级传动锥体、无级传动轴轮、大直径无级传动锥体和螺母，所述小直径无级传动锥体的上方设置有绳圈，用于与所述连接绳连接，其下方设置有小直径转动轴，用于将其固定在基体上；所述小直径无级传动锥体通过所述无级传动轴轮与所述大直径无级传动锥体进行传动，同时所述大直径无级传动锥体与所述约束组件连接，工作时，利用所述约束组件控制所述大直径无级传动锥体的转动，进而通过所述无机传动轴轮的传动实现所述连接绳的收紧和释放；所述顶盖设置在所述基体的上方，并通过螺母对所述无级传动轴轮进行固定。
[0012]作为进一步优选的，所述约束组件包括棘轮发条、棘轮、棘轮钩和棘轮钩弹簧，其中：所述棘轮发条与棘轮的底面连接，用于为所述棘轮提供回弹转矩；所述棘轮包括棘轮齿和棘轮轴，所述棘轮齿采用单向齿形设计，并在所述棘轮钩的约束下实现单向转动；所述棘轮轴与大直径无级传动锥体通过键连接，以此实现对所述传动组件的运动控制；所述棘轮钩弹簧与所述棘轮钩连接，用于对所述棘轮钩进行复位，以解除对所述棘轮的约束。
[0013]作为进一步优选的，所述约束组件中棘轮钩的数量为2个～5个。
[0014]作为进一步优选的，所述传感单元中传感器组件的数量为8组～16组。
[0015]作为进一步优选的，所述传感器组件安装位置的确定方法为：利用多条在手臂轴
向均匀分布的肌动信号测量臂环，测量不同动作下手臂运动的全局肌动信号并进行分析，确定不同动作下最活跃的肌肉，将其作为分布式手臂力传感信号采集装置的最优测点。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0017]1.本专利技术通过将预设数量的传感器组件设置在手臂的最优测点上，并通过连接单元形成相互连接的信号采集装置，能够在测量时突破传统测量方案中闭式环形测量的限制，将手臂肌动信号测量由手臂环形二维曲线测量扩展为手臂整体的分布式三维测量，并且在连接单元中引入拉力传感器，将连接绳上的拉力转化为电信号，进而引入新的变量以对手臂运动进行具体的分类与识别，从本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分布式手臂力传感信号采集装置，其特征在于，该装置包括传感单元(1)以及连接单元(2)，其中：所述传感单元包括预设数量的传感器组件，使用时各个所述传感器组件分别设置在手臂的不同测点上，以采集不同位置的肌动信号，用于进行运动意图识别；所述连接单元(2)包括预设数量的连接绳(21)和拉力传感器(22)，每根所述连接绳(21)的两端分别与所述传感器组件连接，以实现所述传感器组件的连接和固定；同时所述连接绳(21)上设置有拉力传感器(22)，用于将所述连接绳(21)上的拉力转化为电信号并进行采集，以此利用拉力信号辅助运动意图的识别。2.如权利要求1所述的分布式手臂力传感信号采集装置，其特征在于，每个所述传感器组件均包括基体(12)、压力传感器(11)和连接绳收紧结构(14)，其中所述基体(12)的下方设置有凸台，并与所述压力传感器(11)连接，该基体(12)的上方与所述连接绳收紧结构(14)连接；使用时所述压力传感器(11)贴紧手臂测点，用于采集手臂肌肉的肌动信号；所述连接绳收紧结构(14)与所述连接绳(21)连接，用于收紧所述连接绳(21)。3.如权利要求2所述的分布式手臂力传感信号采集装置，其特征在于，每个所述传感器组件还包括弹性耦合体(13)，所述弹性耦合体(13)设置在所述压力传感器(11)的下方，用于为所述压力传感器(11)提供支持力。4.如权利要求2所述的分布式手臂力传感信号采集装置，其特征在于，所述连接绳收紧结构(14)包括无级传动组件、约束组件和顶盖(1401)，其中所述无级传动组件包括小直径无级传动锥体(1404)、无级传动轴轮(1406)、大直径无级传动锥体(1403)和螺母(1410)，所述小直径无级传动锥体(1404)的上方设置有绳圈(1411)，用于与所述连接绳(21)连接，其下方设置有小直径转动轴(1405)，用于将其固定在...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩斌，洪子晗，杜子豪，张睿超，徐晓豪，张化鑫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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