柔性传感器的制备方法及基于柔性传感器的体感交互方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性传感器的制备方法，包括：将羊毛纤维加入到水溶液中，放入烘箱中反应；将得到的羊毛角蛋白悬浮液离心处理；将所得溶液放入透析袋中透析；将透析好的溶液冻干得到冻干的羊毛角蛋白粉末；将羊毛角蛋白粉末溶解在去离子水中，将多壁碳纳米管溶解在羊毛角蛋白溶液中，对混合溶液进行超声处理，将悬浮液离心处理，得到复合的导电生物墨水；将导电生物墨水加入丙烯酰胺前体溶液中，加入四甲基乙二胺，倒入模具中，形成水凝胶；将水凝胶的两端粘贴铝箔电极，并用导线连接，得到用于检测应力变化的柔性传感器。本发明专利技术还提供了柔性传感器的制备方法，能够与人体紧密贴合且性能良好。能良好。能良好。

【技术实现步骤摘要】
柔性传感器的制备方法及基于柔性传感器的体感交互方法


[0001]本专利技术涉及体感交互
，尤其是涉及柔性传感器的制备方法及基于柔性传感器的体感交互方法。

技术介绍

[0002]体感交互主要指用户通过手势、肢体运动、面部表情、语音等信息，与机器进行信息传输和转换，从而实现人机交互。在动作游戏中，基于对用户动作的捕捉，体感交互技术使用户在进行人机交互时摆脱了传统的物理触点输入方式，使其获得更具沉浸感的使用和游戏体验。一方面，结合VR(Virtual Reality，虚拟现实)、AR(Augmented Reality，增强现实)等技术，体感交互能够被开发出更具丰富感官体验的应用；另一方面，视频媒体的火热以及5G带来的高速数据传输，使线上实时精确动作交互成为可能。
[0003]目前，体感交互技术在游戏、医疗、购物、体育、教育等领域逐步应用，逐渐成为取代传统信号输入设备。很多公司纷纷开始涉足体感交互领域，研发体感技术相关产品。因此，通过开发轻便且高性能的生物基柔性可穿戴传感器以及体感交互系统，并结合其他多媒体技术、3D技术和AR增强现实技术在各行各业都有着广阔的应用前景。
[0004]正因为体感交互系统的优势，近年来涌现出了多款功能强大的体感人机交互设备，比如Kinect、Leap Motion、Wii等。然而，目前传统的体感人机交互系统中依旧沿用以硬性材料为基底的传感器，一方面这将导致人与设备的贴合性差，无法更加快速的响应用户的需求、更加自然的表达出用户的真实信息；另一方面，设备体积大，用户佩戴不舒适、用户的体验效果也不佳。这些问题导致了目前的体感交互系统仍难以实现人与机器更智能更自然的交互。
[0005]目前市场上可穿戴设备多采用硬性传感器，延展性和贴合性均较差，材料密度大，很难满足用户对贴身设备舒适轻便的使用；而对于现有的一些商用柔性传感器，多采用硅橡胶这一类的聚合物作为基底，无法实现灵活可调的应变灵敏度和拉伸强度；现有的人机交互控制系统多采用直接控制的方式，通常不能实现精确的动作控制和坐标计算；目前的自动化工业控制系统只能适用于重复的机械化制备生产中，而对于灵活的智能制造产业来说仍处于空白状态。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题之一，本专利技术提供柔性传感器的制备方法，能够实现与人体紧密贴合且性能良好。
[0007]本专利技术的问题之一，是通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供了柔性传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A1、提取和纯化羊毛角蛋白：将羊毛纤维加入到含有硫化钠和尿素的水溶液中，然后放入烘箱中反应得到羊毛角蛋白悬浮液；将得到的羊毛角蛋白悬浮液离心处理去除不溶的残留物；然后将所得溶液放入透析袋中透析，以设定的频率更换去离子水；最后将
透析好的溶液冻干得到冻干的羊毛角蛋白粉末；
[0009]步骤A2、导电生物墨水的制备：将冻干的羊毛角蛋白粉末溶解在去离子水中以获得羊毛角蛋白溶液，将多壁碳纳米管在连续的机械搅拌下溶解在羊毛角蛋白溶液中，使用探头超声仪对混合溶液进行超声处理得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的悬浮液，最后将悬浮液离心处理以去除未分散的多壁碳纳米管，得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的导电生物墨水；
[0010]步骤A3、水凝胶的制备：将导电生物墨水加入丙烯酰胺前体溶液中，并保持搅拌均匀，接着加入四甲基乙二胺，最后快速倒入聚四氟乙烯模具中，形成羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的水凝胶；
[0011]步骤A4、柔性传感器的制备：将水凝胶的两端粘贴铝箔电极，并用导线连接，得到用于检测应力变化的柔性传感器。
[0012]进一步的，所述步骤A1具体为：将羊毛纤维加入到含有6克硫化钠和24克尿素的50毫升水溶液中，然后放入60摄氏度的烘箱中反应8个小时得到羊毛角蛋白悬浮液；将得到的羊毛角蛋白悬浮液以9000转/分钟的速度离心3次以去除不溶的残留物；然后将所得溶液放入截留分子量为3500的透析袋中透析至少三天时间，以两个小时更换一次的频率更换去离子水；最后将透析好的微黄色溶液冻干得到冻干的羊毛角蛋白粉末。
[0013]进一步的，所述步骤A2具体为：将0.1克冻干的羊毛角蛋白粉末溶解在20毫升去离子水中以获得羊毛角蛋白溶液，将0.1克多壁碳纳米管在连续的机械搅拌下溶解在羊毛角蛋白溶液中，使用探头超声仪在750W功率下对混合溶液进行超声处理10分钟的时间，得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的悬浮液，最后将悬浮液以3500转/分钟的速度离心两次以去除未分散的多壁碳纳米管，得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的导电生物墨水。
[0014]进一步的，所述步骤A3具体为：15毫升的丙烯酰胺前体溶液由6克的丙烯酰胺、0.02克的过硫酸铵、0.01克的N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和0.056克的氯化钙组成；将5毫升羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的导电生物墨水加入15毫升的丙烯酰胺前体溶液中，并保持搅拌5分钟；接着加入15微升四甲基乙二胺，最后快速倒入聚四氟乙烯模具中，形成羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的水凝胶。
[0015]为解决上述问题之二，本专利技术提供了基于柔性传感器的体感交互方法，能够与人体紧密贴合且性能良好。
[0016]本专利技术的问题之二，是通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供了基于柔性传感器的体感交互方法，该体感交互方法需提供电源模块、由如上述的柔性传感器的制备方法制备而成的柔性传感模块、稳压模块、数据采集模块、信号处理模块及机械设备模块；该体感交互方法包括如下步骤：
[0017]步骤B1、将所述柔性传感模块中的柔性传感器与手套的手指相结合，将每根所述柔性传感器分别安装于手套对应手指的穿戴部位，并与对应手指的近侧指间关节位置相贴合，从而得到用于手势识别的智能手套；
[0018]步骤B2、将所述电源模块、柔性传感模块中的每根柔性传感器和稳压模块依次连接成一个闭合电流回路；
[0019]步骤B3、将所述数据采集模块的输入端并联在每根柔性传感器的两端，所述数据采集模块的输出端连接到信号处理模块；将所述信号处理模块与机械设备模块进行连接；
[0020]步骤B4、设置每根所述柔性传感器的电压阈值，穿戴好智能手套，依次完成不同的手势动作，每根所述柔性传感器产生电压信号，对比电压阈值与柔性传感器在手指活动前后的电压差，当电压差不大于电压阈值的n％时，n值自行设定，通过调节稳定模块中电阻的阻值大小来增大电压差，使电压差大于电压阈值的n％，此时固定当前电阻不变；
[0021]步骤B5、采集不同手势动作下的每根柔性传感器分别产生的电压信号，根据电压信号和电压阈值判断当前所处的手势动作，并建立手势标准库；
[0022]步骤B6、对所述机械设备模块进行预编程，设置所需操作的每个手势动作对应的动作运行程序，在所述信号处理模块中将所述标准库中每个手势动作映射为对应的动作运行指令；
[0023]步骤B7、当进行手指运动游戏时，用户执行一个手势动作后，由所述柔性传感模块将用户的机械信号转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A1、提取和纯化羊毛角蛋白：将羊毛纤维加入到含有硫化钠和尿素的水溶液中，然后放入烘箱中反应得到羊毛角蛋白悬浮液；将得到的羊毛角蛋白悬浮液离心处理去除不溶的残留物；然后将所得溶液放入透析袋中透析，以设定的频率更换去离子水；最后将透析好的溶液冻干得到冻干的羊毛角蛋白粉末；步骤A2、导电生物墨水的制备：将冻干的羊毛角蛋白粉末溶解在去离子水中以获得羊毛角蛋白溶液，将多壁碳纳米管在连续的机械搅拌下溶解在羊毛角蛋白溶液中，使用探头超声仪对混合溶液进行超声处理得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的悬浮液，最后将悬浮液离心处理以去除未分散的多壁碳纳米管，得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的导电生物墨水；步骤A3、水凝胶的制备：将导电生物墨水加入丙烯酰胺前体溶液中，并保持搅拌均匀，接着加入四甲基乙二胺，最后快速倒入聚四氟乙烯模具中，形成羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的水凝胶；步骤A4、柔性传感器的制备：将水凝胶的两端粘贴铝箔电极，并用导线连接，得到用于检测应力变化的柔性传感器。2.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤A1具体为：将羊毛纤维加入到含有6克硫化钠和24克尿素的50毫升水溶液中，然后放入60摄氏度的烘箱中反应8个小时得到羊毛角蛋白悬浮液；将得到的羊毛角蛋白悬浮液以9000转/分钟的速度离心3次以去除不溶的残留物；然后将所得溶液放入截留分子量为3500的透析袋中透析至少三天时间，以两个小时更换一次的频率更换去离子水；最后将透析好的微黄色溶液冻干得到冻干的羊毛角蛋白粉末。3.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤A2具体为：将0.1克冻干的羊毛角蛋白粉末溶解在20毫升去离子水中以获得羊毛角蛋白溶液，将0.1克多壁碳纳米管在连续的机械搅拌下溶解在羊毛角蛋白溶液中，使用探头超声仪在750W功率下对混合溶液进行超声处理10分钟的时间，得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的悬浮液，最后将悬浮液以3500转/分钟的速度离心两次以去除未分散的多壁碳纳米管，得到羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的导电生物墨水。4.根据权利要求1所述的柔性传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤A3具体为：15毫升的丙烯酰胺前体溶液由6克的丙烯酰胺、0.02克的过硫酸铵、0.01克的N,N'
‑
亚甲基双丙烯酰胺和0.056克的氯化钙组成；将5毫升羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的导电生物墨水加入15毫升的丙烯酰胺前体溶液中，并保持搅拌5分钟；接着加入15微升四甲基乙二胺，最后快速倒入聚四氟乙烯模具中，形成羊毛角蛋白和多壁碳纳米管复合的水凝胶。5.基于柔性传感器的体感交互方法，其特征在于，该体感交互方法需提供电源模块、由如权利要求1
‑
4任一所述的柔性传感器的制备方法制备而成的柔性传感模块、稳压模块、数据采集模块、信号处理模块及机械设备模块；该体感交互方法包括如下步骤：步骤B1、将所述柔性传感模块中的柔性传感器与手套的手指相结合，将每根所述柔性传感器分别安装于手套对应手指的穿戴部位，并与对应手指的近侧指间关节位置相贴合，从而得到用于手势识别的智能手套；步骤B2、将所述电源模块、柔性传感模块中的每根柔性传感器和稳压模块依次连接成
一个闭合电流回路；步骤B3、将所述数据采集模块的输入端并联在每根柔性传感器的两端，所述数据采集模块的输出端连接到信号处理模块；将所述信号处理模块与机械设备模块进行连接；步骤B4、设置每根所述柔性传感器的电压阈值，穿戴好智能手套，依次完成不同的手势动作，每根所述柔性传感器产生电压信号，对比电压阈值与柔性传感器在手指活动前后的电压差，当电压差不大于电压阈值的n％时，n值自行设定，通过调节稳压模块中电阻的阻值大小来增大电压差，使电压差大于电压阈值的n％，此时固定当前电阻不变；步骤B5、采集不同手势动作下的每根柔性传感器分别产生的电压信号，根据电压信号和电压阈值判断当前所处的手势动作，并建立手势标准库；步骤B6、对所述机械设备模块进行预编程，设置所需操作的每个手势动作对应的动作运行程序，在所述信号处理模块中将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林友辉，王迪，易佳，陈万能，
申请(专利权)人：厦门颐安智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：