基于摩擦起电效应的多传感器智能手指及使用方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种基于摩擦起电效应的多传感器智能手指及使用方法与应用，包括第一指节，覆有第一摩擦传感机构；第二指节，内部封装有第二摩擦传感机构；第三指节，内部封装有微处理芯片和第三摩擦传感机构；连接关节，为转盘样，连接第一指节末端与第二指节前端以及连接第二指节末端与第三指节的前端；两连接关节的接触面设有第四摩擦传感机构；舵机安装支架，设于所述第一指节末端及第二指节末端；信号处理电路，经导线将所述微处理芯片分别与第一摩擦传感机构

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦起电效应的多传感器智能手指及使用方法与应用


[0001]本专利技术涉及摩擦纳米发电机
，特别涉及基于摩擦起电效应的多传感器智能手指及使用方法与应用
。

技术介绍

[0002]机器人科学近年来随着人工智能技术的发展再次被被推向前沿，其重要性和应用前景逐渐得到人们的认识和重视
。
在过去的几十年里，工业机器人已经取代人类从事繁重
、
重复或不安全的制造任务
。
然而，随着经济发展，当前制造需求已经转向更多客制化和可变产品的小批量组装，需要机器人具有更高的适应性
、
更大的灵活性
、
更广泛的操纵能力以及可编程性
。
机器人技术也在不断渗入普通人的家庭生活中，与工业环境不同，家庭环境通常是非结构化的，这意味着自主感知功能需要添加到机器人的控制策略中
。
传统上，机器人末端执行器的控制是通过将有关操作物和操作环境的经验性知识输入到控制算法中来实现的
。
因此，机器人手只能操纵已知物体并在结构化环境中工作，这使得它们对突发事件的适应性较差
。
[0003]为了实现复杂环境或结构下的机械传感功能，摩擦纳米发电机作为一种将环境中的机械信号转化为电信号的技术，被研究并应用与传感领域
。
因为其采集的机械信号方式的多样性和稳定性，可以用于对各种活动形式或物理量的传感，同时电信号又可以实现自供电
。
它基于摩擦电效应和静电感应效应的耦合作用，可以收集许多形式的机械能
。
它具有体积小
、
能量转换效率高
、
成本低
、
制造简单
、
重量轻
、
工艺环保等优点
。
传统方法实现传感功能时，常受限于工作方式
、
占用体积
、
供能困难等问题，使用摩擦纳米发电机进行传感，在保持较高的传感敏度和精确度的同时，很好地解决了上述问题
。
[0004]同时随着交通
、
医疗技术的发展以及全球人均寿命的普遍延长，对于人造假体等的康复支持设备需求也日益增长
。
仿生肢体作为一种新型的康复工具，可以帮助肢体丧失人群恢复肢体功能，提高生活质量和社交能力
。
目前，假肢可以实现对很多生物肢体机械功能的仿生，如握取
、
抓取
、
放置等
。
这能够帮助肢体丧失者恢复一定的身体机能，从而恢复一定的社交功能，如握手
、
打招呼等
。
然而，现存的假肢大多仅能实现人对仿生肢体的控制，缺乏适当的感觉反馈，即仅实现了单向控制的假肢
。
这可以影响到假肢的功能和使用者的生活质量，使得接受假肢治疗的患者很难完全回归正常生活，并且通常觉得假肢是异物
。
因此，需要提供新的仿生肢体解决方案，弥补现存仿生肢体的不足，使之更有效，更容易被患者接受
。
为了解决这一问题，我们可以采用由摩擦生电的方式，将人体运动产生的机械运动或与外界的接触转化为电信号，并将电信号作为传感信号传输至计算机程序中利用算法进行数据分析和模式识别
。
[0005]这种基于摩擦发电的纳米发电机的感觉传感器不需要使用传统的电池供电，因此可以避免使用电池带来的环境污染问题
。
同时，这种传感器可以通过根据不同部位的结构和活动特征进行适应性优化与设计，这意味着它可以在不同的使用场景下自主产生信号，而根本不需要任何电池的供电
。
[0006]一旦传感器捕获到手指的机械信号并转化为电信号，接下来需要开发相应的算法和软件来进行数据分析和模式识别
。
这些算法可以识别不同的手指动作
、
手势和接触力度，从而实现对智能手指的精确控制和感知
。
同时，这些算法也可以将电信号转化为人类可以理解的反馈信号，使用户能够感受到仿生手指的触摸和运动
。
[0007]在应用方面，基于摩擦纳米发电机传感的智能手指具有广泛的潜在应用领域
。
首先，它可以用于仿生肢体的研发和康复支持
。
用户可以通过智能手指实现更自然
、
更精准的运动，同时感受到接触的力度和纹理，从而提升康复效果和生活质量
。
[0008]此外，基于摩擦纳米发电技术的智能手指还可以在虚拟现实和增强现实领域发挥重要作用
。
用户可以通过智能手指与虚拟环境进行互动，感受虚拟物体的触感和运动，增强沉浸感和交互体验
。
因此基于为机器人和仿生肢体领域带来了突破，为智能交互和虚拟现实等领域提供新的可能性的目的，研发一款基于摩擦纳米发电机传感的智能手指技术成为了亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于，提供一种基于摩擦起电效应的多传感器智能手指及使用方法与应用
。
本专利技术的多传感器智能手指可以实现多通道信息感知传感，具有体积小和灵活性好的优点
。
此外，本专利技术还能够实现人体运动或环境监测的效果
。
[0010]本专利技术的技术方案：基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，包括第一指节，表面覆有第一摩擦传感机构；
[0011]第二指节，内部封装有第二摩擦传感机构；
[0012]第三指节，内部封装有微处理芯片和第三摩擦传感机构；
[0013]连接关节，为转盘样，连接第一指节末端与第二指节前端以及连接第二指节末端与第三指节的前端；两连接关节的接触面设有第四摩擦传感机构；
[0014]舵机安装支架，设于所述第一指节末端及第二指节末端；
[0015]信号处理电路，经导线将所述微处理芯片分别与第一摩擦传感机构
、
第二摩擦传感机构
、
第三摩擦传感机构和第四摩擦传感机构连接
。
[0016]上述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，所述第一指节的上表面设有向心倾斜的斜面和引流渠，第一指节的内部设储液腔体；所述第二指节具有半封闭腔体结构，设有第一封盖；所述第三指节具有半封闭腔体结构，配有第二封盖，第三指节的底端设有通孔，顶端设有长方形开口
。
[0017]前述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，所述第一摩擦传感机构具有与第一指节同形的摩擦层和电极层，部分摩擦层和电极层之间设有绝缘层
。
[0018]前述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，所述第二摩擦传感机构的电极层设于与活动摩擦正方体下表面接触的腔体内壁，活动摩擦正方体表面设有摩擦层
。
[0019]前述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，所述第三摩擦传感机构形状为拱形，电极层两端固定，中间弯曲成拱形结构
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，其特征在于：包括第一指节，表面覆有第一摩擦传感机构；第二指节，内部封装有第二摩擦传感机构；第三指节，内部封装有微处理芯片和第三摩擦传感机构；连接关节，为转盘样，连接第一指节末端与第二指节前端以及连接第二指节末端与第三指节的前端；两连接关节的接触面设有第四摩擦传感机构；舵机安装支架，设于所述第一指节末端及第二指节末端；信号处理电路，经导线将所述微处理芯片分别与第一摩擦传感机构
、
第二摩擦传感机构
、
第三摩擦传感机构和第四摩擦传感机构连接
。2.
根据权利要求1所述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，其特征在于：所述第一指节的上表面设有向心倾斜的斜面和引流渠，第一指节的内部设储液腔体；所述第二指节具有半封闭腔体结构，设有第一封盖；所述第三指节具有半封闭腔体结构，配有第二封盖，第三指节的底端设有通孔，顶端设有长方形开口
。3.
根据权利要求1所述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，其特征在于：所述第一摩擦传感机构具有与第一指节同形的摩擦层和电极层，部分摩擦层和电极层之间设有绝缘层
。4.
根据权利要求1所述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，其特征在于：所述第二摩擦传感机构的电极层设于与活动摩擦正方体下表面接触的腔体内壁，活动摩擦正方体表面设有摩擦层
。5.
根据权利要求1所述的基于摩擦起电效应的多传感器智能手指，其特征在于：所述第三摩擦传感机构形状为拱形，电极层两端固定，中间弯曲成拱形结构
。6.
根据权利要求1所述的基于摩擦起电效应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱金贵，薛宇航，段君，陈鑫，刘雯静，张俊，徐磊，贾凯枫，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：