[发明专利]基于柔性织物的多支臂多关节角度一体化并行检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及信号检测、传感技术与传输技术领域，具体涉及一种基于柔性织物的多关节角度一体化并行检测系统，适用于智能机器人、运动监护及医疗监护等领域。

背景技术

角度测量一般是通过传感器获取转角信号，经转换成电路参数量，再通过转换电路转换成电信号输出。现代的角度测量技术种类较多，已在电机、汽车、船舶运输、交通、机械制造、石油、冶金等多方面获得了广泛的应用。

目前，角度检测传感器种类众多，按其传感材料来说可分为非柔性角度检测传感器和柔性角度检测传感器。非柔性角度检测传感器一般是由刚性材料构成，通过机械装置安装在待测角的两边进行角度测量的。典型的非柔性角度检测传感器有：激光干涉测角器、光栅式角度传感器、霍尔角度传感器等。激光干涉测角器，具有准确度高的优点，但是它测量装置复杂，较难使用，使得这种传感器的运用范围受到一定的限制；光栅式角度传感器，准确度高、分辨力高、且稳定可靠，但受外界环境影响较大，且其体积也较大；霍尔角度传感器，霍尔角度传感器是根据霍尔效应来设计的，它测量角度范围大，结构简单，生产成本低，但是其受外界电磁干扰较大。这些角度检测传感器都是非柔性的，有的甚至重量很大，对人体的正常运动造成障碍，在人体运动时容易对人体皮肤造成划伤等伤害。

柔性角度检测传感器是采用柔性材料作为检测单元对角度进行检测的传感器。目前，东南大学的李建清等人发明的一种柔性肩关节运动传感器及其测量方法中的传感器将PCB传感板缝在织物上，实现了只需穿戴方式即可实现对关节角度的测量，改变了之前笨重、复杂、苛刻的检测条件。但是该方法未实现传感板的完全柔性化，同时也只能实现传统的两块极板测一个关节角度，而采用该方法进行多关节角度检测时，检测单元及其配套测量引线数目相应增加，导致检测系统体积大、重量重，从而导致关节的运动阻碍感显著增加，同时系统的成本高昂，检测系统复杂而降低其可靠性；而且采用传统的接地屏蔽的方式，信号线和地线之间的电容变化显著影响关节角度检测结果的准确性；中国科学院自动化研究所的原魁教授发明的柔性角度传感器利用薄膜式柔性力敏电阻作为传感材料，用于测量物体表面弯曲角度或两个物体之间的夹角，能够实现检测不阻碍人体运动，但是根据力的相互作用原理进行角度检测，仍然会给检测对象带来障碍感。这些角度检测装置都是部分柔性化，且对于多关节角度检测，随着关节角度的增加，所引出的信号传输线也跟着增加，导致越靠近检测装置的关节处的引出导线越多；同时，多个电容检测芯片占用了很大的空间，对人体的正常运动造成障碍。

非柔性角度检测传感器的刚性检测装置，硬度高，无法满足无运动障碍运动检测的要求；柔性角度检测传感器没有实现传感器的全部柔性化，对人体的运动还是存在很大的障碍感。因此，提出一种非接触的柔性多关节角度检测传感器，实现对人体多关节角度的无运动障碍检测。

发明内容

本发明提供一种基于柔性织物的多支臂多关节角度一体化并行检测系统，本发明在以柔性减小关节运动时的障碍感、保证关节运动灵活的同时又能消除由柔性所带来的信号干扰。

本发明采用如下技术方案：