[发明专利]一种可感知肌肉硬度的柔性力传感器及肌肉硬度的检测方法

说明书

本发明公开了传感器领域的一种可感知肌肉硬度的柔性力传感器及肌肉硬度的检测方法，柔性力传感器包括柔性电路板，柔性电路板的表面设置有力感知模块，力感知模块包括多个内部腔体封装气敏元件的微气囊，且每个微气囊朝向肌肉的外侧形成有感知肌肉硬度的力感知触头，气敏元件与柔性电路板电连接。通过将弹性绑带固定在肢体处，使柔性力传感器与肌体接触并保持相对固定，变换肌体的肌肉硬度状态，气敏元件可以基于力感知触头的受力获取微气囊内部腔体变化的气压值。本发明的柔性力传感器具有易穿戴性，可通过阵列式的力触头来获取人体肌肉的力触觉矩阵信息，结合相应的机器学习方法，可获取准确的肌肉状态信息。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体是一种可感知肌肉硬度的柔性力传感器及肌肉硬度的检测方法。

背景技术

随着21世纪人工智能领域突飞猛进的发展，以“人-机-环境”为主题的共融机器人迎来重大的发展机遇。人体肌肉收缩源于一种兴奋-收缩耦联机制，通过测量肌肉硬度可提取人体运动意图、肌肉健康程度等重要信息，再用于机器人的人机交互控制。

目前，获取肌肉硬度信息的方法有很多种：触诊是传统的获取方法，医生通过用手按压肌肉感觉其硬度变化，具有较强的主观性，无法获取定量信息；超声剪切波成像仪器可定量获取肌肉状态信息，但设备体积庞大，不适合作为人机交互接口；爱沙尼亚MyotonPro数字化触诊仪通过给肌肉施加激励，根据其受迫振动信号得出肌肉硬度、弹性等生物力学特征，但该设备价格十分昂贵且需要手持式测量，通用性差。现阶段，可应用于肌肉硬度测量的传感器多为刚性结构或者硬质材料组成，仅有单个力接触点，这类结构穿戴性差，使用过程中会有明显不适感，并且刚性结构在使用过程中会压迫肌肉造成异常变形，使得采集信号失准。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可感知肌肉硬度的柔性力传感器及肌肉硬度的检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可感知肌肉硬度的柔性力传感器，包括柔性电路板，柔性电路板的表面设置有力感知模块，所述力感知模块包括多个内部腔体封装气敏元件的微气囊，且每个微气囊朝向肌肉的外侧形成有感知肌肉硬度的力感知触头，所述气敏元件与柔性电路板电连接。

作为本发明的改进方案，所述柔性电路板上刻蚀有多路复用电路与数据采集电路。

作为本发明的改进方案，所述微气囊、力感知触头及气敏元件一一对应，并且均呈阵列式排布。

作为本发明的改进方案，所述微气囊的数量为9个，并排列成3*3的阵列。

作为本发明的改进方案，所述力感知触头呈半圆形，每个力感知触头与对应的微气囊的中轴线重合。

作为本发明的改进方案，所述气敏元件为mems气压传感器，mems气压传感器电焊接在所述柔性电路板上。

作为本发明的改进方案，所述柔性电路板的上表面固定在上安装板上，上安装板与弹性绑带固连；柔性电路板的下表面固定有使力感知模块穿过的下框板，所述上安装板、下框板均由柔性材质构成。

一种肌肉硬度的检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：提供固定在弹性绑带上的柔性力传感器，柔性力传感器具有相连接的柔性电路板与力感知模块，力感知模块具有阵列式排布的多个微气囊，每个微气囊的腔体内部对应封装有气敏元件，且微气囊朝向肌肉的外侧形成有感知肌肉硬度的力感知触头；

步骤2：将弹性绑带固定在肢体处，使柔性力传感器与肌体接触并保持相对固定，变换肌体的肌肉硬度状态；

步骤3：气敏元件基于力感知触头的受力获取微气囊内部腔体变化的气压值，柔性电路板实时获取气敏元件检测数据，提供到数据处理器处理。