[发明专利]一种用于闭环人机交互的大面积网格型表皮电子系统

摘要

本发明属于表皮电子领域，并公开了一种用于闭环人机交互的大面积网格型表皮电子系统，包括表皮肌电电极阵列、关节转角传感器阵列、电触觉传感器阵列、连接结构和电路补偿结构，所述表皮肌电电极阵列用于采集所有手指的内部肌肉、外部肌肉以及手腕肌肉的肌电信号；所述关节转角传感器阵列用于采集手指关节转角和手腕转角；所述电触觉传感器阵列用于通过电流电压刺激指尖；所述电路补偿结构用于消除每个表皮肌电电极连接结构所引入的多余肌电信号，以保证人机交互设备所获信号的准确度。该系统的各个传感器都十分轻、薄、小，具备拉伸性，符合皮肤的力学特性，同时解决了大面积覆盖导致的散热排汗的问题。

主权项

1.一种用于闭环人机交互的大面积网格型表皮电子系统，其特征在于，包括表皮肌电电极阵列、关节转角传感器阵列、电触觉传感器阵列、连接结构和电路补偿结构，其中，/n所述表皮肌电电极阵列用于采集所有手指的内部肌肉、外部肌肉以及手腕肌肉的肌电信号，其中，来自手指内部肌肉的肌电信号用于提取手指姿态，来自外部肌肉和手腕肌肉的肌电信号用于提取肌肉力量；/n所述关节转角传感器阵列用于采集手指关节转角和手腕转角，从而获得手势姿态；/n所述电触觉传感器阵列用于通过电流电压刺激指尖，从而将刺激传入神经，来模拟振动或者压力的感觉的功能，进而获取机械手臂抓取力反馈；/n所述连接结构用于将所述表皮肌电电极、关节转角传感器和电触觉传感器连接到人机交互设备上，以实现信息输出和输入；/n所述电路补偿结构用于消除每个表皮肌电电极连接结构所引入的多余肌电信号，以保证人机交互设备所获信号的准确度；所述电路补偿结构包括电连接在一起的补偿支路和补偿阻抗，所述补偿支路和用于将表皮肌电电极阵列连接到人机交互设备上的连接结构并行贴附，两者长度相同并且间距小于1mm，所述补偿阻抗接地；/n所述表皮肌电电极阵列、关节转角传感器阵列、连接结构和电路补偿结构均为网格型蜿蜒蛇形结构，每者的厚度均小于5μm，以提高与皮肤的共形性能和拉伸性能，增强皮肤的排汗和散热能力；/n所述电触觉传感器阵列为网格型环状结构，其厚度小于5μm，以提高与皮肤的共形性能，增强排汗和散热能力；/n所述用于将电触觉传感器阵列连接到人机交互设备上的连接结构为四层，这四层分别为依次连接在一起的有机柔性层、金属层、有机柔性层和粘附层，其中，/n有机柔性层为PET，PEN，PI，PDMS或Ecoflex；/n金属层为金，银或铜；/n粘附层用于贴附在身体表面，其厚度不超过1微米，其为多巴胺和聚乙烯醇聚合形成，并且两者质量比为多巴胺：聚乙烯醇＝1:1～1:8。/n