[发明专利]肌电假手用导热性传感器

说明书

技术领域

本发明属于信息和控制技术领域，涉及到物体的导热性测量和信息处理 的技术，具体是一种肌电假手用导热性传感器，通过肌电假手实现对被抓握 物体的导热性能感知。

背景技术

肌电假手是利用残肢皮肤表面的肌电信号(Electromyography，EMG)， 通过模式处理获得手部动作信息，进而驱动假手的控制电机来实现假手控制 的一种电动假手。EMG是截肢者实现假手控制意图的信息载体，它将人体残肢 与机械假手的控制联系起来。对于肢体后天缺失的残疾人，一般情况下仍然 具有像肢体健全的健康人一样的肢体控制意识，在医学上称之为“幻肢感”， 肌电假手的佩带者正是利用这种感觉，通过类似健康人控制肢体动作的方式 控制残肢，通过对残臂肌肉活动的检测获得EMG。肌电假手技术相对成熟，安 装简便、动作自然，正成为手部缺失残疾人的理想选择。

人手的操作是在大脑的控制下，通过手-眼协调完成的。人手是一个拥 有多级控制、刺激和信息接收的生物机械系统，具有输入输出复杂、多通道 的特点，在神经系统协调控制下能够完成各种精巧复杂的动作。普通的肌电 假手只能完成一些最简单的手部动作，如展拳、握拳、伸腕、屈腕等，没有 任何对外界操作环境的传感感知功能。要使肌电假手像人的真手一样具备复 杂的、精细的作业能力，感知外界的作业环境是必须的，因此模仿人手的各 种感觉功能成为进一步研究的必然，肌电假手只有具备了多种感知传感器后， 其仿生效果和智能控制水平才能获得提升。

导热性感觉是一种对被抓物体导热性好坏的判断，人判断物体导热性好 坏有两种途径：一是看，通过眼睛看，获得物体颜色、结构、形状等信息， 再根据经验推断物体是什么材料制作的，并将不同的材料对应为不同的导热 性，这种基于视觉的导热性判别有时并不可靠，尤其在物体的颜色、结构与 常规情况相悖时更是如此；二是摸，通过手摸，人能感知物体的“冷暖”， 由于手指相对于被抓握物体是暖体(通常情况下)，接触被抓物体后发生热 传导，热量从手指传递给被抓物体，由被抓物体的导热性好坏形成“冷”或 “暖”的感觉，这就是人的导热性感觉。当环境现场的光线受到限制时，视 觉无法发挥作用，触摸感觉无疑是最为重要的感知环境的方式。导热性感觉 是人通过触摸得到的关于被抓对象最直观的感觉信息之一。具有导热性感觉 的肌电假手就是通过对物体的导热测量，实现肌电假手对被抓物体导热性好 坏的判断，通过它可以推断被抓握物体的部分物理性能，使肌电假手具有一 定的感知能力，提高肌电假手的仿生性。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种用于肌电假手的、通过 抓握能感知被抓物体导热性能的导热性传感器。

本发明的导热性传感器包括层状结构的传感器本体和信号处理电路。

传感器本体由下到上依次为橡胶基底、柔性加热层、橡胶包封表皮，橡胶 包封表皮的上表面设置有突起。温度敏感电阻嵌入在橡胶包封表皮内，温度 不同时温度敏感电阻输出的阻值不同。柔性加热层为橡胶电阻或电阻漆，柔 性加热层的上、下表面分别粘贴有薄片状的柔性电极。传感器本体封装在金 属框架内。一根柔性电极引线穿过橡胶基底后与一个柔性电极连接，另一根 柔性电极引线穿过橡胶基底和柔性加热层后与另一个柔性电极连接，两根柔 性电极引线实现对整个传感器进行加热，两根柔性电极引线与一个引线接头 固定连接。温度敏感电阻的两根引线穿过柔性加热层和橡胶基底后与另一个 引线接头固定连接。

信号处理电路包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、差动放大器A， 温度敏感电阻R_x与第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃构成电桥，电桥的 两个输入端分别与直流电源的正、负电极连接，电桥的两个输出端分别与差 动放大器A的正、负输入端连接。第一电阻R₁、第二电阻R₂和第三电阻R₃的 阻值均与温度敏感电阻R_x在0℃时的阻值相同。当温度敏感电阻R_x的阻值随温 度变化时，差动放大器A输出y随之变化。