[发明专利]一种脊柱和肢体关节传感系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种脊柱和肢体关节传感系统及其控制方法，所述系统包括：可穿戴自驱动传感器和信号处理组件，所述可穿戴自驱动传感器穿戴在人体脊柱或肢体关节处，通过采集人体运动产生的机械能，并将机械能转化为电能，为传感系统提供传感信号源，所述信号处理组件实时采集所述可穿戴自驱动传感器输出的电信号，并通过无线传输设备传送至移动终端进行显示。本发明解决了现人体姿态数据难以全天实时准确获取的问题。

技术领域

本发明涉及姿态识别控制领域，具体涉及一种脊柱和肢体关节传感系统及其控制方法。

背景技术

现代科技的发展往往伴随着社会压力的增加，大量的上班族以及学生群体经常以不健康的姿势长时间使用电脑或手机，长期保持这样的不良姿势往往容易导致脊椎疾病和身体疲劳。幸运的是，早期的姿态异常可以通过可穿戴姿态监测传感设备和必要的干预治疗加以纠正，因此，个人健康监测和评估在当今社会变得越来越不可或缺，这在很大程度上推动了传感技术、可穿戴电子、无线通信和纳米科学的发展。另外，人的关节活动，包括行走、弯腰、跑与跳等都蕴含着丰富且可持续的生物机械动能，如果能结合摩擦纳米发电机(TENG)的自驱动传感技术并有效的利用这些生物机械动能，使其成为一种自驱动主动式传感单元应用于人体关节活动监测，势必会大大扩展可穿戴电子在个人健康医疗领域的运用。

深度相机和惯性测量单元(IMUs)等装置，在一定程度上可以应用于监测人体的动作以及姿态的活动。然而，深度摄像机并不是一种可穿戴技术，当受试者从一个位置移动到另一个位置，此时离开了相机的视野，监测传感将会被迫中止。另一方面，基于惯性测量的设备，比如基于单点测量的加速度模块，需要复杂的体参数进行算法优化计算并建立模型来分析人体的实时运动状态，可以看出，这种测量手段是间接而又复杂的。不仅如此，在惯性模块使用过程中，测量误差将会随时间的增加而逐渐变大，这不仅会降低传感系统的精度，而且还需要不间断的进行额外的校正，以使整个传感系统更加稳定。因此，对于可以实现直接传感，同时具有高精度、适应性强、稳定性佳的可穿戴传感器及其系统的需求迫切。

发明内容

为此，本发明提供一种脊柱和肢体关节传感系统及其控制方法，以解决现人体姿态数据难以全天实时准确获取的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，公开了一种脊柱和肢体关节传感系统，所述系统包括：可穿戴自驱动传感器和信号处理组件，所述可穿戴自驱动传感器穿戴在人体脊柱或肢体关节处，通过采集机械能，并将机械能转化为电能，为传感系统提供传感信号源，所述信号处理组件实时采集所述可穿戴自驱动传感器输出的电信号，并通过无线传输设备传送至移动终端进行显示。

进一步地，所述可穿戴自驱动传感器包括：定子部、转子部和盖子部，所述定子部、转子部和盖子部自下往上同轴安装，所述盖子部，用于封装可穿戴自驱动传感器顶部，所述转子部包括：转子粘性薄膜、转子外壁、转子主体、转子柔性电路板、卷簧组件、连接轴、绳索件；所述定子部包括：定子粘性薄膜、支撑底座、摩擦介电层、螺丝、螺帽，定子柔性电路板、电位器；当所述可穿戴自驱动传感器件中所述绳索件受到外界机械应力而被拉伸或收缩时，所述转子部相对定子部发生转动。

进一步地，所述转子粘性薄膜和所述定子粘性薄膜均为双面胶带，所述转子粘性薄膜用于将所述转子柔性电路板贴附于所述转子外壁，所述定子粘性薄膜用于将所述定子柔性电路板贴附于支撑底座内壁。

进一步地，所述转子柔性电路板，用于制作摩擦纳米发电机的摩擦层电极，具有周期性的栅格电极结构，所述定子柔性电路板，用于制作摩擦纳米发电机的感应电极，具有周期性的叉指栅格电极结构，定子柔性电路板的叉指栅格电极总数是所述转子柔性电路板的栅格电极总数的正整数倍，所述转子柔性电路板、所述定子柔性电路板与所述摩擦介电层三者等宽对齐。

进一步地，所述摩擦介电层，用于制作摩擦纳米发电机的摩擦层，包括得电子能力强的各类聚合物摩擦层材料，贴附在所述定子柔性电路板上或所述转子柔性电路板表面。