CN110811614A - 织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于织物传感原理的针织智能服装工艺设计及表面肌电监测方法，包括以下步骤：针织智能服装整体规格设计；针织智能服装的电极部位设计；上机织造及后整理；电极中心位置钉扣；基于针织智能服装的表面肌电信号采集。经验证，采用本发明研发的智能服装与Ag/AgCl凝胶电极采集的肌电信号相关系数可高达0.6481，可用于运动过程中实时监测表面肌电信号，从而指导消费者在正确的姿势和状态下进行运动。本发明有利于拓展智能服装的新品类和新功能，同时为表面肌电采集技术的发展提供更多可能，带动智能服装多领域多方向发展并满足消费者的多样化消费需求，为智能服装迅速开辟和扩大市场起到积极促进作用。

Description

织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法
技术领域
本发明涉及一种基于织物传感技术的智能可穿戴服装的设计方法，特别是可用于人体表面肌电信号实时监测的智能服装设计及监测方法。
背景技术
云计算的日益普及推动着信息科技向物联网时代转变，人们开始更多的关注健康并利用最新的智能技术监测人体生理信号。智能服装因其可对人体生理活动信息以及外部环境信息进行长期、动态且“人体无意识”监测的特点而广受青睐。近年来，智能服装正以多种形式贴近用户生活，提供便捷智能的娱乐和监测服务，其中疾病预防和运动管理成为了最为主要的流行趋势。但现有的智能服装功能单一、品类较少，且因电极传感器大多以后期镶嵌形式固定于服装而造成突兀感等问题，仍旧无法满足日益增长的消费需求、难以对智能服装形成依赖性，因此进一步研发智能服装的新工艺和新功能对突破产业化瓶颈尤为重要。
表面肌电技术由于具有无创性、时效性被运动神经领域广泛应用。在运动中，实时监测人体表面肌电信号可预测肌肉疲劳避免过度训练，更有助于调整运动姿势养成良好的运动习惯，但目前肌电信号采集最为常用的凝胶电极会引起皮肤过敏且长时间使用会导致凝胶变干，无法长期实时监测肌电信号，且不可重复使用，将限制该技术的进一步发展。
发明内容
本发明的目的是：基于织物传感技术创设一种针织智能服装工艺设计新方法，并以此实现运动过程中表面肌电信号的实时监测，为表面肌电信号采集提供更多可能，并以多样的智能方向满足消费者的不同需求，对智能服装的发展起到积极促进作用。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对针织智能服装的整体规格进行设计；
步骤2、对针织智能服装的电极部位进行设计，包括确定电极部位在针织智能服装上的位置，对电极部位的尺寸及组织结构进行设计；
步骤3、基于步骤1及步骤2的设计上机织造针织智能服装，并对织造完成的针织智能服装进行后整理，其中，针织智能服装的电极部位以织造针织智能服装的纱线作为基底、将导电纱线作为添纱进行织造；
步骤4、在成对的电极中心位置上使用同种导电纱线缝上金属扣作为信号传输点，便于电极与表面肌电传感器连接；
步骤5、在成对电极的金属扣上连接表面肌电传感器，利用表面肌电传感器采集表面肌电信号。
优选地，步骤1中，对所述针织智能服装的整体规格进行设计包括对所述针织智能服装的规格参数以及组织结构进行设计。
优选地，步骤3中，所述后整理包括，织造完成的针织智能服装下机后将电极背面多余导电纱线浮线平均分配并股，采用双面导电胶带固定。
优选地，在所述步骤3之后，并所述步骤4之前还包括以下步骤：
对所述针织智能服装按照需求进行后道工序处理，处理时对温度进行控制避免温度过高氧化所述导电纱线，从而确保数据采集精确性。
优选地，步骤5中，在进行表面肌电信号采集前对被测部位皮肤进行预处理，使得受试者穿着针织智能运动服后电极背面与被测肌肉皮肤充分接触，并微调电极位置使其位于被测肌肉中心位置且与纤维肌方向一致以提高表面肌电信号采集精度。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下的优点和积极效果：本发明基于织物传感原理创设了一种针织智能服装的工艺设计和表面肌电信号监测新方法，有利于进一步拓展智能服装的新品类和新功能，同时为表面肌电采集技术提供更多发展可能。采用本发明研发的智能服装可在运动过程中实时监测表面肌电信号，从而指导消费者在正确的姿势和状态下进行运动，带动智能服装多领域多方向发展，满足消费者的不同需求，为智能服装迅速开辟和扩大市场起到积极促进作用。
附图说明
图1是本发明实施的流程图；
图2是基于织物电极的智能腿套穿着示意图；
图3a是静坐状态下Ag/AgCl电极sEMG时域图；
图3b是静坐状态下智能腿套sEMG时域图；
图4a是站立状态下Ag/AgCl电极sEMG时域图；
图4b是站立状态下智能腿套sEMG时域图；
图5a是行走状态下Ag/AgCl电极和智能腿套sEMG时域对比图；
图5b是行走状态下Ag/AgCl电极和智能腿套sEMG功率谱密度对比图；
图6a是慢跑状态下Ag/AgCl电极和智能腿套sEMG时域对比图；
图6b是慢跑状态下Ag/AgCl电极和智能腿套sEMG功率谱密度对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本实施例以基于织物电极的智能运动腿套工艺设计及小腿表面肌电信号采集方法为例来进一步说明本发明：
(1)织物传感智能腿套的整体规格设计
使用Photon软件绘制dis组织结构图并用QuasarL软件进行编程以设计织物传感智能腿套的整体规格参数及组织结构。
a.规格参数设计
本实施例研发智能腿套，较适合采用针织圆机制作，根据所采用的Santoni Goal615D型针织圆机(针筒3.75英寸，针距0.85GG，每转144针)设定线圈横列数为144针，其他规格参数设定如表1所示。
表1腿套规格参数设定
部位 转数/转 疏密马达参数 橡筋马达参数
上罗口 65 370 1400
腿套主体 284 300 1400→600
下罗口 43 300 600
b.组织设计
腿套的主体组织采用衬垫平针组织，上罗口采用双层衬垫平针组织，下罗口采用双层衬纬罗纹组织。
(2)织物传感智能腿套的电极部位设计
在Photon软件中设计智能腿套的电极部位位置、尺寸及组织结构。
a.电极位置设计
选择小腿外侧腓肠肌作为采集点，电极成对设计，设置于被测肌肉体的正中心，并与肌肉纤维的方向一致。
b.尺寸设计
设计圆形织物电极以避免边缘效应，设计纵行*横列数为16*32。
c.组织设计
电极部位选用1×1抽条组织进行添纱，组织结构如图1所示。
(3)上机织造和后整理
本实施例采用意大利SANTONI品牌的GOAL 615D型号针织圆机织造，织造过程中的纱线配置如表2所示。
表2纱线配置
纱线类型 纱线 穿纱根数 穿纱位置
地纱 44dtex/44dtex/44dtex锦包/氨纶双包纱 1 主色口1#纱嘴
面纱 78dtex/2锦纶纱 2 主色口8#纱嘴
扎口线 78dtex/2锦纶纱 1 主色口5#扎口
橡筋 311dtex/44dtex/44dtex锦包/氨纶双包纱 1 橡筋纱嘴
导电纱 222dtex镀银锦纶纱 1 2#色口1#纱嘴
下机后的针织智能腿套产品需进一步套在标准腿模上进行热定型整理。
(4)电极中心位置钉扣
在智能腿套的成对电极中心位置上使用222dtex镀银锦纶纱缝上一对金属扣作为信号传输点，便于与表面肌电传感器连接。
(5)基于智能腿套的表面肌电信号采集与应用验证
对测试部位进行脱毛处理，并用酒精棉片反复擦拭以减少皮肤阻抗，如图2方式穿戴智能腿套，微调电极位置使其位于受试者腓肠肌中部且与纤维肌方向一致，同时保证织物电极背面与皮肤充分接触。在成对电极的金属扣上连接Noraxon DTS肌电传感器并使用医用胶带固定于智能腿套外侧，设置采样频率为1500Hz，使用配套软件MyoMuscle MR3观察受试者的表面肌电图。
为验证本发明针织智能腿套的表面肌电信号实时监测效果，使用Ag/AgCl凝胶电极作为对照组同步进行静坐、站立、行走和慢跑状态的表面肌电信号采集试验，并使用Matlab软件提取对应的特征指标，结果如表3和表4，四种状态的时域和频域图像提取结果如图3a-图6b。
表3静坐和站立状态下的智能腿套表面肌电信号拟合性能提取结果
Figure BDA0002302544970000051
表4行走和慢跑状态下的智能腿套表面肌电信号拟合性能提取结果
Figure BDA0002302544970000052
结合图3a-图4b和表3数据发现，静坐与站立状态下智能腿套采集的表面肌电信号较为稳定，其幅值高出Ag/AgCl凝胶电极的0.8-1.6倍；结合图5a-图6b时域、频域图像分析和表4特征指标提取结果可知，行走与慢跑状态下通过智能腿套采集的表面肌电信号与Ag/AgCl凝胶电极相比幅值较大，但两者同步采集的表面肌电信号幅值和功率谱密度的变化趋势一致，行走与慢跑时的肌电信号均显著相关，相关系数分别高达0.6481和0.4624。因此认为本发明采用新的工艺设计方法研发的针织智能服装可以较好地替代Ag/AgCl凝胶电极，验证了其在运动过程中实时监测表面肌电信号的可行性，有利于为智能针织纺织品的产业化生产提供理论参考，带动智能服装向多领域发展，以多样的智能方向满足人们的不同需求。

Claims (5)

1.一种织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对针织智能服装的整体规格进行设计；
步骤2、对针织智能服装的电极部位进行设计，包括确定电极部位在针织智能服装上的位置，对电极部位的尺寸及组织结构进行设计；
步骤3、基于步骤1及步骤2的设计上机织造针织智能服装，并对织造完成的针织智能服装进行后整理，其中，针织智能服装的电极部位以织造针织智能服装的纱线作为基底、将导电纱线作为添纱进行织造；
步骤4、在成对的电极中心位置上使用同种导电纱线缝上金属扣作为信号传输点，便于电极与表面肌电传感器连接；
步骤5、在成对电极的金属扣上连接表面肌电传感器，利用表面肌电传感器采集表面肌电信号。
2.如权利要求1所述的一种织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法，其特征在于，步骤1中，对所述针织智能服装的整体规格进行设计包括对所述针织智能服装的规格参数以及组织结构进行设计。
3.如权利要求1所述的一种织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法，其特征在于，步骤3中，所述后整理包括，织造完成的针织智能服装下机后将电极背面多余导电纱线浮线平均分配并股，采用双面导电胶带固定。
4.如权利要求1所述的一种织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法，其特征在于，在所述步骤3之后，并所述步骤4之前还包括以下步骤：
对所述针织智能服装按照需求进行后道工序处理，处理时对温度进行控制避免温度过高氧化所述导电纱线，从而确保数据采集精确性。
5.如权利要求1所述的一种织物传感针织智能服工艺设计及表面肌电监测方法，其特征在于，步骤5中，在进行表面肌电信号采集前对被测部位皮肤进行预处理，使得受试者穿着针织智能运动服后电极背面与被测肌肉皮肤充分接触，并微调电极位置使其位于被测肌肉中心位置且与纤维肌方向一致以提高表面肌电信号采集精度。
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