CN113279258B - 导电纱线及其制造方法、肌电采集袖套与假肢交互系统 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种导电纱线及其制造方法、肌电采集袖套与假肢交互系统。导电纱线的制造方法包括：配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液；将棉线放入所述水溶液浸泡第一预设时间；将所述棉线从所述水溶液取出进行烘干处理；配置导电材料溶液，并对所述导电材料溶液进行超声波处理；将烘干后的所述棉线放入行超声处理后的所述导电材料溶液中浸泡第二预设时间；从所述导电材料溶液中取出所述棉线进行烘干处理。

Description

导电纱线及其制造方法、肌电采集袖套与假肢交互系统
技术领域
本公开涉及假肢技术领域，具体而言，涉及一种导电纱线的制造方法、导电纱线、多点位肌电采集袖套与假肢交互系统。
背景技术
人工假肢系统拥有广阔的发展前景，可以应用到民用领域如医疗上辅助残疾人进行康复训练、资源勘探和灾难救援等，或是应用到军用领域如机械外骨骼和武器的操控等，人机交互技术在人类的未来生活中必将扮演重要角色。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开实施例的目的在于提供一种导电纱线及其制造方法、肌电采集袖套与假肢交互系统。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种导电纱线的制造方法，该导电纱线的制造方法包括：
配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液；
将棉线放入所述水溶液浸泡第一预设时间；
将所述棉线从所述水溶液取出进行烘干处理；
配置导电材料溶液，并对所述导电材料溶液进行超声波处理；
将烘干后的所述棉线放入行超声处理后的所述导电材料溶液中浸泡第二预设时间；
从所述导电材料溶液中取出所述棉线进行烘干处理。
在本公开的一种示例性实施例中，配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液，包括：
配置质量分数为0.5％-2％的聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液。
在本公开的一种示例性实施例中，配置导电材料溶液，包括：
配置质量分数为3-7％的碳纤维的乙醇溶液。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导电材料包括碳纤维、片状石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、导电油墨、银纳米线、银颗粒中的至少一种。
根据本公开实施例的另一个方面，提供了一种导电纱线，该导电纱线由上述的导电纱线的制造方法形成。
根据本公开实施例的又一个方面，提供了一种多点位肌电采集袖套，该多点位肌电采集袖套包括：
袖套本体；
多个图案化电极，设于所述袖套本体上；各所述图案化电极包括多根导电纱线，多根所述导电纱线的端部形成电极图案，一所述导电纱线的端部形成有第一电极部，其余导电纱线的端部包括围绕所述第一电极部的第二电极部；
其中，所述导电纱线为上述的导电纱线。
在本公开的一种示例性实施例中，所述导电纱线位于所述袖套本体的内侧。
在本公开的一种示例性实施例中，设有五个所述图案化电极，分别用于人体的五根手指的肌电信号。
根据本公开实施例的再一个方面，提供了一种假肢交互系统，该假肢交互系统包括：
上述的多点位肌电采集袖套；
控制器，与所述多点位肌电采集袖套中的多个所述图案化电极连接；所述控制器被配置为根据所述图案化电极的肌电信号输出控制信号；
机械手，与所述控制器连接；所述机械手被配置为根据所述控制信号进行运动。
在本公开的一种示例性实施例中，获取多个所述图案化电极的肌电信号，采用欧几里得距离和支持向量机算法，确定各个手指单独运动的模式从而输出对应的控制信号控制所述机械手运动。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为本公开的一种实施例提供的导电纱线的制造方法的流程图；
图2为本公开的一种实施例提供的图案化电极的缝制示意图；
图3为本公开的一种实施例提供的图案化电极的结构示意图；
图4为本公开的一种实施例提供的肌电信号采集的位点示意图；
图5为本公开的一种实施例提供的假肢交互系统的信号采集、数据分析处理和输出示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。
虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“该”、和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
发明人发现，表面肌电信号蕴含着有关人体自身肌肉群运动的丰富信息，是从皮肤表面检测相应位置内部肌肉产生的肌电的方法，与传统针电极相比无痛无损，用它作为媒介构建人机交互系统具有天然的优势。随着神经科学家和工程师学习如何将神经元和肌肉的内在电信号对接并利用它们来控制外部设备，神经假肢领域正在迅速发展。
目前人工假肢系统的设计，单自由度的机械手控制已十分成熟，但无法精准控制与人体一一对应的五根手指，满足不了日常生活中对灵活度的需求，这归结于信号采集端的穿戴舒适度、电极的数量以及不同电极间的信号串号，使其应用受到了限制。
针对上述技术问题，本公开的实施例首先提供了一种导电纱线的制造方法，如图1所示，该导电纱线的制造方法包括：
步骤S100、配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液；
步骤S200、将棉线放入水溶液浸泡第一预设时间；
步骤S300、将棉线从水溶液取出进行烘干处理；
步骤S400、配置导电材料溶液，并对导电材料溶液进行超声波处理；
步骤S500、将烘干后的棉线放入行超声处理后的导电材料溶液中浸泡第二预设时间；
步骤S600、从导电材料溶液中取出棉线进行烘干处理。
下面，将对本公开提供的导电纱线的制造方法中的各步骤进行详细的说明。
在步骤S100中，配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液。
具体地，配置质量分数为0.5％～2％的聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液，优选地，配置质量分数为1％的聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液。
在步骤S200中，将棉线放入水溶液浸泡第一预设时间。
具体地，将棉线放入水溶液浸泡第一预设时间，第一预设时间可为20分钟～40分钟；优选地，第一预设时间为30分钟。其中，棉线细度可为60D～80D，优选地棉线细度为70D。其中，棉线基底为棉/莱卡等，或其他弹性混纺纱线。
通过将棉线放入聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)的水溶液进行浸泡，以便后续在棉线上形成导电材料。
在步骤S300中，将棉线从水溶液取出进行烘干处理。
具体地，将棉线从水溶液取出进行烘干处理，可在50℃-70℃的温度下完全烘干；优选地，在60℃的温度下完全烘干。
在步骤S400中，配置导电材料溶液，并对导电材料溶液进行超声波处理。
具体地，配置质量分数为3-7％的碳纤维的乙醇溶液做为导电材料溶液，接着采用超声波装置对导电材料溶液进行超声波处理20分钟～40分钟；优选地，采用超声波装置对导电材料溶液进行超声波处理30分钟。其中，PDDA在水中溶解后带正电，可以吸附带负电的碳黑，和碳纤维有一定的相互吸作用，让其更稳固地吸附在棉线上。
其中，电材料包括碳纤维、片状石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、导电油墨、银纳米线、银浆的至少一种。其中，片状石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、银纳米线可以在乙醇或者水中超声分散形成导电材料溶液；导电油墨和银浆本身可做为导电材料溶液。在步骤S500中，将烘干后的棉线放入行超声处理后的导电材料溶液中浸泡第二预设时间。
具体地，接着将步骤S300制作的棉线放入行超声处理后的导电材料溶液中浸泡第二预设时间，第二预设时间可为20分钟～40分钟；优选地，第一预设时间为30分钟。
在步骤S600中，从导电材料溶液中取出棉线进行烘干处理。
具体地，从导电材料溶液中取出棉线进行烘干处理，可在50℃-70℃的温度下完全烘干；优选地，在60℃的温度下完全烘干。最终形成导电纱线。
本公开上述采取的温度参数以及时间参数，能够保证棉线完全烘干，避免棉线碳化收缩，避免碳纤维脱落。温度过低或时间太短，无法完全烘干纱线，碳纤维容易脱落；温度过高或时间太长，棉线会部分碳化收缩，影响纱线性能。
本公开的实施例还提供了一种导电纱线，该导电纱线由上述实施例提供的导电纱线的制造方法形成。导电纱线的具体细节参照上述关于导电纱线的制造方法中的具体论述，在此不再赘述。
本公开的实施例还提供了一种多点位肌电采集袖套，多点位肌电采集袖套包括：袖套本体和多个图案化电极，多个图案化电极设于袖套本体上；各图案化电极包括多根导电纱线，多根导电纱线的端部形成电极图案，一导电纱线的端部形成有，其余导电纱线的端部包括围绕第一电极部的第二电极部；其中，导电纱线为上述实施例提供的导电纱线。
具体地，如图2所示，绣花过程中，导电纱线20为底线，普通纱线为面线，即导电纱线20位于袖套本体10的内侧。可将烘干的棉线绕成卷放入绣花机底线腔室后开始绣制，采用特定工艺将导电纱线引入袖套本体的普通布料中，提高了系统整体的结构稳定性。
具体地，如图4所示，袖套本体10上设有五个图案化电极30，分别用于人体的五根手指的肌电信号。其中，刺绣过程为可编程方式，使得单个袖套可大批量生产以及针对不同人手臂的大小和点位进行定制。
其中，图案化电极30在袖套本体10上的分部位置根据使用者小臂肌肉群的位置确定，图案化电极个数可为五个，分别对应五根手指。
具体地，通过软件将预先设计的图案化电极传输至可编程绣花机，电极图案为同心圆电极或其他形状的电极。如图3所示，同心圆电极的内径为0.5cm-1cm，外径为1cm-1.5cm，宽度小于1mm；即第一电极部210的直径为0.5cm-1cm，围绕第一电极部210的第二电极部220的外径为1cm-1.5cm，第二电极部宽度为小于1mm；导电纱线20的宽度小于1mm。
本公开的实施例还提供了一种假肢交互系统，该假肢交互系统包括：上述实施例提供的多点位肌电采集袖套、控制器和机械手。控制器与多点位肌电采集袖套中的多个图案化电极连接；控制器被配置为根据图案化电极的肌电信号输出控制信号；机械手与控制器连接；机械手被配置为根据控制信号进行运动。
具体地，获取多个图案化电极的肌电信号，采用欧几里得距离和支持向量机算法，确定各个手指单独运动的模式从而输出对应的控制信号控制机械手运动。
具体地，如图5所示，预先将代码录至控制器中的处理模块50中，使用者戴上多点位肌电采集袖套后，依次连接好图案化电极与控制器中的放大器40，放大器40与机械手连接；使用者做出手势，图案化电极采集表面肌电信号并传输至放大器40，控制器中的处理模块50处理通过放大器40放大的肌电信号，最后传输至伺服电机控制机械手的多个自由度运动。
本公开提供的假肢交互系统，多点位肌电采集袖套采用特定工艺将导电纱线引入普通布料的袖套本体中，提高了系统整体的结构稳定性。同时，刺绣过程为可编程方式，使得单个袖套可大批量生产以及针对不同人手臂的大小和点位进行定制袖套能同时采集与五根手指对应的肌肉群产生的肌电信号，在操纵机械手方面可以提供更多通道数量的信号，对不同手指的运动进行识别，从而使得机械手的自由度提高，具有良好的应用前景。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种多点位肌电采集袖套，其特征在于，包括：
袖套本体；
多个图案化电极，设于所述袖套本体上；各所述图案化电极包括多根导电纱线，各所述图案化电极由所述导电纱线刺绣而成，绣花过程中，所述导电纱线为底线，普通纱线为面线，所述导电纱线位于所述袖套本体的内侧；多根所述导电纱线的端部形成电极图案，一所述导电纱线的端部形成有第一电极部，其余导电纱线的端部包括围绕所述第一电极部的第二电极部，以使所述电极图案为同心圆形状；
所述多点位肌电采集袖套设有五个所述图案化电极，分别用于人体的五根手指的肌电信号；
其中，所述导电纱线的制造方法包括：
配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液；
将棉线放入所述水溶液浸泡第一预设时间；
将所述棉线从所述水溶液取出进行烘干处理；
配置导电材料溶液，并对所述导电材料溶液进行超声波处理；
所述导电材料由碳纤维、片状石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯中的一种或多种组成；
将烘干后的所述棉线放入行超声处理后的所述导电材料溶液中浸泡第二预设时间；
从所述导电材料溶液中取出所述棉线进行烘干处理。
2.根据权利要求1所述的多点位肌电采集袖套，其特征在于，配置聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液，包括：
配置质量分数为0.5％-2％的聚二烯丙基二甲基氯化铵的水溶液。
3.根据权利要求1所述的多点位肌电采集袖套，其特征在于，配置导电材料溶液，包括：
配置质量分数为3-7％的碳纤维的乙醇溶液。
4.一种假肢交互系统，其特征在于，包括：
权利要求1-3任一项所述的多点位肌电采集袖套；
控制器，与所述多点位肌电采集袖套中的多个所述图案化电极连接；所述控制器被配置为根据所述图案化电极的肌电信号输出控制信号；
机械手，与所述控制器连接；所述机械手被配置为根据所述控制信号进行运动。
5.根据权利要求4所述的假肢交互系统，其特征在于，获取多个所述图案化电极的肌电信号，采用欧几里得距离和支持向量机算法，确定各个手指单独运动的模式从而输出对应的控制信号控制所述机械手运动。
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