CN113647964A - 一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及手臂肌电信号采集设备技术领域，更具体地涉及一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，包括：手环带，其一端设计有卡扣，另一端设置有多个孔，通过使卡扣扣入不同的孔来调节手环带的松紧程度；一个大电极模块，其内部安装有大电极信号采集板、电极信号处理板、控制板、IMU‑蓝牙板及电源处理板这五个电路板，五个电路板之间通过连接器公母头对接；实现供电和通信；五个小电极模块，每个小电极模块内部安装有小电极信号采集板和用于给整个手环供电的锂电池包。相对于传统的生物电手环具，本方案提供的手环对手臂的贴合更紧密，电极片检测的信号更准确。
Description
技术领域
本发明涉及手臂肌电信号采集设备技术领域，具体涉及一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环。
背景技术
现有机器学习技术运用与操纵杆相似的原理，具体来说，是为用户的手臂设置起点，然后，如果手臂被移动，则机器人将开始以相同的速度向相同的方向移动。如果用户沿相反方向移动手臂，则机器人将以恒定速度沿相同方向移动。用户只能通过一些变量来控制运动的方向，因为速度是预编程的。
针对以上机器人只能以恒定速度沿相同方向移动的问题，现有技术做出了改进，提出一种基于表面肌电信号和动捕技术机器学习算法，该方法利用肌电信号和动作捕捉信号结合机器学习的方法实现机械臂的遥操作控制。该方法具有实时速度跟踪和响应快速的特点。然而，针对该方法，现有技术配套的硬件中，对手臂的肌电信号和动作捕捉信号进行采集所使用的手环采用弯折结构实现橡胶的大位移弹性变形以适应手臂粗细的变化，采用该结构的手环在使用者手臂较细的情况下，手环与手臂的贴合较松，导致电极片不能紧贴肌肉而产生不准确的信号。
鉴于以上情况，亟需一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，以解决现有的手环在使用者手臂较细的情况下，手环与手臂的贴合较松，导致电极片不能紧贴肌肉而产生不准确的信号的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，相对于传统的生物电手环具，本方案提供的手环对手臂的贴合更紧密，电极片检测的信号更准确。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，包括：
手环带，其一端设计有卡扣，另一端设置有多个孔，通过使卡扣扣入不同的孔来调节手环带的松紧程度；
一个大电极模块，其内部安装有大电极信号采集板、电极信号处理板、控制板、IMU-蓝牙板及电源处理板这五个电路板，五个电路板之间通过连接器公母头对接；实现供电和通信；
五个小电极模块，每个小电极模块内部安装有小电极信号采集板和用于给整个手环供电的锂电池包；
每块小电极信号采集板及大电极信号采集板上均设置有3个电极片，且3个电极片位于一列。
作为优选，所述每块小电极信号采集板及大电极信号采集板上设置的3个电极片中，位于中间的电极片小于位于两侧的电极片。
作为优选，所述每块小电极信号采集板及大电极信号采集板均安装在塑料壳内。
作为优选，所述每列电极片中相邻的电极片之间通过橡胶件进行连接。
作为优选，相邻小电极模块之间、相邻小电极模块与大电极模块之间通过印刷排线进行供电和通信。
作为优选，
所述小电极信号采集板中的电极片采用焊接工艺焊接在小电极信号采集板上；
所述大电极信号采集板中的电极片采用焊接工艺焊接在大电极信号采集板上。
作为优选，所述每个小电极模块包括上下两块塑料件，上下两块塑料件采用卡扣锁合的方式将锂电池包、小电极信号采集板、电极片和橡胶件固定。
作为优选，
所述大电极模块还包括上下两层塑料件；
所述大电极模块的五个电路板之间通过连接器公母头对接实现供电和通信，通过螺钉螺柱实现机械的连接；
五个电路板固定在上层塑料件上。
作为优选，所述下层塑料件上设置有Micro-USB充电接口。
作为优选，所述上下两层塑料件之间采用螺纹连接的方式连接。
本发明的有益效果是：
本发明提供的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，包括手环带，其一端设计有卡扣，另一端设置有多个孔，通过使卡扣扣入不同的孔来调节手环带的松紧程度，根据穿戴该手环的人的手臂粗细来决定卡扣所扣入的孔的位置。相对于传统的生物电手环具，本方案提供的手环对手臂的贴合更紧密，电极片检测的信号更准确。
附图说明
图 1 是本发明提供的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环的整体展开结构示意图；
图 2 是本发明提供的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环的爆炸图。
图中：
1-手环带；2-小电极模块；3-橡胶框架；4-大电极模块；5-印刷排线；
11-卡扣；12-通孔；
21-小电极信号采集板；22-锂电池包；
41-大电极信号采集板；42-电极信号处理板；43-控制板；44-IMU-蓝牙板；45-电源处理板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1至图2所示，本发明提供的一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，包括手环带1、一个大电极模块4及五个小电极模块2。
其中，所述手环带1优选为采用橡胶材料制作而成。当然，手环带1并不局限于采用此种材料制作而成。手环带1的一端设计有卡扣11，另一端设置有多个孔12，通过使卡扣11扣入不同的孔12来调节手环带1的松紧程度。相邻两孔12之间的间距根据需要而定，但相邻两孔12之间的间距应尽可能的小。
所述大电极模块4内部安装有大电极信号采集板41、电极信号处理板42、控制板43、IMU(Inertial Measurement Unit的缩写)-蓝牙板44及电源处理板45这五个电路板，五个电路板之间通过连接器公母头对接，实现供电和通信。
所述五个小电极模块2的其中两个位于大电极模块4的一侧，另外三个位于大电极模块4的另一侧。相邻小电极模块2之间、相邻小电极模块2与大电极模块4之间通过橡胶框架3进行机械连接。每个小电极模块2内部安装有小电极信号采集板21和锂电池包22，5个锂电池包22用于给整个手环供电。
每块小电极信号采集板21及大电极信号采集板41上均设置有3个电极片，且3个电极片位于一列。
佩戴手环时，电极片朝内，手环带1缠绕手臂，带有孔12的那端的手环带1穿入卡扣环，根据手臂的粗细使卡扣11插入不同的孔12来调节手环的松紧程度。当卡扣11卡紧手环带1上的孔12时，电极片与手臂上的皮肤贴合，检测手臂上的表面肌电信号。本发明提供的遥操作手环的结构设计方案相对于传统的生物电手环具对手臂的贴合更紧密，电极片检测的信号更准确。
于本实施例中，作为优选方案，所述每块小电极信号采集板21及大电极信号采集板41上设置的3个电极片中，位于中间的电极片小于位于两侧的电极片。即位于两端的电极片为大电极片，位于中间的电极片为小电极片。
于本实施例中，作为优选方案，所述小电极信号采集板21中的电极片采用焊接工艺焊接在小电极信号采集板21上。当然，电极片并不局限于通过焊接的工艺固定在小电极信号采集板21上，还可以通过其它固定方式。
于本实施例中，作为优选方案，所述大电极信号采集板41中的电极片也采用焊接工艺焊接在大电极信号采集板41上。当然，电极片并不局限于通过焊接的工艺固定在大电极信号采集板41上，还可以通过其它固定方式。
于本实施例中，作为优选方案，所述每列电极片中相邻的电极片之间通过橡胶件进行连接。
于本实施例中，作为优选方案，所述每块小电极信号采集板21及大电极信号采集板41均安装在塑料壳内。具体的，每块小电极信号采集板21分别安装在小塑料壳内；大电极信号采集板41安装在大塑料壳内。
本发明所述小电极模块2和大电极模块4，由于需要供电和采集电极信号至电极信号处理板42中，作为优选方案，相邻小电极模块2之间、相邻小电极模块2与大电极模块4之间通过印刷排线5进行供电和及信号采集（或通信）。
于本实施例中，作为优选方案，所述每个小电极模块2包括上下两块塑料件，上下两块塑料件采用卡扣锁合的方式将锂电池包22、小电极信号采集板21、电极片和橡胶件夹紧固定。
于本实施例中，作为优选方案，所述大电极模块4还包括上下两层塑料件。所述大电极模块4的五个电路板之间通过连接器公母头对接实现供电和通信，通过螺钉螺柱实现机械的连接。之后将五个电路板固定在上层塑料件上。所述上下两层塑料件之间采用螺纹连接的方式连接固定，上下两层塑料件将其内部的电路板及其它零部件压紧固定。
于本实施例中，作为优选方案，在所述下层塑料件上挖有孔，该孔作为手环的Micro-USB（Universal Serial BUS的缩写）充电接口。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，包括：
手环带，其一端设计有卡扣，另一端设置有多个孔，通过使卡扣扣入不同的孔来调节手环带的松紧程度；
一个大电极模块，其内部安装有大电极信号采集板、电极信号处理板、控制板、IMU-蓝牙板及电源处理板这五个电路板，五个电路板之间通过连接器公母头对接；实现供电和通信；
五个小电极模块，每个小电极模块内部安装有小电极信号采集板和用于给整个手环供电的锂电池包；
每块小电极信号采集板及大电极信号采集板上均设置有3个电极片，且3个电极片位于一列。
2.如权利要求1所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，所述每块小电极信号采集板及大电极信号采集板上设置的3个电极片中，位于中间的电极片小于位于两侧的电极片。
3.如权利要求1所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，所述每块小电极信号采集板及大电极信号采集板均安装在塑料壳内。
4.如权利要求1所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，所述每列电极片中相邻的电极片之间通过橡胶件进行连接。
5.如权利要求1所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，相邻小电极模块之间、相邻小电极模块与大电极模块之间通过印刷排线进行供电和通信。
6.如权利要求1所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，
所述小电极信号采集板中的电极片采用焊接工艺焊接在小电极信号采集板上；
所述大电极信号采集板中的电极片采用焊接工艺焊接在大电极信号采集板上。
7.如权利要求1所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，所述每个小电极模块包括上下两块塑料件，上下两块塑料件采用卡扣锁合的方式将锂电池包、小电极信号采集板、电极片和橡胶件固定。
8.如权利要求1至7任一项所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，
所述大电极模块还包括上下两层塑料件；
所述大电极模块的五个电路板之间通过连接器公母头对接实现供电和通信，通过螺钉螺柱实现机械的连接；
五个电路板固定在上层塑料件上。
9.如权利要求8所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，所述下层塑料件上设置有Micro-USB充电接口。
10.如权利要求8所述的基于表面肌电信号和动捕技术的可穿戴遥操作手环，其特征在于，所述上下两层塑料件之间采用螺纹连接的方式连接。
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