31、用于下肢辅助外骨骼的柔性传感器研究

用于下肢辅助外骨骼的柔性传感器研究

1. 柔性传感器优势及提出背景

传统的惯性测量单元（IMUs）存在校准和初始化耗时且易出错的问题，而柔性传感器无需校准和初始化，使用和维护更便捷。同时，它对外界因素（如磁干扰）不敏感，在某些环境下比IMUs更具优势。此外，柔性传感器可集成到柔软且可穿戴的外骨骼中，为关节角度和运动提供准确信息，帮助外骨骼调整辅助策略，减少佩戴者疲劳并提高其运动表现。基于这些优点，本文提出了一种柔性可拉伸电容传感器，并通过不同坡度的动态测试实验验证了其可靠性。

2. 实验方法

2.1 实验设备与系统

• 柔性传感器介绍 ：柔性传感器按测量原理主要分为压电传感器、电阻传感器和电容传感器。由于电容传感器在仅拉伸条件下可靠性更好，在不同温度和湿度环境下可靠性更高，且加工技术更简单易实现，因此本文选用电容拉伸传感器。
• 弹性基底 ：柔性可拉伸导电材料的力学性能（如杨氏模量和最大拉伸长度）主要受弹性基底影响。弹性体可分为化学交联弹性体和物理交联弹性体。化学交联弹性体中，聚合物通过共价键连接形成聚合物网络，具有良好的力学性能和热稳定性；物理交联弹性体由较弱相互作用连接的聚合物链组成，如聚（苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯）（SBS）和氢化聚（苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯）（SEBS），可通过调整嵌段共聚物各部分比例优化材料性能，且更易加工和重塑。本文传感器使用物理交联弹性体SEBS，它不含不饱和双键，稳定性、抗氧化性和抗老化性好，还具有可塑性和高弹性等优异力学性能，适用于不同使用场景且不易损坏。
• 传感