基于导电织物的柔性可拉伸传感器及手势识别研究

摘要

随着可穿戴技术的飞速发展，基于柔性拉伸传感器的可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。柔性拉伸传感器具有轻薄便携、柔韧性好，可自由弯曲甚至折叠等特点，在人体关节运动监测或手势姿态识别等领域有着重要的研究意义。
　　本文利用溶液共混法在织物基底上制备了基于石墨烯/聚苯胺/硅橡胶复合材料的柔性拉伸传感器。研究三种材料不同组分配比及不同制备工艺对柔性拉伸传感器拉伸性能及电学性能的影响。对基于石墨烯/聚苯胺/硅橡胶复合材料的柔性拉伸传感器进行了微观表征与特性分析，研究了柔性拉伸传感器的拉伸应变-传感机制、力学及电学特性。实验结果表明:基于石墨烯/聚苯胺/硅橡胶复合材料的柔性可拉伸传感器不仅具有较高的拉伸率及应变系数，且具备优异的力学及电学稳定性能。
　　利用柔性拉伸传感器并制备数据手套，实现了对人手关节弯曲角度的精确测量。通过分析人手关节模型构建了虚拟手模型，建立了标准手势库。利用模板匹配的手势识别方法，实现手势姿态匹配。实验结果表明:基于柔性拉伸传感器的数据手套具有优异的性能，且基于该柔性拉伸传感器的模板匹配手势识别方法具有较高的识别率。研究基于导电织物的柔性可拉伸传感器在可穿戴设备及人机交互领域具有很大的潜在应用价值。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状及主要问题

1．2．1 柔性拉伸传感器导电材料的研究进展

1．2．2 柔性可拉伸传感器基底材料的研究进展

1．2．3 柔性可拉伸传感器的研究及应用

1．3 课题研究的来源、意义及主要内容

第二章 基于石墨烯／聚苯胺／硅橡胶织物拉伸传感器研究

2．1 敏感材料与织物特性研究

2．1．1 石墨烯与聚苯胺结构与性质

2．1．2 莱卡织物基底结构与性质

2．2．1 材料与仪器

2．2．2 样品制备

2．2．3 柔性拉伸传感器表征及分析

2．3 基于石墨烯／聚苯胺／硅橡胶的柔性拉伸传感器特性分析

2．3．1 柔性拉伸传感器的静态特性

2．3．2 柔性拉伸传感器的动态特性

2．4 本章小结

第三章 基于柔性拉伸传感器的数据手套研制及手势识别研究

3．1 手势姿态方法研究

3．2 数据手套制作及测试

3．2．1 基于柔性拉伸传感器的数据手套研制

3．2．2 基于柔性拉伸传感器的数据手套性能测试

3．3．1 手势特征提取研究

3．3．2 关节弯曲特征标定及手势特征提取

3．4 本章小结

第四章 手势识别系统及应用

4．1 二进制编码及手势库建立

4．2 数据手套信号处理系统硬件设计

4．3．1 手势特征信息处理

4．3．2 手势识别仿真环境实现

4．4 人机交互中手势识别应用

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况