一种传递感觉的可穿戴装置的制作方法

本发明属于感觉反馈技术领域，涉及一种传递感觉的可穿戴装置。

背景技术：

目前采用智能皮肤解决残疾人使用假肢时无法获得触觉的问题，但现有所有的智能皮肤都是通过传感器感受外界条件变化而后产生相应地刺激直接作用于使用者的神经上来产生感觉，其先决条件就是必须在神经上植入感知芯片，但是这个过程非常危险，成功率极低，价格昂贵，同时面临着芯片损坏或者脱落就极难更换的问题。现阶段没有任何一款皮肤投入市场，都只在实验室条件下验证可行性，距离其真正商用化还有很长一段时间，而且在真正商用之后如何解决芯片植入成功率低，更换，升级，会不会与人体产生排异反应等问题才是真正困难点。因此，亟需一种无需手术、使用方便、可靠性高的传递感觉的装置，解决残疾人使用假肢时无法获得触觉的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种传递感觉的可穿戴装置，无需手术、使用方便、可靠性高，以解决残疾人使用假肢时无法获得触觉的问题。

本发明的一种传递感觉的可穿戴装置，包括：可穿戴壳体、多个薄膜压力传感器、多个半导体温度传感器和设于可穿戴壳体中的分压电路、数模转换芯片、主控制器、级联芯片逻辑控制电路、电机驱动电路、多个步进电机、功率驱动电路、多个ptc加热模块和多个加热温度传感器；

所述薄膜压力传感器和半导体温度传感器设置于假肢的相应手指上，以采集假肢处的热觉和触觉，并将热觉变化、触觉变化转成阻值变化；

所述分压电路与多个薄膜压力传感器、多个半导体温度传感器相接，将薄膜压力传感器、半导体温度传感器的阻值变化转换为模拟电压信号；

所述数模转换芯片分别与分压电路和主控制器连接，将模拟电压信号转换成数字信号发送给主控制器；

所述主控制器根据数字信号计算压力变化和温度变化，并向级联芯片逻辑控制电路发送压力控制信号，向功率驱动电路发送温度控制信号；

所述级联芯片逻辑控制电路将主控制器输出的串行压力控制信号转换成相应的步进电机的控制信号输出给电机驱动电路以控制相应的步进电机；

所述功率驱动电路与多个ptc加热模块连接，根据温度控制信号控制相应的ptc加热模块；

所述加热温度传感器与对应的ptc加热模块连接，并将采集的温度信号反馈给主控制器；

所述可穿戴壳体穿戴于肢体上，其内设有多个滑块，每个滑块对应连接一个步进电机，在步进电机带动下按压肢体，所述ptc加热模块设置于相应的滑块端部与肢体接触。

在本发明的传递感觉的可穿戴装置中，假肢的每个手指上设置一个薄膜压力传感器和一个半导体温度传感器，可穿戴壳体内设有5个步进电机、5个ptc加热模块和5个加热温度传感器。

在本发明的传递感觉的可穿戴装置中，还设有电源模块，电源模块安装在假肢上，电源模块分别与分压电路、数模转换芯片、主控制器、功率驱动电路、级联芯片逻辑控制电路和电机驱动电路相连接。

在本发明的传递感觉的可穿戴装置中，所述可穿戴壳体包括：底板外壳、上盖和多个滑块，所述底板外壳中设有多个电机安装位和多个滑块出口，在滑块出口旁设有滑块固定杆，每个步进电机设置在相应的电机安装位中，步进电机输出轴与对应的滑块连接，滑块套设在相应的滑块固定杆上，在步进电机的带动下沿滑块固定杆上下滑动压紧肢体表面，在滑块与肢体表面接触的端面上设有安装槽，所述ptc加热模块设于安装槽内。

在本发明的传递感觉的可穿戴装置中，所述滑块上设有连接槽，滑块通过连接槽与步进电机输出轴连接。

在本发明的传递感觉的可穿戴装置中，所述滑块上设有通孔，滑块通过通孔套设在滑块固定杆上。

在本发明的传递感觉的可穿戴装置中，所述底板外壳的两侧设有绑带孔，绑带与绑带孔连接，通过绑带将可穿戴壳体固定在肢体上。

本发明的一种传递感觉的可穿戴装置，通过在假肢设置薄膜压力传感器、半导体温度传感器，将假肢处的触觉和温觉经由主控制器传递给用户可正常进行感知的皮肤，从而使用户获得假肢处的感觉。使得用户可以更加方便的使用假肢，初次使用假肢的残疾人磨合假肢的时间也将大大缩短。通过本发明可穿戴装置，用户在经过一段时间的使用并适应后，可以藉由空间错觉感知而重新拥有假肢处的感觉。采用本发明的装置，无需手术，使用容易，系统简单可靠，成本较低。能够让用户在产生尽量多的感觉的基础上，所承担的后果最小化，并通过人体的学习适应能力自主进行某部位感觉重建的过程。

附图说明

图1是本发明的一种传递感觉的可穿戴装置的结构框图；

图2是本发明的一种传递感觉的可穿戴装置的底板外壳的示意图；

图3是本发明的一种传递感觉的可穿戴装置的滑块的示意图；

图4是本发明的一种传递感觉的可穿戴装置的上盖的示意图。

具体实施方式

本发明针对残疾人使用假肢时无法获得触觉的问题进行改善解决。目前世界上所采用的智能皮肤多通过手术植入皮下芯片，将附着的智能皮肤表面的压力、温度或湿度等的变化转换成电信号传递到神经上，由此产生感觉。但是这些技术还非常不成熟，绝大多数皮肤只能传递某一种感觉的变化，而且目前做这种皮下植入手术的风险极大，价格昂贵，同时面临着芯片损坏或者脱落就极难更换的问题。所以在植入式芯片成熟之前设计一种外置的感知皮肤用来帮助使用者产生感觉就显得尤为必要，这既能方便使用体会感觉同时没有任何的技术风险，并很容易对其进行更换和升级。

本发明的一种传递感觉的可穿戴装置，主要通过多个薄膜压力传感器、半导体温度传感器感受外界环境的变化，将其转换为压力控制信号和温度控制信号，通过主控制器控制步进电机带动滑块上下滑动产生压感，同时在滑块与肢体接触的一端还有ptc加热模块来产生相对应的温度。通过电刺激神经，将模拟的动作电位由感应器神经直接传入中枢神经系统来产生感觉。为了防止出现加入温度过高或者电路故障导致一直加热的情况，ptc加热模块具有自动断电功能，一旦通电时间超过给定值就会自动断电来保证安全。

如图1所示，本发明的一种传递感觉的可穿戴装置，包括：可穿戴壳体、多个薄膜压力传感器1、多个半导体温度传感器2和设于可穿戴壳体中的分压电路3、数模转换芯片4、主控制器5、级联芯片逻辑控制电路6、电机驱动电路7、多个步进电机8、功率驱动电路9、多个ptc加热模块10和多个加热温度传感器11。

所述薄膜压力传感器1和半导体温度传感器2设置于假肢的相应手指上，以采集假肢处的热觉和触觉，并将热觉变化、触觉变化转成阻值变化。具体实施时，可在假肢的每个手指上设置一个薄膜压力传感器1和一个半导体温度传感器2，相应的在可穿戴壳体内设有5个步进电机、5个ptc加热模块和5个加热温度传感器。

所述分压电路3与多个薄膜压力传感器1、多个半导体温度传感器2相接，将薄膜压力传感器1、半导体温度传感器2的阻值变化转换为模拟电压信号。所述数模转换芯片4分别与分压电路3和主控制器5连接，将模拟电压信号转换成数字信号发送给主控制器5。所述主控制器5根据数字信号计算压力变化和温度变化，并向级联芯片逻辑控制电路6发送压力控制信号，向功率驱动电路9发送温度控制信号。所述级联芯片逻辑控制电路6将主控制器5输出的串行压力控制信号转换成相应的步进电机的控制信号输出给电机驱动电路7以控制相应的步进电机8旋转。所述功率驱动电路9与多个ptc加热模块10连接，根据温度控制信号控制相应的ptc加热模块10加热；所述加热温度传感器11与对应的ptc加热模块10连接，并将采集的ptc加热模块10的温度信号反馈给主控制器5，加热温度传感器11和ptc加热模块10组成闭环系统，可实现精确的温度控制。ptc加热模块10的恒温性质可以保证任何情况下加热温度低于阈值不会对肢体皮肤造成伤害。

具体实施时，在主控制器5中，模拟电压信号转换成数字信号后首先进入实际值判断函数，与预设的压力/温度的电压最大值及最小值进行比较，藉由比例算出当前采集到的电压所对应的实际的压力/温度值，并将实际值作为目标值返回给主函数。主函数将目标值与采集到的实际值进行比较。在进行温度比较时，若从ptc加热模块10采集到的温度t2小于实际温度t1，则对ptc加热模块10进行加热，使ptc加热模块的温度值稳定在固定范围。进行压力比较时，通过比例计算出模拟电压信号对应的压力大小，即电机转动圈数，将目标圈数n1与实际圈数n2做对比，若n1<n2，则正向驱动电机，反之则反向驱动。本发明装置还设有电源模块12，电源模块12安装在假肢上，电源模块12分别与分压电路3、数模转换芯片4、主控制器5、功率驱动电路9、级联芯片逻辑控制电路6和电机驱动电路7相连接。

如图2、图3和图4所示，可穿戴壳体穿戴于肢体上，其内设有多个滑块101，每个滑块101对应连接一个步进电机8，在步进电机8带动下按压肢体，所述ptc加热模块10设置于相应的滑块101端部与肢体接触。所述可穿戴壳体包括：底板外壳102和上盖110。多个滑块101设于底板外壳102内，所述底板外壳102中设有多个电机安装位103和多个滑块出口104，在滑块出口104旁设有滑块固定杆105。每个步进电机8设置在相应的电机安装位103中，步进电机与电机安装位103固连保证电机不会在工作时出现位移，步进电机8的输出轴与对应的滑块101连接；滑块101套设在相应的滑块固定杆105上，在步进电机8的带动下沿滑块固定杆105上下滑动压紧肢体表面，由于步进电机8在工作时会产生较大的切应力，而尼龙、pla和abs材料无法承受较大的切应力，因此滑块固定杆105采用钢杆来对滑块101进行限位，保证滑块只能在上下方向移动。在滑块101与肢体表面接触的端面上设有安装槽106，所述ptc加热模块10和和加热温度传感器11设于安装槽106内，由于加热模块会产生较高的温度，所以ptc加热模块10和滑块101采用高温强力胶来固定。具体实施时，所述滑块101上设有连接槽107，滑块101通过连接槽107与步进电机8输出轴连接，由于连接槽107受ptc加热模块10的影响较小，具体可采用热熔胶固定。所述滑块101上设有通孔108，滑块101通过通孔108套设在滑块固定杆105上。在底板外壳102的两侧设有绑带孔109，绑带与绑带孔109连接，通过绑带将可穿戴壳体固定在肢体上。

本发明一种传递感觉的可穿戴装置的主要功能是在假肢处收集热觉和触觉信息，并在附近完好皮肤处复现此信息，从而使残疾人获取假肢的感觉。基于本体感觉迁移现象和比较器模型，人体在做出动作时大脑会对下一刻输入的感受信息进行预测；本装置由于在复现时感觉信息没有变换形式，仍表现为触觉和热觉，且反馈量经主控制器调整可以与大脑预测结果相匹配，从而促使个体在心理上产生自主体验，形成稳定的自体认知错觉，从而促进残疾人对假肢产生拥有感和自主感。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。