超薄表皮电极阵列设计制造与人机交互应用研究

发布时间：2021-02-21 17:01

　　表皮电极是一种典型的表皮电子器件,可广泛应用于可穿戴电子、健康监测、人机交互等领域。目前在电极结构设计和大面积制造工艺开发上仍存在一定的技术壁垒。本文研究电极机电性能耦合优化设计与制造转印工艺,得到超薄且具有大变形能力的表皮电极阵列,基于交互算法实现人机闭环控制应用。主要工作如下:基于蜿蜒蛇形结构拉伸变形能力力学模型,通过理论和实验相结合的方法,研究了电极厚度、线宽、弯曲弧度和臂长对结构拉伸能力和共形接触能力的影响。建立了电极机电性能耦合优化模型,得到电极的几何结构参数设计值。并结合有限元仿真和实验验证了电极拉伸性能>30%,与皮肤共形接触,且输出电学性能高。提出了基于水转印技术的新一代“复制—粘贴”电极制造转印工艺,解决了传统光刻技术存在的成本高、制造面积小、效率低等问题。相较于上一代,改良后的工艺将制造面积扩大至297mm?420mm（A3纸大小）、器件厚度降至1.2?m、贴附寿命高于24小时。建立电生理信号采集与神经电刺激理论模型,提出基于经验模态分解的小波阈值方法消除肌电信号中的随机噪声,将信噪比提升一倍。从仿真和实验层面研究了不同电刺激参数对触觉反馈的影响,得到高识别率... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景与意义
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文主要研究工作
2 可拉伸表皮电极结构设计与优化
    2.1 可拉伸电极结构设计
    2.2 机电性能耦合优化
    2.3 电极机电性能验证
    2.4 本章小结
3 超薄大面积表皮电极制造与集成工艺
    3.1 电极制造与转印集成工艺
    3.2 工艺参数影响分析与优化
    3.3 器件粘附可靠性分析
    3.4 本章小结
4 手势识别与电触觉反馈研究
    4.1 电生理机理
    4.2 基于LabView的信号采集与电刺激系统
    4.3 信号的预处理与识别方法
    4.4 电触觉反馈设计与验证分析
    4.5 本章小结
5 表皮电极人机交互应用研究
    5.1 电极阵列的结构分布与接口设计
    5.2 人机交互功能验证与性能评估
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录 作者攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]可延展柔性无机微纳电子器件原理与研究进展[J]. 冯雪,陆炳卫,吴坚,林媛,宋吉舟,宋国锋,黄永刚.  物理学报. 2014(01)
[2]基于手指的触觉替代视觉系统的设计与实现[J]. 张竹茂,刘捷,赵瑛,任秋实,柴新禹.  中国医学物理学杂志. 2009(04)
[3]基于肌电信号的人手运动状态的辨识[J]. 李醒飞,朱嘉,杨晶晶,张国雄,卢志扬.  中国生物医学工程学报. 2007(02)
[4]肌电信号特征提取方法综述[J]. 加玉涛,罗志增.  电子器件. 2007(01)
[5]人工神经网络在表面肌电信号辨识中的研究进展[J]. 王敬章,李芳,王人成,张邃.  中国康复医学杂志. 2006(01)
[6]基于微循环检测的触觉感知度测量方法[J]. 帅立国,黄惟一,况迎辉,宋爱国.  仪表技术与传感器. 2001(04)
[7]用于临场感系统的机器人电触觉反馈手套(英文)[J]. 张红芬,李科杰,艾俊波,申延涛.  Journal of Beijing Institute of Technology（English Edition）. 2000(03)
[8]遥作机器人触觉临场感的电触觉实现[J]. 金世俊,黄惟一,宋爱国.  机器人. 1997(05)

硕士论文
[1]仿生假手的阵列式电触觉反馈系统及策略研究[D]. 王博雅.哈尔滨工业大学 2018
[2]多通道有源柔性阵列电极与信号调理电路设计[D]. 张恒毅.中国科学技术大学 2014



本文编号：3044652