一种两栖柔性三维力位测量装置、制备方法及其应用与流程

技术特征：
1.一种两栖柔性三维力位测量装置，其特征在于，所述装置包括：自下而上依次设置的柔性基底层(3)、弹性层(2)、柔性磁膜(1)；其中，所述柔性基底层(3)中放置磁测量模块(4)和控制模块；所述弹性层(2)在受力时发生三维形变，牵引柔性磁膜(1)在三维方向上产生磁场变化，所述磁测量模块(4)用于获取三维磁场变化量，所述控制模块用于将所述三维磁场变化量转换为三维力或位移进行输出。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔性磁膜(1)包括柔性聚合物薄膜和均匀分布在该柔性聚合物薄膜中具有磁性的固体粉末，所述柔性磁膜(1)的磁场强度为4mt-20mt；优选地，所述柔性聚合物薄膜为聚二甲基硅氧烷薄膜，所述具有磁性的固体粉末为钕铁硼磁粉、钴-氧化铁磁粉或二氧化铬磁。3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述磁测量模块(4)为三维霍尔元件或磁阻传感器，所述控制模块为单片机。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述弹性层(2)为具有空腔结构的弹性层、实心结构的弹性层或具有多孔结构的弹性层；优选地，所述弹性层(2)为具有多孔结构的聚二甲基硅氧烷。5.一种权利要求1-4任一项所述的两栖柔性三维力位测量装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：(1)将聚二甲基硅氧烷和具有磁性的固体粉末混合，利用刮涂仪制成薄膜，固化后使用充磁设备对该薄膜进行充磁，得到磁场强度为4mt-20mt的柔性磁膜；(2)将水溶性固体颗粒放置于模具中，向模具中浇筑聚二甲基硅氧烷，待其固化后放入水中使其内部水溶性固体颗粒溶解，形成弹性层；该弹性层为具有多孔结构的弹性层；(3)将聚二甲基硅氧烷固化得到柔性基底层，在柔性基底层中固定磁测量模块和控制模块；(4)将柔性磁膜、弹性层和固定有磁测量模块和输出电的柔性基底层依次粘合在一起，得到所述两栖柔性三维力位测量装置。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述具有磁性的固体粉末为钕铁硼磁粉、钴-氧化铁磁粉或二氧化铬磁。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性固体颗粒为水溶性盐或蔗糖。8.一种权利要求1-4任一项所述两栖柔性三维力位测量装置的应用，其特征在于，将多个所述测量装置设置在鞋垫上不同位置，通过足底三维力监测实现人体运动状态检测。9.一种1-4任一项所述两栖柔性三维力位测量装置的应用，其特征在于，将所述测量装置作为力-位主动控制装置，用于获取三维运动信息实现人机实时交互。

技术总结
本发明公开了一种两栖柔性三维力位测量装置、制备方法及其应用。所述装置包括：自下而上依次设置的柔性基底层、弹性层、柔性磁膜；其中，所述柔性基底层中放置磁测量模块和控制模块；所述弹性层在受力时发生三维形变，牵引柔性磁膜在三维方向上产生磁场变化，所述磁测量模块用于获取三维磁场变化量，所述控制模块用于将所述三维磁场变化量转换为三维力或位移进行输出。本发明检测三维载荷下的柔性体非线性变形位移，增加了测量维度，能够有效解决拐弯等运动模式识别难题同时可在水陆复杂环境中实现人机交互功能，无需二次标定，解决了传统柔性传感器环境适应性差、传感维度低等难点问题。问题。问题。


技术研发人员：郭家杰 刘子杰 薛宏伟 郭楚璇 黄斌
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/21