1.一种人机协作机械臂,其特征在于,包括信号采集单元、信号转换单元、数据处理单元、蓝牙发射模块、蓝牙接收模块、驱动装置。所述信号采集单元粘贴于人体关节处,与信号转换单元和蓝牙发射模块依次连接;所述驱动装置设置于机械臂上,与数据处理单元和蓝牙接收模块依次连接;所述信号采集单元采集人体关节处的压阻信号和压电信号,信号转换将压阻信号和压电信号转换成数字信号,所述数字信号经蓝牙发射模块发射,由蓝牙接收模块接收,传送到数据处理单元,再传输至驱动装置,驱动装置驱动机械臂运动。
所述信号采集单元为压电/压阻双模式柔性传感器,包括压电层和压阻层;所述压电层由具有微结构的压电复合薄膜,以及喷涂在复合薄膜上金电极构成;所述压阻层由喷涂在具有微结构的金电极表面和具有微结构的PDMS的石墨烯薄膜构成;所述微结构为正四棱台微阵列,所述正四棱台的上底面边长和下底面边长的比值k与阵列高度h满足:其中, 为第一变量,具体为
为第二变量,具体为
为第三变量,具体为 cij、eij和kij分
别是弹性劲度常数、压电应力常数和介电常数;a2为正四棱台底面边长;F表示为压力,t为时间,R为电压表内阻,V为压电层的输出电压。
2.根据权利要求1所述人机协作机械臂,其特征在于,所述正四棱台微阵列优选为金字塔形微阵列。
3.根据权利要求1所述人机协作机械臂,其特征在于,所述正四棱台微阵列高度优选为h=40μm。
4.根据权利要求1所述人机协作机械臂,其特征在于,所述压电层通过以下方法制备:(1)将1g BTO纳米颗粒浸泡于10mL H2O2,在90℃条件下浸泡6h使BTO纳米颗粒表面改性,得到h-BTO粉末,取出烘干。
(2)取步骤(1)制备得到的h-BTO粉末0.025g,溶解于10mL的DMF中,同时取0.225g P(VDF-TrFE)粉末溶解于另一份10mL的DMF中,随后将两份DMF溶液混合均匀;
(3)将步骤(2)中的混合溶液旋涂在具有正四棱台微阵列的硅模板上,硅模板尺寸为
1cm×1cm,恒温干燥至固化成膜,再在120℃下退火处理2h随后降温,冷却到室温后,将复合薄膜从硅模板上剥离。
(4)在步骤(3)得到的复合薄膜的两个表面分别镀上100nm厚度的金电极,分别连接一根引线,并在具有微阵列表面的金电极上滴涂10mL 0.75mg/mL石墨烯溶液,并干燥,在石墨烯表面连接一根引线,制备得到具有正四棱台微阵列的压电薄膜。
5.根据权利要求1所述的人机协作机械臂,其特征在于,所述压阻层通过以下方法制备:(1)将PDMS与固化剂按照质量比10:1混合均匀,真空除气泡;
(2)将除去气泡的PDMS旋涂在具有正四棱台微阵列的硅模板上,硅模板尺寸为1cm×
1cm,恒温干燥至固化成膜,并从硅模板上剥离;
(3)将10mL 0.75mg/mL石墨烯溶液滴涂至具有微阵列的PDMS表面,并烘干,并在石墨烯表面引出一根引线,得到具有正四棱台微阵列的压阻层。
6.根据权利要求1所述人机协作机械臂,其特征在于,所述信号采集单元贴于手肘、手腕、手指关节处。
7.根据权利要求1所述的人机协作机械臂,其特征在于,所述数据处理单元是将数字信号处理成速度、角度、方向信号。
8.根据权利要求1所述的人机协作机械臂,其特征在于,所述驱动装置为驱动器dm542。