一种柔性光纤动作捕捉手套及其制备方法

本发明属于动作捕捉领域，具体涉及一种柔性光纤动作捕捉手套及其制备方法。

背景技术：

1、目前动作捕捉手套大多采用imu(inertial measurement unit)来检测手指的弯曲角度，但imu在检测精细位移时精度不够高，动作还原时易发生微小漂移。pdms柔性光纤(简称柔性光纤)，具有高柔性，高弹性，响应灵敏的特点，但由于本身光滑且可拉伸，对其进行固定封装的难度较大。

2、如申请公布号为cn116643656a的发明专利公开一种基于柔性光纤的可穿戴动作捕捉手套，虽然是将imu与pdms相结合进行设计，但由于没有对柔性光纤进行包层处理，导致光纤容易受到外界环境的干扰，以及对弯曲和拉伸的响应不够灵敏，且对柔性光纤的固定手段大多为配件压紧固定，由于柔性光纤的弹性，相同体积的一段柔性光纤在外力的拉伸下其长度增加，直径就会降低，导致以配件压紧方式固定的柔性光纤松脱位移导致数据采集的不精准；另外，由于要将柔性光纤通过压力固定，为了不使压力过于集中导致柔性光纤在拉伸中断裂，普遍会使得传感器的体积偏大，考虑到手套内部空间狭小导线没有合适的固定方法，在手部活动时人体容易感觉不适以及导致导线断裂，也不能够很好地检测手部的空间坐标位置。

3、可见，现有柔性光纤动作捕捉手套结构无法在保证固定牢固程度的情况下保持自身的高弹性和高灵敏度，容易使得数据的采集不精准，且在制备工艺上存在诸多问题，为此，亟待对动作捕捉手套的制备工艺进行改进，以满足高抗干扰性、高检测精度的测试要求。

技术实现思路

1、本发明为解决现有动作捕捉手套易受外界环境干扰、数据采集精度低等缺陷，提出一种柔性光纤动作捕捉手套及其制备方法，以实现手部动作等参数的高精度采集，并且体积小巧，灵活轻便。

2、本发明是采用以下的技术方案实现的：一种柔性光纤动作捕捉手套，包括手套主体以及设置在手套主体上的动作采集传感模块、imu空间定位模块和数据处理模块，动作采集传感模块以及imu空间定位模块均与数据处理模块相连，所述手套主体的近节指骨和中节指骨位置处设置有c型模块，动作采集传感模块通过c型模块固定在手套主体的手指关节区域；

3、所述动作采集传感模块包括柔性光纤、第一激光二极管和第二激光二极管，柔性光纤的最外层设置有涂敷掺杂色素的pdms涂层作为其包层结构，柔性光纤的两端分别连接传感器封装和增敏结构；所述传感器夹具上设置有贯穿其长度方向的中间通孔，传感器夹具的侧面设置有v型开槽，第一激光二极管通过传感器封装与柔性光纤连接，增敏结构内部设有一贯穿其长度方向的s型通道，s型通道的一端上方设置有开窗，另一端开设有与第二激光二极管直径相同的安装孔。

4、进一步的，所述传感器封装包括传感器夹具与激光二极管封装，激光二极管封装由底座和盖子组成，激光二极管封装用以将传感器夹具进行箍紧从而夹紧柔性光纤。

5、进一步的，所述c型模块侧面形状为c形，c型模块上设置有与手套主体固定的缝线通孔，其两侧设置有与手套主体的手指配合的卡箍。

6、进一步的，所述c型模块、传感器夹具以及增敏结构均采用pla材质。

7、本发明另外还提出一种柔性光纤动作捕捉手套制备方法，包括以下步骤：

8、步骤a、制备手套主体，将c型模块固定在手套主体上；

9、步骤b、制备动作采集传感模块：将柔性光纤的两端分别固定在传感器封装和增敏结构中；

10、(1)将柔性光纤与增敏结构连接时，先剥离柔性光纤一端的包层结构，并且对其截面进行45度斜切，之后将斜切的一端插入增敏结构的s型通道内，并通过开窗添加硅胶进行结构加强；

11、(2)将柔性光纤与传感器封装连接时，同样剥离柔性光纤另一端的包层结构，之后先在传感器夹具的中间通孔中注入硅胶，再将柔性光纤从v型开槽上方插入，直至从另一端穿出，并使柔性光纤高出传感器夹具下方平面一定高度，然后将延伸出的柔性光纤部分切除；之后将v型开槽夹紧塞入传感器夹具中，直至硅胶完全固化；最后利用二极管封装将整体固定在一起；

12、步骤c、将动作采集传感模块、数据处理模块和手套主体连接构成柔性光纤动作捕捉手套。

13、进一步的，所述步骤b中，对柔性光纤进行包层处理，具体采用以下方式：

14、首先配置pdms溶液，并将其注入特定内径的特氟龙管中，然后放入烘干箱进行烘干处理，将固化后形成的pdms光纤从特氟龙管中剥出，随后根据灵敏度调配掺杂色素的pdms溶液，将掺杂色素的pdms溶液薄层涂敷在制备好的pdms光纤上，再次放入烘干箱内进行烘干处理，并多次重复上述操作，直到涂敷的溶液达到目标包层厚度。

15、进一步的，所述步骤a中，所述手套主体采用高弹性布料，手套主体上设置有硅胶导线，硅胶导线与手套主体的织物缝合固定，具体使用空心针管预先按照手套主体的布线轨迹穿透手套主体，之后将硅胶导线从空心针管穿过，再将空心针管取出，实现将硅胶导线缝制于手套主体中的效果。

16、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

17、本方案设计包括手套主体、动作采集传感模块、imu空间定位模块和数据处理模块的柔性光纤动作捕捉手套，利用小体积柔性光纤传感器封装和增敏结构固定pdms包层柔性光纤，构成动作采集传感模块，并将其固定在手指关节区域，以高灵敏度检测手指的弯曲角度，并且由于传感器是柔性的，使得整体对手部运动的干涉减小，穿戴舒适度提高，数据采集更加稳定精准；而且，通过制备带包层的柔性光纤与增敏结构，结合导线与手套织物缝合工艺使得导线在手套内部的布置更加合理，大大提升导线使用寿命；通过动作采集传感模块检测手指的弯曲角度，imu空间定位模块检测手部的空间坐标位置，有效实现手部动作和空间坐标的高精度采集，通过特殊的结构及工艺设计，使手套不易受外界环境干扰、数据采集精度高，具有更广泛的实际应用和推广价值。

技术特征：

1.一种柔性光纤动作捕捉手套，包括手套主体以及设置在手套主体上的动作采集传感模块、imu空间定位模块和数据处理模块，动作采集传感模块以及imu空间定位模块均与数据处理模块相连，其特征在于：所述手套主体的近节指骨和中节指骨位置处设置有c型模块，动作采集传感模块通过c型模块固定在手套主体的手指关节区域；

2.根据权利要求1所述的柔性光纤动作捕捉手套，其特征在于：所述传感器封装包括传感器夹具与激光二极管封装，激光二极管封装由底座和盖子组成，激光二极管封装用以将传感器夹具进行箍紧从而夹紧柔性光纤。

3.根据权利要求1所述的柔性光纤动作捕捉手套，其特征在于：所述c型模块侧面形状为c形，c型模块上设置有与手套主体固定的缝线通孔，其两侧设置有与手套主体的手指配合的卡箍。

4.根据权利要求1所述的柔性光纤动作捕捉手套，其特征在于：所述c型模块、传感器夹具以及增敏结构均采用pla材质。

5.基于权利要求1-4任一项所述的柔性光纤动作捕捉手套的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的柔性光纤动作捕捉手套的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，对柔性光纤进行包层处理，具体采用以下方式：

7.根据权利要求5所述的柔性光纤动作捕捉手套的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述手套主体采用高弹性布料，手套主体上设置有硅胶导线，硅胶导线与手套主体的织物缝合固定，具体使用空心针管预先按照手套主体的布线轨迹穿透手套主体，之后将硅胶导线从空心针管穿过，再将空心针管取出，实现将硅胶导线缝制于手套主体中的效果。

技术总结本发明提出一种柔性光纤动作捕捉手套及其制备方法，动作捕捉手套基于PDMS柔性光纤和IMU相结合进行设计，包括手套主体、动作采集传感模块、IMU空间定位模块和数据处理模块，利用小体积柔性光纤传感器封装和增敏结构固定PDMS包层柔性光纤构成动作采集模块，并结合特殊的制作工艺，以极大增强对外界的抗干扰能力以及传感灵敏度；增敏结构的设计也极大提升了对柔性光纤固定的稳定性；另外，结合导线与手套主体织物缝合工艺使得导线在手套内部的布置更加合理，大大提升导线使用寿命；本方案通过特殊的结构及工艺设计，实现手部动作和空间坐标的高精度采集，使手套不易受外界环境干扰、数据采集精度高，具有更广泛的实际应用和推广价值。技术研发人员：刘彬,郝子寒,陈智贤,谢菁,房天阁,吴强受保护的技术使用者：南昌航空大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29