如何测量人的手指压力?

电器工程 传感器 电容式 压力
2022-01-18 07:28:32

我正在处理一种情况,患者只能非常轻轻地按压他的手指/手来表示他/她想要什么。无法进行口语或眼动追踪。

该人也无法抬起手。唯一可能的动作是用手/手指轻轻按压。

因此,我正在考虑使用一个电容式设备,该设备将被校准以检测多少压力是愿意/预期的压力,以及多少压力只是手在设备上的静止位置。

我想这里需要一个电容设备。我在 YouTube 上看到了一个定制设备的解决方案,但它看起来如此定制和僵化,以至于我想知道我需要的东西是否已经存在。

因此,我想问一下如何以可靠的方式测量人的手指/手在设备上的压力。

谢谢你。

编辑:到目前为止,没有人建议使用带有 USB 输出选项的精密天平。请问这样不行吗?

在此处输入图像描述

4个回答

我建议您尝试使用一种称为“力敏电阻器”的组件。您可以从 Adafruit力敏电阻器中获得像这样的小型圆形配置在此处输入图像描述

它们很容易阅读,因为它们只是显示为可变电阻;随着手指压力的增加,阻力减小。用 FSR 做一个分压器作为一条腿,然后大多数带有模拟输入的微控制器都可以测量压力。

您也可以在两层导电织物之间使用压阻片夹层自己制作这些,但现成的 FSR 更容易。

电容传感器也可以工作,但以一致的方式检测压力变化比较棘手。电容会随着手指压力的增加而增加,但电容也会受到皮肤的水合作用、表面水分等的影响。

我已经尝试了一堆不同的压力传感技术来进行机器人操作(特别是机器人假肢)。有许多很容易用有限的资源制造(3D 打印 + 廉价 PCB + 现成的室温固化硅橡胶)。我做过的最好的传感器之一就是基于这篇论文。它实际上是一团硅橡胶,将磁铁悬挂在 3 轴霍尔效应传感器上(论文中的一个是 MLX90393,但市场上有许多这样的设备同样可以正常工作)。它制造起来极其简单和便宜,高度可靠、灵敏,并且还可以测量剪切力。

我最终无法将它用于我的机器人操纵器,因为磁化物体(即螺丝刀,任何具有轻磁化的钢物体)会导致错误的正压力读数。但是,由于您将只与患者的手指进行交互,因此来自其他物体的杂散场线不会成为真正的问题。灵敏度的额外维度还可以让您最大限度地提高患者的运动范围。您还应该能够通过改变硅胶斑点的硬度来“调整”灵敏度。您还需要购买对您的应用“皮肤安全”的铂固化有机硅。

链接到展示“轻触”和轻触手指的视频。

你可以看看光纤激光晶须。你要做的是得到一个激光二极管,然后将它发送到一个便宜的、塑料的、糟糕的、阶梯式光纤环路(你不想要昂贵的连续分级或玻璃类型),另一端有一个光电二极管。

使环路变形,甚至会稍微改变光电二极管或光电晶体管读取的干涉图案。输出应该与环路变形的严重程度相对应。

可以使用其中一个带有集成光电二极管的激光二极管信号发送到另一端带有某种反射器的直光纤。这样你就不需要循环了。我不太了解退相干和干涉图案在光纤中的工作方式,所以我不知道光在两条线路上沿同一路径走是否仍会产生您需要的变化(它们可能会抵消并消除您的变化需要,否则它们可能会加倍并使事情变得更加敏感,我不知道)。

然后,您可以将它放在您想要的任何垫子或基材中,如果您愿意,可以在上面放置一块硬板。或者做一个手套,或者把它放在一个硅胶管或塑料管里,男人可以挤压,或者你想要的任何其他形式。

我自己从未将它用于任何事情,但它在 Gordon McComb 的《Robot Builder's Bonanza》一书中有所描述,但您可能还可以找到关于它的其他搜索结果。他在书中说他们非常非常敏感。羽毛触感是这样描述的。

还有一些光纤布拉格光栅传感器,它们更小,更相似,但原理不同。您需要按原样购买它们,因为它们是用特殊构造的纤维制成的。这些是商业上可用的光学应变仪(与更传统的金属合金电阻应变仪相反)。他们听起来很酷。

我会尝试制作 LED 以某个角度照射到光敏电阻的设备。当LED(或光敏电阻)改变角度时,光敏电阻上的光量会减少或增加。

LED移动变体:

示例构造

光敏电阻遮蔽变体:

示例构造

当设备的某些不透明部分部分地遮挡光敏电阻时,也可以用固定的 LED 和光敏电阻制成类似的器件。

此类设备不应对来自环境的信号(例如磁性、电荷等)产生任何问题。设备应不透光,LED电源应稳定。