随着信息技术快速发展,柔性智能可穿戴电子设备逐渐进入人们的视野。目前,智能手环、VR眼镜等可穿戴电子设备已经被广泛地应用在动作识别、心率监测、游戏控制等多种模式的人机交互系统中。然而,由于需要电池供电,传统的可穿戴电子设备往往体积较大,需要频繁对设备进行充电,还面临后期电池维修或替换的问题,这些问题使可穿戴电子设备的便利性和实用性大打折扣,阻碍可穿戴电子设备的普及。人体运动中产生的机械能往往会被忽视,摩擦纳米发电机能够有效地收集这类低频率的机械能并将其转化成电能作为电源为小型电子设备供电或作为高灵敏的自驱动传感器使用。与此同时,摩擦纳米发电机还具有材料种类选择广、结构设计简单等多种优势。与薄膜状等柔性材料相比,纺织品具有透气透湿、柔软轻质等多种天然的优势,在长期穿戴过程中依旧能保持优异的舒适度,因此将纺织品与摩擦纳米发电机相结合作为可穿戴人机交互设备具有非常广阔的应用前景。本文基于摩擦纳米发电机原理和针织全成形技术设计并制备空气层添纱摩擦电传感器用于多种模式的人机交互界面中,具体研究内容如下:首先,本课题设计并且制备了一种基于摩擦纳米发电机的空气层添纱结构针织物,这种三层结构的针织物由空气层结构与添纱结构组合而成,通过织物内部两层介电层之间的接触分离运动输出电信号。进一步地,利用针织全成形技术将这种基于摩擦纳米发电机的针织结构设计在针织服饰品上一体成型地制备了基于摩擦电空气层添纱的智能针织护膝护肘以及智能针织手套。其次,测试摩擦电空气层添纱针织物的服用性能,展示织物摩擦纳米发电机的工作原理,探究不同编织参数以及测试条件对摩擦电织物电学性能的影响,探究摩擦电织物在不同外部负载下的峰值功率密度,测试分析摩擦电织物的耐久性和耐水洗性能,对摩擦电织物的能量收集性能进行表征。最后,探究基于空气层添纱结构的摩擦电传感器在人机交互中的应用。搭建人机交互识别与监测系统,智能针织护膝护肘可用于人体运动姿势以及运动频率的监测,在机器学习帮助下,智能针织手套可以实现对“0”至“99”这100个数字的精准识别,识别准确率可达94.4%;搭建人机交互智能无线控制系统,智能针织手套不仅可以精准控制仿生机械手手指关节的弯曲伸直运动,还能够控制自主开发的虚拟钢琴“K-Piano”手机应用软件的演奏,展现出智能针织手套在多维度人机交互中出色的控制能力。