【摘要】：仿生假手在其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,但如何使患者真正像使用人手一樣對(duì)物體進(jìn)行感知,從而獲得本體感是影響假手接受程度的一個(gè)重要因素。本文基于電刺激反饋建立了一個(gè)陣列式電觸覺(jué)反饋系統(tǒng),提出了相應(yīng)的反饋策略,并結(jié)合HIT-V假手開(kāi)展了交互控制實(shí)驗(yàn)。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外觸覺(jué)反饋的方法和現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析,確定了進(jìn)行觸覺(jué)反饋的基本手段和技術(shù)路線,即將陣列式反饋和電刺激反饋有機(jī)結(jié)合起來(lái),搭建觸覺(jué)反饋系統(tǒng)并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展相關(guān)策略研究。為了減小電刺激過(guò)程中的電刺激噪聲并提升電刺激效果,本文結(jié)合人體組織電場(chǎng)模型和神經(jīng)興奮模型,提出了一種電刺激電極優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,使用有限元仿真對(duì)理論模型進(jìn)行了補(bǔ)充和驗(yàn)證。本文開(kāi)展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型和理論的正確性,并對(duì)電極安全性進(jìn)行了研究,從而確保后續(xù)實(shí)驗(yàn)對(duì)人體的無(wú)害性。為了確保人體對(duì)電觸覺(jué)反饋信息的快速響應(yīng),基于電壓源刺激,本文設(shè)計(jì)研制了具有獨(dú)立多通道皮膚-電極阻抗測(cè)量功能的電刺激器,可以利用上位機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制以實(shí)現(xiàn)16通道電刺激波形的調(diào)制、實(shí)時(shí)阻抗測(cè)量、刺激電壓動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)等功能,確保電刺激過(guò)程的人體安全性和感覺(jué)一致性。為了提出合適的電刺激反饋策略以傳遞豐富的觸覺(jué)信息,本文在開(kāi)展認(rèn)知心理學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)比不同策略的辨別正確率,提出了基于陣列時(shí)空編碼的混合電觸覺(jué)反饋策略,并通過(guò)力跟蹤實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了策略驗(yàn)證,證明了觸覺(jué)反饋系統(tǒng)及其策略的可行性。為了驗(yàn)證觸覺(jué)反饋系統(tǒng)在實(shí)際交互控制的可靠性,本文將其和現(xiàn)有假手系統(tǒng)進(jìn)行了整合,并開(kāi)展了物體抓取實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明HIT-V假手搭載本文設(shè)計(jì)的觸覺(jué)反饋系統(tǒng),并結(jié)合觸覺(jué)反饋策略,能夠按照人體意識(shí)實(shí)現(xiàn)抓取過(guò)程中抓取力的有效控制,確保了整個(gè)抓取過(guò)程的快速性和穩(wěn)定性,有一定的實(shí)際意義。
【圖文】：

圖 1-2 DARPA 的革命性假肢[18]另外，按照人體對(duì)于觸覺(jué)信息的理解方式，觸覺(jué)反饋方式可以分為軀配反饋（Somatotopic Matched Feedback）、模態(tài)匹配反饋（Modality Mack）和感覺(jué)替代反饋（Sensory Substitution Feedback）[19]三種類型。軀體特定區(qū)匹配反饋（Somatotopic Matched Feedback）主要基于神經(jīng)科理，向患者提供反饋，能夠使患者產(chǎn)生一種類似于直接刺激自身軀體的很快地對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行理解，大大減少認(rèn)知負(fù)擔(dān)。目前主要的實(shí)現(xiàn)方神經(jīng)刺激（Direct Neural Stimulation）、定向神經(jīng)移植技術(shù)（Tervation）和神經(jīng)映射（Nerve Remapping）[18]等。其中直接神經(jīng)刺激移植技術(shù)需要使用外科手術(shù)建立起與人體神經(jīng)的通道，，這種侵入式的染和免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)，并且目前神經(jīng)解碼、電極置換等核心技術(shù)問(wèn)題根本解決[20]。神經(jīng)映射（Nerve Remapping）主要是通過(guò)激發(fā)出截肢患者的幻感（Ption）來(lái)實(shí)現(xiàn)的�；酶兄饕憩F(xiàn)為截肢者仍存在有身體被截肢部分的感射（Phantom Mapping）的構(gòu)建依賴于刺激殘肢而刻意地誘發(fā)出這些幻

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文對(duì)于學(xué)習(xí)認(rèn)知的需求較低。目前，利用模械觸覺(jué)反饋（mechanotactile feedback），系統(tǒng)將接觸力或者握力轉(zhuǎn)換為施加在患者 B)所示。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，文獻(xiàn)中提到了服電機(jī)[26]和音圈電機(jī)[27]等。研究表明，患聯(lián)系，并且能夠減少在恒力抓取過(guò)程中產(chǎn)提供梯度變化的力作為反饋信號(hào)，患者可力，如圖 1-3 所示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH77

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 崔洋;包鋼;王祖溫;;虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中力/觸覺(jué)反饋的研究現(xiàn)狀[J];機(jī)床與液壓;2008年07期

2 艾俊波,李科杰,張紅芬;機(jī)器人觸覺(jué)臨場(chǎng)感電觸覺(jué)反饋技術(shù)研究[J];傳感器世界;2000年02期

3 王廣志;張濟(jì)川;Chr.Boosfeld;;肌電控制前臂假手握力反饋裝置[J];中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;1993年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 曾博;操作感知一體化靈巧假手機(jī)構(gòu)及滑動(dòng)控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

2 張庭;仿人型假手指尖三維力觸覺(jué)傳感器及動(dòng)態(tài)抓取研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 許恒;基于電觸覺(jué)刺激的感知反饋系統(tǒng)研究[D];上海交通大學(xué);2015年

2 黃琦;仿生假手雙向生機(jī)接口系統(tǒng)及交互控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 徐飛;皮膚電觸覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與機(jī)制研究[D];上海交通大學(xué);2013年

4 周麗媛;虛擬手術(shù)中基于無(wú)網(wǎng)格下觸覺(jué)反饋算法的研究[D];南昌大學(xué);2012年

5 張竹茂;基于手指的觸覺(jué)替代視覺(jué)系統(tǒng)的研制[D];上海交通大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2616439