仿生假手的阵列式电触觉反馈系统及策略研究.pdf

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1、硕士学位论文仿生假手的阵列式电触觉反馈系统及策略研究（学术型）RESEARCHONARRAYELECTROTACTILEFEEDBACKSYSTEMANDSTRATEGYFORBIONICPROSTHETICHAND(Academic)王博雅哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP244.2学校代码：10213国际图书分类号：681.568.74密级：公开工学硕士学位论文仿生假手的阵列式电触觉反馈系统及策略研究（学术型）硕士研究生：王博雅导师：姜力教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex：TP244.2U.D.C：681.568.74DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONARRAYELECTROTACTILEFEEDBACKSYSTEMANDSTRATEGYFORBIONICPROSTHETICHAND(Academic)Candidate：WangBoyaSupervisor：Prof.JiangLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Me

3、chatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要仿生假手在其机械结构和控制方法方面取得了长足的进步，但如何使患者真正像使用人手一样对物体进行感知，从而获得本体感是影响假手接受程度的一个重要因素。本文基于电刺激反馈建立了一个阵列式电触觉反馈系统，提出了相应的反馈策略，并结合HIT-

4、V假手开展了交互控制实验。本文首先对国内外触觉反馈的方法和现状进行了研究分析，确定了进行触觉反馈的基本手段和技术路线，即将阵列式反馈和电刺激反馈有机结合起来，搭建触觉反馈系统并在此基础上开展相关策略研究。为了减小电刺激过程中的电刺激噪声并提升电刺激效果，本文结合人体组织电场模型和神经兴奋模型，提出了一种电刺激电极优化设计方法，使用有限元仿真对理论模型进行了补充和验证。本文开展实验验证了模型和理论的正确性，并对电极安全性进行了研究，从而确保后续实验对人体的无害性。为了确保人体对电触觉反馈信息的快速响应，基于电压源刺激，本文设计研制了具有独立多通道皮肤

5、-电极阻抗测量功能的电刺激器，可以利用上位机对其进行控制以实现16通道电刺激波形的调制、实时阻抗测量、刺激电压动态调节等功能，确保电刺激过程的人体安全性和感觉一致性。为了提出合适的电刺激反馈策略以传递丰富的触觉信息，本文在开展认知心理学实验的基础上，通过对比不同策略的辨别正确率，提出了基于阵列时空编码的混合电触觉反馈策略，并通过力跟踪实验进行了策略验证，证明了触觉反馈系统及其策略的可行性。为了验证触觉反馈系统在实际交互控制的可靠性，本文将其和现有假手系统进行了整合，并开展了物体抓取实验。实验结果表明HIT-V假手搭载本文设计的触觉反馈系统，并结合触

6、觉反馈策略，能够按照人体意识实现抓取过程中抓取力的有效控制，确保了整个抓取过程的快速性和稳定性，有一定的实际意义。关键词：仿生假手；电触觉；阵列；时空编码；反馈-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBionicprosthetichandshavemadegreatprogressinmechanicalstructureandcontrolmethods.Buthowtoperceivetheobjectsandacquirethesenseofproprioceptionasahumanhandisanimportantfacto

7、rthataffectstheacceptanceofprosthetichands.Inthispaper,basedonelectricalstimulationfeedback,anarraytactilefeedbacksystemisestablishedaswellasthecorrespondingfeedbackstrategyisproposed.Besides,usingHIT-Vprosthetichand,thispaperconductsaninteractivecontrolexperiment.Overviewsabo

8、utnewlydevelopedbidirectionalinterfacesandinteractivecontrolm