時空雙通道機(jī)器人電觸覺臨場感再現(xiàn)技術(shù)研究.pdf

1、本論文是在國家自然科學(xué)青年基金項目"基于時空雙通道的溫和電觸覺再現(xiàn)研究"課題的資助下完成的關(guān)于電觸覺臨場感再現(xiàn)理論與實(shí)驗的研究,該項目已于2003年底驗收完成.論文依據(jù)以色列魏茨曼科學(xué)研究院(Weizmann Institute of Science)的神經(jīng)生物學(xué)專家Ehud Ahissa博士關(guān)于大腦觸覺信息的獲取是由空間和時間兩個通道的數(shù)據(jù)同時編碼而成這一科學(xué)發(fā)現(xiàn),提出一種基于時間和空間兩個通道的電流刺激觸覺再現(xiàn)方法.即除選通刺激電流

2、與觸覺再現(xiàn)陣列各觸點(diǎn)的連接(空間通道)外,還對刺激電流信號隨時間的波形變化進(jìn)行實(shí)驗研究,采用連續(xù)變化的周期刺激電流(時間通道)取代單一的陣發(fā)脈沖電流,以消除電觸覺再現(xiàn)的突發(fā)刺痛感并改善電觸覺的時間適應(yīng)性.電觸覺之所以能夠?qū)崿F(xiàn),其本質(zhì)原因是因為電觸覺再現(xiàn)裝置生成的刺激電流作用于人體后,人體的感官受到刺激,從而產(chǎn)生被接觸的感覺,論文在從電生理學(xué)的角度分析了細(xì)胞興奮性、生物電現(xiàn)象及肌體感覺機(jī)能對電流刺激的響應(yīng)之后,詳細(xì)闡述了基于電刺激的時空雙

3、通道機(jī)器人電觸覺臨場感再現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)原理,并提出了一種區(qū)別于跨指關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)的背指式指端電觸覺再現(xiàn)裝置的實(shí)現(xiàn)方案,定義了兩種評價電觸覺再現(xiàn)性能的指標(biāo),該指標(biāo)的建立對于進(jìn)一步完善并設(shè)計出性能優(yōu)良的電觸覺再現(xiàn)裝置具有一定的借鑒與參考價值.論文建立了時空雙通道電觸覺再現(xiàn)方式下電極——皮膚接觸環(huán)境的模型,分析并推導(dǎo)了電刺激裝置產(chǎn)生的電流與主觀觸覺之間的關(guān)系.這一關(guān)系的建立對改善電極——皮膚接觸環(huán)境以獲得舒適觸覺感受,以及確定刺激電流波形參數(shù)以展寬觸覺

4、動態(tài)范圍提供了重要依據(jù).論文詳細(xì)介紹了一套基于音波播放技術(shù)的電觸覺臨場感再現(xiàn)裝置的實(shí)現(xiàn)原理.該裝置可以通過人機(jī)界面進(jìn)行控制,并方便地確定刺激電流的強(qiáng)度.為便于操作者使用,論文提出了基于時空雙通道的無線機(jī)器人觸覺臨場感再現(xiàn)解決方案.該方案中,時間通道的刺激電流控制信號由MP3播放器通過音波播放的方式提供,空間通道的觸點(diǎn)選通信號則由計算機(jī)通過無線遙控模塊進(jìn)行控制.電觸覺再現(xiàn)裝置在硬件上獨(dú)立,與計算機(jī)無任何連線,且具有低功耗和安全可靠的特點(diǎn).