基于新型仿生手指传感器的振动触觉系统设计与机制研究

发布时间：2017-04-17 16:25

  本文关键词：基于新型仿生手指传感器的振动触觉系统设计与机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：触觉是人体向外界进行信息获取的重要通道，而触觉信息技术的应用也越来越广泛，例如触觉反馈、虚拟现实、仿生假肢、远程操作等。触觉信息从环境到人体的传递离不开触觉系统，其中包括触觉感知、信息提取、触觉再现等过程。触觉传感器是感知环境信息的主要途径，而振动触觉是人们普遍接受的触觉再现手段。本文主要从这两个方面介绍了基于新型仿生手指传感器的振动触觉系统设计与机制研究。 本文首先分析了目前触觉传感器的特点与不足，提出了基于液压的新型传感器原理。在此基础上完成了传感器的结构部件设计与电气系统设计，并搭建了传感器信号采集平台，完成了传感器的初步测试与信号分析。 振动触觉系统的触觉信息是通过传感器获取的，，而振动刺激实现了信息的触觉表达。不过振动刺激的编码与人体触觉感知的评估是两个难点。在本文在振动触觉生理学和机械感受器的研究基础上，建立了手指振动触觉的简化模型。随后引入砂纸的粗糙度作为衡量触觉的参考标准，并进行了基于砂纸的手指滑动建模。最后通过粗糙度与振动触觉的对比实验进行了人体感知的评估与分析。 最后本文提出了基于振动触觉系统的材质特征识别方案。
【关键词】：振动触觉 触觉再现 触觉传感器 粗糙度
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212;R314
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 图录12-14
• 表录14-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 课题研究背景与意义15-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 信息的触觉表达17-19
• 1.2.2 虚拟触觉再现19-20
• 1.3 振动触觉系统研究的主要问题20-21
• 1.4 本课题的研究内容21-24
• 1.4.1 课题来源21
• 1.4.2 研究的主要内容21-22
• 1.4.3 研究创新点简介22-23
• 1.4.4 本文的章节安排23-24
• 第二章 仿生手指传感器设计24-43
• 2.1 触觉传感器介绍24-26
• 2.1.1 触觉传感器分类24-26
• 2.1.2 触觉传感器应用26
• 2.2 仿生手指传感器结构设计26-31
• 2.2.1 传感器原理27-28
• 2.2.2 传感器结构28-30
• 2.2.3 传感器密封性分析30-31
• 2.3 仿生手指传感器电气系统设计31-38
• 2.3.1 压力信号系统设计33-34
• 2.3.2 振动信号系统设计34-35
• 2.3.3 加速度信号系统设计35-36
• 2.3.4 电气系统信号仿真36-38
• 2.4 仿生手指传感器制作38-41
• 2.4.1 FPC 设计与焊接38-39
• 2.4.2 结构制作与装配39-41
• 2.5 本章小结41-43
• 第三章 传感器信号采集与测试43-56
• 3.1 传感器信号采集系统43-45
• 3.1.1 系统硬件43-44
• 3.1.2 系统软件44-45
• 3.2 传感器注液体积测试分析45-49
• 3.3 传感器压力标定实验49-50
• 3.4 加速度信号采集与测试50-53
• 3.5 传感器静态姿态角标定实验53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第四章 皮肤振动触觉机理及其模型56-68
• 4.1 人体皮肤振动触觉生理学56-61
• 4.1.1 皮肤机械感受器56-58
• 4.1.2 皮肤感受器电位及其传输58-61
• 4.1.3 大脑感知61
• 4.2 皮肤振动触觉建模61-67
• 4.2.1 机械感受器生物力学模型62-65
• 4.2.2 手指触觉模型简化65-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 基于粗糙度感知的手指振动触觉分析68-86
• 5.1 手指振动触觉基础68-74
• 5.1.1 触觉评估与物体表面特征68-69
• 5.1.2 振动器介绍与选择69-71
• 5.1.3 振动刺激信号71-72
• 5.1.4 受试者与触觉阀值72-74
• 5.2 粗糙度与振动触觉74-84
• 5.2.1 基于砂纸的手指滑动建模75-78
• 5.2.2 振动刺激参数78-80
• 5.2.3 实验范式80-81
• 5.2.4 实验结果分析与讨论81-84
• 5.3 本章小结84-86
• 第六章 基于振动触觉系统的材质特征识别方案86-91
• 6.1 基于振动触觉系统的材质特征识别86-87
• 6.2 基于振动触觉系统的材质粗糙度识别87-90
• 6.3 本章小结90-91
• 第七章 总结与展望91-93
• 7.1 本文工作总结91-92
• 7.2 后续工作及展望92-93
• 参考文献93-99
• 致谢99-100
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 董守愚;浅谈仿生传感器[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2004年Z1期

2 龚雪,张认成,张晓华,黄湘莹;触觉传感器述评[J];仪器仪表用户;2005年05期

3 帅立国,况迎辉,宋爱国,黄惟一;背指式指端电触觉再现装置及其性能评价[J];工业仪表与自动化装置;2000年06期

4 帅立国,况迎辉,周芝庭;水射流机器人触觉临场感再现技术研究[J];工业仪表与自动化装置;2005年06期

5 陈旭;宋爱国;;纹理触觉再现技术的研究现状及发展[J];工业仪表与自动化装置;2006年03期

6 王伟;姜力;王新庆;刘伊威;刘宏;;具有力/位感知的仿人假手拇指机构[J];哈尔滨工业大学学报;2010年09期

7 雷呈祥;丁江舟;司高潮;曹文;;振动触觉的研究现状及其应用[J];海军医学杂志;2010年04期

8 帅立国;周芝庭;王雪梅;许艳芳;;基于射流方法的几何图形触觉再现技术研究[J];测控技术;2005年11期

9 郝飞;卢伟;宋爱国;吴涓;刘威;;信息触觉表达技术的研究现状与应用[J];测控技术;2011年01期

10 崔洋;包钢;王祖温;;虚拟现实技术中力/触觉反馈的研究现状[J];机床与液压;2008年07期

  本文关键词：基于新型仿生手指传感器的振动触觉系统设计与机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：313811