基于皮肤电刺激的触觉—视觉替代系统的研究

发布时间：2017-06-10 19:04

  本文关键词：基于皮肤电刺激的触觉—视觉替代系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：触觉替代视觉技术将本该由眼睛获取处理的环境信息，通过图像传感器，经处理转换以物理刺激的方式作用于皮肤激发触觉，最终使视觉信息通过触觉通道在头脑中重组、重现。Braille盲文便是触觉替代视觉技术的典型范例。触觉替代不仅可以为视觉障碍者提供视觉辅助，在医学、军事、娱乐等领域还存在巨大的应用价值，例如，在海底勘查、远程手术应用中，远程触觉临场再现技术，能将远程机械手的触觉信息传递给操作者；在紧张的战斗飞行中，触觉显示系统用来提示控制面板信息具有很大的实用价值；3D游戏中，增加触觉感知通道，可以营造一个逼真的环境等。 论文设计了一种基于皮肤电刺激的触觉替代视觉系统，系统由图像采集装置、图文处理单元、刺激控制单元、电极驱动以及电极阵列五部分组成。其中64路电极阵列采用印刷电路板形式制成，多路分时导通。采用隔离电压模块为整个控制系统和刺激稳压模块供电，既实现了强弱电信号的隔离，又大大缩小了控制系统的体积。 论文主要研究内容包括：1）论文就电刺激的波形参数对电触觉的影响做了细致地研究，并在经典皮肤模型的基础上提出了皮肤在不同刺激状态下的皮肤-电极界面阻抗的改进模型。2）然后将理论模型与实验数据相结合，讨论了脉宽、频率以及电流对电触觉的影响，实验结论为刺激参数的调整、电适应性的调节以及电触觉疲劳的缓解提供了理论依据；同时也为实现触觉刺激的闭环控制参数提供了理论依据。3）在确定了适宜电刺激波形参数范围的基础上，选取适宜的刺激参数对手指各部进行刺激阈值实验以找到合适的刺激部位。4）最后基于以上实验结果，进行了方向和简单的字符识别。实验结果表明电流对刺激强度起主导作用，频率与脉宽则影响感觉质量，在频率10~100Hz，，脉宽0.25-2ms更能产生舒适的电触觉。不同手指感觉阈值与痛觉阈值不同。频率10~70Hz方向识别率较高，且对简单的数字、字母有很好的识别率。 该研究证明了将触觉替代理念用于盲人教学的巨大实际价值，也为以后将该方法用于触觉替代更广泛的领域提供了手段。
【关键词】：触觉 电触觉 触觉替代 触觉替代视觉 电触觉刺
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.0
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题背景和意义10-11
• 1.2 视觉修复技术的研究现状11-18
• 1.2.1 视网膜假体技术11-12
• 1.2.2 触觉替代技术12-18
• 1.2.2.1 听觉替代视觉技术12-13
• 1.2.2.2 触觉替代视觉技术13-17
• 1.2.2.3 触觉替代技术的其他应用17-18
• 1.3 研究内容和结构安排18-19
• 1.4 主要研究工作及课题创新点19-21
• 2 触觉-视觉替代系统的理论基础及关键技术21-30
• 2.1 触觉生理及认知心理21-22
• 2.2 皮肤对电刺激的响应22-23
• 2.3 触觉替代视觉系统的关键技术23-30
• 2.3.1 刺激部位23-24
• 2.3.2 电刺激模式24-25
• 2.3.3 刺激波形25-26
• 2.3.4 电极设计26-30
• 2.3.4.1 电极刺激点的阻抗特性26-28
• 2.3.4.2 电极接地模式选择28-30
• 3 电极及电极驱动设计30-41
• 3.1 触觉替代视觉系统的设计概述30
• 3.2 电极阵列设计30-33
• 3.2.1 电极阵列设计方案选择30-32
• 3.2.2 电极阵列设计32-33
• 3.3 电极驱动设计33-41
• 3.3.1 元器件介绍33-37
• 3.3.2 驱动电路的设计方案37-38
• 3.3.3 驱动电路38-39
• 3.3.4 隔离手段39
• 3.3.5 多路分时控制方式39-41
• 4 图文处理单元以及机控制单元41-51
• 4.1 VFW 视频捕获41-42
• 4.2 图像处理与文字取模42-45
• 4.3 PC 与单片机的接口技术45-50
• 4.3.1 上位机通讯设计46-48
• 4.3.1.1 串口通信控件 MSComm46
• 4.3.1.2 串口通讯程序设计46-48
• 4.3.2 下位机通讯设计48-50
• 4.4 软件实现50-51
• 5 基于触觉-视觉替代系统的实验研究与分析51-66
• 5.1 单点刺激51-55
• 5.1.1 实验准备51-52
• 5.1.2 刺激波形参数实验52-54
• 5.1.3 刺激阈值实验54-55
• 5.2 方向识别55-56
• 5.3 简单字符刺激56-57
• 5.4 波形参数对电触觉影响分析57-66
• 5.4.1 皮肤-电极模型57-59
• 5.4.2 电流与电触觉59-63
• 5.4.3 脉宽与电触觉63-64
• 5.4.4 频率与电触觉64-65
• 5.4.5 皮肤微环境与电触觉65-66
• 6 总结66-68
• 6.1 主要工作与成果66
• 6.2 改进研究66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 附录74-78
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：基于皮肤电刺激的触觉—视觉替代系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：439536