皮肤电触觉系统设计与机制研究

发布时间：2017-09-21 10:28

  本文关键词：皮肤电触觉系统设计与机制研究

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【摘要】：目前，触觉学已经在很多领域得到应用，比如遥控机器人、手术机器人、假肢、娱乐交互界面以及虚拟现实技术等，以此来增强人对机器或者虚拟物体的操作性。实现触觉再现的方式有很多，其中电触觉是现在主要的感觉替代的措施，即通过改变恒流/恒压电脉冲的频率、脉宽、幅值以及脉冲方向等让人产生不同的触觉感。本文主要探索了基于表面皮肤电刺激的电触觉技术实现原理，研究了电触觉的机制。 本文首先分析了人体阻抗特征，设计了针对于皮肤电触觉的电刺激器。接着对人体皮肤神经的建模进行仿真研究，改变施加在电刺激阵列的电脉冲方向和强度，设计了能分别刺激皮下三种刺激感受器（Meissner触觉小体、Merkel触盘、Pancinian环层小体）的实验范式。同时进行了心理物理学实验，让受试者产生相应的振动感以及压力感，并对感觉的强度做了分级。 由于三种机械感受器连接的神经电脉冲信号传输的单一性，很难综合地测量到外围神经电信号，即无法量化人在电刺激过程中的感受。本文基于心理物理学的分级实验，通过脑电实验来分别量化研究电刺激产生的振动感和压力感，采用脑机接口技术来分析人在电刺激过程中的事件相关电位以及事件相关去同步/同步的变化，并对此进行了统计学分析。结果表明，联合使用事件相关电位和事件相关去同步/同步的特征不仅能区分不同人在不同刺激条件下的电触觉反应，，而且能为同一个人的不同电触觉反应强度提供量化分析。
【关键词】：触觉学 感觉替代 电触觉 电刺激 脑机接口
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题来源13
• 1.2 研究背景与意义13-15
• 1.3 电触觉研究现状15-19
• 1.4 本课题创新点简介19-20
• 1.5 本文的章节安排20-21
• 第二章 电刺激器的硬件设计21-34
• 2.1 皮肤阻抗模型21-24
• 2.2 电刺激器设计24-31
• 2.2.1 电刺激器设计概括24-26
• 2.2.2 电源模块26-28
• 2.2.3 DA 模块28-29
• 2.2.4 恒流源模块29-31
• 2.2.5 全桥模块31
• 2.3 改进与提高31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 皮肤电刺激机理及其模型34-59
• 3.1 人体体感刺激生理学34-40
• 3.1.1 皮肤感受器34-38
• 3.1.2 皮肤感受器电位及其传输38-40
• 3.1.3 大脑感知40
• 3.2 皮肤电刺激建模40-44
• 3.3 皮肤电刺激建模仿真44-51
• 3.3.1 单极正电流刺激45-47
• 3.3.2 多极正电流刺激47-49
• 3.3.3 多电极正电流刺激49-51
• 3.4 电触觉实验研究51-58
• 3.4.1 电触觉参数研究51-53
• 3.4.2 电触觉分级实验53-56
• 3.4.3 实验结果及分析56-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 电触觉的量化分析59-94
• 4.1 脑机接口简介59-60
• 4.2 事件相关电位基础60-62
• 4.3 事件相关去同步/同步基础62-64
• 4.4 脑机接口实验系统64-67
• 4.4.1 实验系统硬件系统64-66
• 4.4.2 实验系统软件系统66-67
• 4.5 脑电实验67-81
• 4.5.1 数据及标签同步处理67-72
• 4.5.2 伪迹处理72-74
• 4.5.3 实验范式74-76
• 4.5.4 实验数据记录76
• 4.5.5 数据处理76-81
• 4.6 脑电实验结果及讨论81-93
• 4.6.1 行为数据分析81-84
• 4.6.2 事件相关电位分析84-89
• 4.6.3 事件相关去同步/同步分析89-92
• 4.6.4 讨论92-93
• 4.7 本章小结93-94
• 第五章 结束语94-97
• 5.1 本文工作总结94-95
• 5.2 后续工作95-97
• 参考文献97-106
• 致谢106-107
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文107-109

【参考文献】

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本文编号：893967