基于压电传感技术的假手感觉信息获取及感觉神经反馈研究

发布时间：2017-10-05 09:01

  本文关键词：基于压电传感技术的假手感觉信息获取及感觉神经反馈研究

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【摘要】：随着科研水平的发展,假肢技术也得到了长足的进步。肌电假肢和脑电假肢是当前较为先进的多自由度智能假肢,然而这些假肢在控制方案上仍然采取根据设定好的固定模式运动,假肢使用者不能直觉地获得感觉反馈,从而不能进行感觉反馈控制,人机交互性不足。这一缺陷阻碍了假肢技术的进一步发展。运动和感觉是人手的两大功能,并且两功能相互影响。获取假手在抓握物体过程中产生的触滑觉信号,能够有效地提高假手运动的效率,实现无损、牢靠地将物体抓握。为了采集到精确的触滑觉信号,在研究中选用了性能优异的压电驻极体薄膜材料。这款材料有着质量轻、厚度薄、柔软可弯折、灵敏度高等特性。通过选用薄膜原材料,进行压电技术研究,搭建压电驻极体薄膜电学特性测量系统,并制作传感器封装。针对此传感器设计信号调理电路,电路包括电荷放大器模块、低通放大器模块、陷波器模块和电源模块等。在设计低通放大器模块时,利用计算机编程技术实现参数选型,更加科学严谨制作电路。此外,还搭建了计算机信号采集系统和嵌入式信号采集系统,以应对在不同场景下的信号采集任务。使用搭建好的电路系统和信号系来获取假手感觉反馈信号,并提取出信号的时域和频率特征,进行对比和判断,以此提取出触觉信号和滑觉信号,用这两类信号来控制假手的运动。通过对肢体残端残留神经表面电刺激,研究受试者肢体残端处触觉信息输入的一般规律。在实验中采用主观指标和客观指标结合的方式确定了两个问题,一是通过表面电刺激截肢者的残肢,可以使截肢者获得幻肢感;二是确定了相对最佳的触觉信息输入位置。在研究过程中,还进行了基于FMG(肌肉力描记法)的运动特征识别实验。建立八通道压电传感系统,并将压力传感器布置在人的大腿上,采集大腿在进行抬腿、伸直、落地和翘膝四个动作时候因肌肉收缩而产生的压力,通过特征识别处理,较为精确地分辨出了四个不同的动作。这是手部FMG实验的研究基础。
【关键词】：触滑觉信号 感觉神经反馈 肌肉力描记法 压电驻极体传感器
【学位授予单位】：中国科学院深圳先进技术研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.17;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第1章 引言12-22
• 1.1 课题来源12
• 1.2 课题背景及研究意义12-16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.3.1 假手触觉信息获取16-18
• 1.3.2 假肢的反馈控制18-20
• 1.4 主要研究内容20
• 1.5 论文的组织20-22
• 第2章 压电驻极体传感器22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 压电驻极体材料及压电传感器22-26
• 2.2.1 压电驻极体材料22-23
• 2.2.2 电学特性测量系统23-24
• 2.2.3 传感器封装的制作24-26
• 2.3 压电信号调理电路26-31
• 2.3.1 电荷放大器26-28
• 2.3.2 低通滤波器28-30
• 2.3.3 带阻滤波器30-31
• 2.4 压电信号采集系统31-34
• 2.4.1 计算机采集系统31-32
• 2.4.2 嵌入式采集系统32-34
• 第3章 触滑觉信号的获取及特征识别34-40
• 3.1 引言34
• 3.2 触滑觉反馈控制方案34-35
• 3.3 触滑觉信号特征提取及识别35-40
• 3.3.1 触滑觉信号的预处理35-36
• 3.3.2 触滑觉信号特征提取36-37
• 3.3.3 触觉信号和滑觉信号的识别37-40
• 第4章 感觉神经反馈研究40-44
• 4.1 引言40
• 4.2 感觉神经反馈实验方案40-41
• 4.3 感觉神经反馈实验结果41-44
• 第5章 基于FMG的动作特征识别实验44-46
• 5.1 引言44
• 5.2 基于FMG动作识别实验方案44-46
• 第6章 总结与展望46-47
• 6.1 本文总结46
• 6.2 不足与展望46-47
• 致谢47-48
• 作者简介48-50
• 附录50-52
• 参考文献52-54

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