摘要
仿生假手在其机械结构和控制方法方面取得了长足的进步，但如何使患者真正像使用人手一样对物体进行感知，从而获得本体感是影响假手接受程度的一个重要因素。本文基于电刺激反馈建立了一个阵列式电触觉反馈系统，提出了相应的反馈策略，并结合HIT-V假手开展了交互控制实验。 本文首先对国内外触觉反馈的方法和现状进行了研究分析，确定了进行触觉反馈的基本手段和技术路线，即将阵列式反馈和电刺激反馈有机结合起来，搭建触觉反馈系统并在此基础上开展相关策略研究。 为了减小电刺激过程中的电刺激噪声并提升电刺激效果，本文结合人体组织电场模型和神经兴奋模型，提出了一种电刺激电极优化设计方法，使用有限元仿真对理论模型进行了补充和验证。本文开展实验验证了模型和理论的正确性，并对电极安全性进行了研究，从而确保后续实验对人体的无害性。 为了确保人体对电触觉反馈信息的快速响应，基于电压源刺激，本文设计研制了具有独立多通道皮肤-电极阻抗测量功能的电刺激器，可以利用上位机对其进行控制以实现16通道电刺激波形的调制、实时阻抗测量、刺激电压动态调节等功能，确保电刺激过程的人体安全性和感觉一致性。 为了提出合适的电刺激反馈策略以传递丰富的触觉信息，本文在开展认知心理学实验的基础上，通过对比不同策略的辨别正确率，提出了基于阵列时空编码的混合电触觉反馈策略，并通过力跟踪实验进行了策略验证，证明了触觉反馈系统及其策略的可行性。 为了验证触觉反馈系统在实际交互控制的可靠性，本文将其和现有假手系统进行了整合，并开展了物体抓取实验。实验结果表明HIT-V假手搭载本文设计的触觉反馈系统，并结合触觉反馈策略，能够按照人体意识实现抓取过程中抓取力的有效控制，确保了整个抓取过程的快速性和稳定性，有一定的实际意义。
NETL