可穿戴皮肤拉伸感知反馈设备设计
时间:2019-10-27 14:26 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要本课题设计并制作了一种新型的皮肤拉伸可穿戴触觉反馈设备原型机，该原型机由运动执行机构、壳体、减震装置三个主要部分组成。完成反馈设备的设计后，建立了该设备与皮肤组成的系统的机械模型，该模型包含反馈设备质量Mf、皮肤质量Ms、弹簧劲度系数 K、阻尼 C 这四个元素。完成建模后，将该原型机应用于一位受试者的手腕位置，通过实验测量出人体前肢对于不同频率输入信号的响应，以确定手腕皮肤-拉伸设备组成系统的固有频率。并根据测得的多组数据拟合出了系统模型参数 Ms、C、K 的最佳估计值。 本文实现了皮肤拉伸这一关键技术，该技术在后续的研究中可以用于步态训练的触觉反馈环节， 为后续的拉伸触觉反馈研究奠定功能基础，并为后续的步态训练反馈方式研究提供指导。 41519 毕业论文关键词：皮肤拉伸，可穿戴设备，触觉反馈，系统建模，参数拟合 Title: A Wearable Haptic Skin Stretch Feedback Device Design Abstract A new wearable skin stretch feedback device prototype was designed in this project. The device consists of three main parts, which are motion actuator, body and vibration absorber. After the design of the device, a mechanical model was developed to describe the system formed by the device and skin. The model contains four elements, which are device mass Mf, skin mass MS, spring stiffness K and damper C. The device was attached to a subject’s wrist afterwards, aiming to find the resonate frequency f of the system. According to the data collected in the experiment, best estimation of Ms, C and K values were calculated. This project realized skin stretch technology. This key technology can be used in the haptic feedback of gait retraining. Also, this project will be the foundation of future skin stretch feedback research and guide future haptic feedback paradigms research. Keywords: Skin stretch, Wearable device, Tactile feedback, System modeling, Parameter fitting 目次 1引言1 1.1选题背景及意义..1 1.2国内外发展现状1 1.3论文的主要内容..3 2生物学原理及机械模型的建立.3 2.1生物学原理.4 2.2机械模型..4 2.3本章小结..6 3触觉反馈设备设计6 3.1反馈设备设计方案.6 3.2运动执行机构选型.8 3.3硅胶减震垫设计..8 3.4反馈设备外壳设计..10 3.5本章小结12 4控制系统设计.12 4.1控制电路设计.12 4.2控制信号设计.13 4.3控制程序设计及其仿真14 4.4本章小结17 5实验设计及数据分析.17 5.1设定实验范式.17 5.2视频录制18 5.3图像处理19 5.4本章小结25 6模型参数计算.25 6.2本章小结26 结论.27 致谢.28 参考文献29 图2.1皮肤-反馈设备机械模型.5 图3.1拉伸触觉反馈设备示意图及实物图.7 图3.2触觉拉伸反馈设备工程图..7 图3.3音圈电机示意图及实物图..8 图3.4硅胶垫模具三文示意图9 图3.5成型的硅胶垫及其模具.10 图3.6塑料外壳三视图.10 图3.73D打印机外观及打印软件界面图.11 图3.8塑料外壳三文模型示意图及实物图..11 图3.9四种质量不同的金属外壳示意图12 图4.1设备电路实物图.13 图4.2输入信号示意图.14 图4.3Proteus电路仿真图..16 图5.1反馈设备安装示意图..17 图5.2高速相机拍摄场景18 图5.3标签实物图19 图5.4图像处理流程图.20 图5.5裁剪前后对比图.21 图5.6滤波前后图像对比22 图5.7边缘检测效果图.22 图5.8标定色块示意图.23 图5.9不同质量外壳对应的位置-频率图.23 图5.10包络线示意图24 (责任编辑：qin) |