[发明专利]用于电触觉的量化分析系统及其分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及电触觉反馈测量系统技术领域，具体是一种用于电触觉的量化分析系统及其分析方法。

背景技术

电触觉(Electrotactile)的产生就是通过施加在皮肤表面的电脉冲来让人体产生振动感、压力感、粗糙感、刺痛感等感觉信息，使得人体有满意的触觉再现效果，让操作者的触觉感能够有效、舒适但不出现刺痛感。具体的手法就是通过改变改变刺激的电压(恒压式刺激)、电流(恒流式刺激)的参数，如电脉冲的频率、幅值、脉宽以及脉冲方向等。同时也会考虑改变电极大小、电极材料以及在电刺激过程中的皮肤与电极的接触力，还有刺激手指的位置、厚度以及水合作用等。电触觉的应用范围比较广泛，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。

现有的电触觉产生装置都缺乏一种有效的反馈，主要是由于电刺激过程中被刺激到的神经有很多种，即使采用植入式电极世无法精确测量如此大量的神经信号，也就是说无法将电触觉量化。

经文献检索发现，论文On-line Bio-impedance Identification of Fingertip Skin for Enhancement of Electrotactile Based Haptic Rendering(JohnGregory，Yantao Shen and Ning Xi，201lIEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems，pp:2133-2138，2O11)，该设备主要是通过对电刺激过程中人体的阻抗作为反馈对象来控制电流从而达到保证刺激感觉一定的目的。这样的设备有一下的不足之处:1、人体的阻抗是电阻和容抗的共同效应，阻抗的变化不能真实反映人体的电触觉的变化，所以使用阻抗作为触觉反馈的正确性有待考证;2、人体的电阻变化范围较宽，而且变化速率较快，特别是人体相对于电极有位置移动时变化特别明显，使用电阻作为反馈对设备的实时性要求太高，一般很难达到要求。

发明内容

本发明针对现有的技术存在的一些不足，提供了一种用于电触觉的量化分析系统及其分析方法，本发明能够精确量化电触觉，并将感觉信息通过指标进行定义。

本发明是通过以下技术方案实现的:

一种用于电触觉的量化分析系统，包括脑电信号采集装置、电刺激装置、人机交互装置以及控制系统，所述脑电信号采集装置、电刺激装置以及人机交互装置均与控制系统相连接，其中:

脑电信号采集装置，用于采集脑电信号数据，并对所述脑电信号数据进行处理;

电刺激装置，用于产生电触觉;

人机交互装置，用于显示实验步骤以及用于受试者信息反馈;

控制系统，用于控制脑电信号采集装置、电刺激装置以及人机交互装置。

所述脑电信号采集装置包括屏蔽室、放大器、信号输入盒。脑电帽以及金属护腕，所述放大器位于屏蔽室的外部，并分别与控制系统及电刺激装置相连，所述信号输入盒、脑电帽以及金属护腕均位于屏蔽室的内部，所述脑电帽与信号输入盒相连接，所述信号输入盒连接在放大器上，所述金属腕带与屏蔽室内部的大地相连接，其中:

屏蔽室，用于屏蔽外部的声音和电磁干扰;

脑电帽，用于采集脑电信号数据:

信号输入盒，用于接收脑电信号数据，并传送至放大器;

放大器，用于对脑电信号数据进行放大和滤波;

金属护腕，用于消除电刺激过程中的电刺激伪迹;

所述电刺激装置包括电刺激器、电刺激器转化装置、电源以及单片机板，所述点刺激器与控制系统相连接，所述电刺激器转化装置分别与控制系统及电刺激器相连接，所述电源与电刺激器转化装置相连接，所述单片机板分别与电刺激器及脑电信号采集装置的放大器相连接，其中:

电刺激器，通过控制系统发出的指令产生相应的电刺激脉冲，所述电刺激脉冲为恒压脉冲;

电刺激器转化装置，用于将电刺激器产生的恒压脉冲转换为恒流脉冲，所述恒流脉冲的方向以及幅值通过控制系统手动调节;

电源，用于向电刺激器转化装置提供恒流脉冲的电流源;

单片机板，采集电刺激器产生的恒压脉冲从而对所述恒压脉冲进行编码，并将所述编码发送至放大器的硬件触发口，从而对脑电信号数据进行标签标定，保证刺激开始和脑电记录的同步性;

所述人机交互装置包括显示器以及键盘，所述显示器及键盘均与控制系统相连接，其中:

显示器，用于显示实验步骤，同时保证受试者在实验过程中集中注意力;