仿生假肢帮助肢体残疾患者修复外型缺陷,在一定程度上代替失去肢体部分的运动功能。现有上肢假肢设计反馈形式单一,患者只能通过自身视觉感知操控假肢与外部环境进行交互,由于缺乏有效的触觉反馈,操作体验较差,尤其在光照条件较差及黑暗环境中,严重影响残障患者日常生活。基于上述现状,本文引入电触觉技术,研制开发了一套基于电触觉的假肢反馈系统,通过在患者上肢部位设置与仿生假肢指爪对应映射区域,建立指爪受力与电刺激强度之间映射关系,依据交互过程中各指爪触觉传感器数据,在映射区域对应部位施加相应强度的电触觉刺激,进而实现假手环境交互过程中的触觉反馈。论文工作对重塑截肢患者外在形象,增强生活信心,融入群体社会具有积极意义,此外,论文工作对老年化社会环境下的助老助残事业,以及伤残军人的体格重建等方面具有重要价值。论文研究主要包括:(1)总体方案设计。根据假肢电触觉反馈系统设计目标,分析系统需求,明确总体架构,提出电触觉刺激方案,绳驱式仿生假肢方案,并确定触觉传感器等关键硬件选型。设计映射方案,建立包含14个刺激点的刺激阵列与假肢14处触觉信息映射,实现抓取状态的触觉再现。(2)电触觉理论建模。依据人体皮肤生理构造及触觉感知机理,建立皮肤电刺激模型,探讨各刺激模式下皮肤表面电刺激传导过程与不同触觉感觉小体的感受特性,辅助电刺激过程设计。(3)电刺激器设计。基于Boost升压原理及压控恒流源电路,设计了一种多通道电触觉刺激器,可实现输出刺激波形幅值、频率、占空比的参数控制。(4)力触觉感知。采用FSR压力传感器阵列检测假肢和环境交互过程中各指关节受力状态,并引入离散小波变换算法对触觉传感器数据进行解析,以采集和评估触觉相互作用力和滑动情况,从而为电触觉强度刺激提供依据。(5)实验与测试。通过实验完成所设计电刺激器输出感觉类别及强度等级划分。设计实验,验证机械手抓取过程中,被试者对抓取信息的掌握情况,验证本课题设计的假肢电触觉反馈系统控制性能及实用价值。本论文将电触觉刺激应用于假肢触觉反馈,实现了假肢环境交互过程中的闭环操控,可满足残障人士假肢应用需求,达到了课题任务目标。