面向远程诊疗的机器人触觉再现系统的研究开题报告

1、面向远程诊疗的机器人触觉再现系统的研究,姓名：贺凯 导师：席 宁 研究员 刘连庆 研究员 专业：模式识别与智能系统,主要内容,当前医疗现状：,背景及意义,1,背景及意义,1,远程诊疗系统,远程操作,现场信息感知与操作,应用场景及功能： 触诊； 脉搏、脏器、体温、骨折等； 干预治疗、急救： 动脉出血进行指压止血、必要的急救等；,远程诊疗系统,网络,背景及意义,1,优点 患者一定程度上免去奔波之苦； 医疗资源得到有效利用； 缩短急救时间，提高生存率； 使得远程专业救治成为可能； 有利于未来分布式智能医疗发展。,背景及意义,1,具有一定预诊断能力和干预方式的具备力和触觉交互感知的远程诊疗机器人系统。

2、,国内外研究现状,2,医疗机器人系统现状调研：手术+远程问诊+护理,daVinci,Global media,RI-MAN机器人,Aethon TUG机器人,“妙手S”手术机器人,暂无具备触觉反馈和干预诊断的机器人系统,国内外研究现状,2,触觉再现技术现状调研,基于非摩擦力控制的触觉再现技术 基于水流、气动刺激的触觉再现 通过水流气流刺激皮肤表面。 基于振动叠加的触觉 通过不同振动频率组合实现对于触觉信息的表达。 基于电刺激的触觉再现 刺激电流直接作用于感受器而实现触觉表达。 基于力反馈设备的触觉再现 建立表达目标的法相和切向力实现对于受试者所交互虚拟物体单点表面纹理的表达。 基于电流体（电流

3、变液）或磁流体的触觉再现 通过电场或磁场对某种材料中离子状态有序性产生影响进而改变材料软硬度。 表面声波触觉再现 多束高能声波刺激皮肤表面从而产生对于感受器的作用。,Force Dimension 力回馈设备,Tokyo Metropolitan Institute of Technology,E-Sense,国内外研究现状,2,基于摩擦力控制的触觉再现技术 该技术在使用时要求受试者感受器有一定的相对运动，即对于静态目标，其不具有再现效果。 基于空气压膜效应的触觉再现通过给压电材料施加交流电场引起材料内部高频振动从而在空气和材料表面形成空气“气膜”而改变摩擦力系数实现摩擦力控制。 基于电致振动

4、效应的触觉通过在手指和面板间产生周期性静电从而增加手指-面板间的摩擦力来实现触觉再现。,a.Tactus微流体管道力回馈; b.英国布里斯 托尔大学BIG项目组; c.d.Tesla Touch of Disney Research; e.Immersion TouchScreen; f. E-Sense Of the Senseg company.,国内外研究现状,2,触觉再现技术比较：,可实现静态触觉再现； 装置复杂性、功耗、响应速度。,电刺激触觉再现技术,最优： 电致振动+电刺激,研究目标和内容,3,研究目标：,研究目标和内容,3,研究内容：,课题条件,4,基于超媒体接口的远程乳腺病诊疗

5、机器人系统,没有进行电刺激模型的研究； 系统便携性较差。,待完善,实施方案,5,5.1 触觉微力信息采集传感器,触觉传感器的选择：仿生 光波导触觉传感器 混合碳/聚合物基压阻式薄膜（HCP）传感器 (QTC)传感器,触觉传感器的技术要求： 传感器外形能够匹配手指三维曲面结构； 能够实现对接触力大小、接触位置的感知； 具有柔顺型； 测量分辨率0.1N；,Fig.hybrid carbon/polymer-based piezoresistive (HCP) film 混合碳/聚合物基压阻式薄膜,Fig a. b. The noise of the raw amplifying signal,b,

6、a,Fig.AC analysis of the Lowpassfiltering,Fig.AC analysis of 50Hz power frequency notch filter,无限增益巴特沃斯低通滤波器,50Hz陷波,Fig. the preprocess circuit,Fig. the noise of processed by the preprocess circuit .,Fig. structure of the test device,Fig. the preprocess circuit,Fig. the radialartery pulse signal of

7、the testers Fig b. electric stimulus electrode of the alternant positive current; Fig c. simulation of the electric stimulus of alternant positive current.,a,b,c,振动刺激：Meissner触觉小体低频敏感特性,频率上升识别率下降，符合仿真及生理； 压感总体识别效果稳定，不更改电流方向即可实现振动和压感的稳定识别。,5.3多通道电刺激阵列的设计调研,方案一：,方案二：,Fig. two plans of the multiple cha

8、nnel electric stimulus device.,Fig. Diagram of the electric stimulus,条件： 总线式，方便拓展和级联； 主从控制器设计，功能可合理分配，便于升级、维护。,方案一：模拟开关分配方案,方案二：晶体管分配方案,优点： 设计结构化，增加刺激点数量较为方便； 刺激电流方向可控； 电流幅值控制简单（刺激点的工作模式固定：0刺激点工作，1刺激点工作，2刺激点工作，因此电流输出：0，1倍单电极刺激电流，2倍单电极电刺激电流）。 缺点： 同时只能有一个刺激点可被选中，因此只能分时扫描实现不同刺激点的电流输出； 为保证每个刺激点电流均衡，需要实时根据电流幅值模式改变恒流源电路大小； 根据人体阻抗计算模拟开关芯片的耐压值应大于100V。,优点： 高耐压晶体管种类较多； 可同时矩阵式操作任意多刺激点实现多个点同时刺激。 缺点： 过多晶体管电路可能增加PCB版图面积及布线复杂度； 方向不受软件控制，若实现方向控制需要推挽输出，晶体管数目增加1倍以上； 为保证每个刺激点电流均衡，需要实时根据当前时刻刺激点数目改变恒流源电路大小； 拓展刺激点数目不方便，且PCB版面消耗也会增加较多。,