一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法
【專利摘要】本發明涉及一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法，其特征在于，步驟為：搭建模擬測量平臺；使紡織試樣懸空產生變形；使得仿生皮膚與紡織試樣之間產生受控的多向、多點接觸運動；模擬不同觸摸速度、不同平均觸摸力下的接觸摩擦狀況；模擬觸覺傳感的信號計算。本發明能逼真模擬人體手指觸摸織物時獲取其表面質地信息的過程；逼真模擬人體皮膚與織物間的真實接觸摩擦過程；從人體觸覺傳感機制來分析測試得到的力、振動信號，通過不同觸覺感受器對不同刺激的敏感程度，來找到其對應關系，從而實現了模擬人體對織物表面質地的觸覺量化與評估。
【專利說明】一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種材料表面觸覺質感的模擬評價方法，屬于紡織測量【技術領域】，特別是紡織面料的表面觸覺質感表征與評估領域。
【背景技術】
[0002]觸感是人們評價消費品質地的一個重要因素。以汽車為例，座椅、方向盤和儀表盤等內飾，都是由布、皮、塑料等不同材料制成的，其質地直接影響汽車本身的價值。由于用戶在車廂內對內飾優質和舒適的要求，內飾質地的提高是發展中最重要的問題之一。因此，此類消費品的發展需要一種觸感客觀評估方法。與此同時，相似的觸感可以用很多詞語來表達，也就意味著我們可以區分細微差別的紋理質地。再者，評估的結果受到溫度、濕度等環境因素和個人的影響。基于這些原因，始終不能建立材料表面觸覺質感評估方法的標準，而量化觸覺質感也一直是致力于研究的重要課題。
[0003]織物手感風格的評價方法有主觀和客觀之分。主觀方法無法排除任意性,且難以定量描述，因此常采用客觀方法，尤以日本學者發明的KES織物風格測試評價系統公認度最高，但測試設備昂貴、評價指標多樣且主要適用日本地區。因此，對于織物觸覺質感的評估方法的探究一直在延續。中國專利(公開專利號CN102354368B —種用于織物感官性能評價的模式識別體系)，發明了一種用于織物感官性能評價的模式識別體系和方法，能夠測得褶皺恢復能力和懸垂性等性能，雖然面料在通過噴嘴時經歷的復雜低應力變形過程，與用手掌對面料進行手感評價時的變形過程一致，但仍然跟人體皮膚與面料表面直接接觸過程中的相互作用存在不同，并不能完全代表人體對面料的觸感，無法區分細微差別的觸感，且獲得的指標也不能解決消費者對于質地的需求。中國專利(公開專利號CN101725026A一種機織物柔軟性等級的客觀評價方法)，借助機織物物理性能的測試結果，通過公式計算具體數值，依據數值進行機織物柔軟性等級的客觀評價，該發明雖然定量了柔軟感，但是完全割離了人體感受，無法代表消費者的觸覺感受。中國專利(公開專利號CN101398356A —種皮革柔軟性模糊評價方法)，采用不同載荷下的頂伸高度來評價皮革的柔軟性，對其進行分等，相同載荷下，變形越大，則皮革柔軟性越好，該方法同樣是為了消除主觀評價的不確定性，但是這樣一來就忽略了人體的感覺系統特征，仍然無法表征人體對物體的柔軟感覺。
[0004]也有不少發明涉及到模擬人體皮膚與織物間接觸作用的測試裝置與方法。中國專利(公開專利號CN102590077A —種皮膚紡織品生物摩擦動態測量裝置)，發明了一種皮膚紡織品生物摩擦動態測量裝置，既可實時測試接觸滑動過程中的摩擦力、壓力、力矩作用，又能真實反映皮膚與織物間在不同滑動速度、不同初始壓力下的多向接觸摩擦運動過程，該裝置只能測得力信號，而無法測得接觸過程中的振動信號，且不涉及觸覺質感評價方法。中國專利(公開專利號CN202885804U—種紋理觸覺評價過程的模擬測量平臺)，發明了一種紋理觸覺評價過程的模擬測量平臺，可以同時測量及分析在不同運動速度、運動方式下的多向摩擦力、壓力變化，該發明提供了一種可模擬皮膚與織物等紋理表面間的接觸、摩擦過程的測試裝置，但并未涉及具體的模擬觸覺信號分析方法。中國專利(公開專利號CN102967290A 一種紋理觸覺評價過程的模擬測量方法)，該發明能夠逼真模擬皮膚與織物間的接觸、摩擦作用過程，并提取紋理刺激特征物理量，從而實現對觸覺質感的表征，但并不能夠對其實現評估。
[0005]人們通常以觸摸物體的方式來獲得觸感。在觸摸過程中，人體通過體內的觸覺感受器得到的動覺和觸覺信息來感知物體的質地。眾所周知，“主動觸摸”或者“撫摸表面”是感知表面粗糙或者滑溜的合適方式，而剛度和熱感的獲得需采取“被動觸摸”或者“只是按壓物體”。特別地，主動觸摸被認為是探測表面微小粗糙的有效方式。在人類的無毛皮膚如手掌和手指處，存在四種觸覺感受器:FA I (麥斯納氏小體)、SA K默克爾式小盤)、FAII (潘申尼小體)和SAII (魯菲尼氏小體)。感知物理量與感受器探測振動共享頻段，因此人體通過分析和整合由感受器得到的信息來獲取觸覺。
[0006]為了模擬人體觸覺，已經出現了測量物體表面粗糙或者紋理質地的一批傳感器。Kato tech Ltd.開發了一種將手掌感覺數字化的測量儀，可以模仿輕撫、拉伸、折疊以及推擠等接觸動作來測得物體的物理特性。但是，該裝置一次只能測得物體的一項物理性質，對于評估復雜的由多因素導致的觸感還是相當困難。其他還有用應變計和PVDF薄膜制成的傳感器。Mukaibou等人開發了一種模擬人體手指組織結構和感知機制的紋理傳感器，擁有骨骼和指甲，兩層組織結構以及偽指紋表皮。組織結構內含5只硅膠應變計，具有與麥斯納氏小體相似的功能。此外，在傳感器底部安裝了兩只雙葉彈簧，來測量實驗過程中的法向力和切向力。該傳感器能夠鑒別粗糙、柔軟和摩擦方面的差異，也可通過數據分析估計物體表面紋理。但是相關實驗只能針對紋理質地完全不同的物體。PVDF薄膜傳感器還可以用在閱讀盲文、監測皮膚狀況、衡量頭發手感等方面。PVDF薄膜是一種高分子壓電材料，其特性與潘申尼小體類似。該傳感器系統聲稱可以用模擬頭發表面的仿板評估頭發在干/濕狀態下的觸摸手感。
[0007]很多已開發的傳感器，包括上述提到的，都只能測量表面粗糙度。盡管觸覺信息由多因素構成，但是它們都只能測得影響觸覺的其中一個因素。也就是說，還沒有方法能夠通過測量得出手感的細微區別。因此，要想建立觸覺質感評價方法標準，必須提出一種模擬主動觸摸過程的新型模擬觸覺評價方法。
【發明內容】
[0008]本發明的目的提供一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法。
[0009]為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法，其特征在于，步驟為:
[0010]第一步、搭建模擬測量平臺，該模擬測量平臺包括底座，立柱設于底座上，在底座的表面設有沿左右移動的X軸滑槽導軌或沿前后移動的Y軸滑槽導軌，在X軸滑槽導軌及Y軸滑槽導軌內分別設有由X軸電機驅動的X軸滑塊絲桿組件及由Y軸電機驅動的Y軸滑塊絲桿組件；當底座的表面設有X軸滑槽導軌時，Y軸滑槽導軌固定在X軸滑塊絲桿組件的X軸滑塊上；當底座的表面設有Y軸滑槽導軌時，X軸滑槽導軌固定在Y軸滑塊絲桿組件的Y軸滑塊上；用于固定紡織品試樣的試樣固定機構固定在Y軸滑塊或X軸滑塊上，在試樣固定機構的上方設有固定在立柱上的Z軸滑槽導軌，在Z軸滑槽導軌內設有由Z軸電機驅動的Z軸滑塊絲桿組件，Z向面板固定在Z軸滑塊絲桿組件的Z軸滑塊上，在Z向面板上設有微調兼過載保護結構；
[0011]試樣固定機構包括固定在Y軸滑塊或X軸滑塊上的X-Y平面面板，在X-Y平面面板的兩側各有一塊Y-Z矩形立板，在一側的Y-Z矩形立板上方開兩個螺紋孔，使其上方的圓柱形桿通過螺母與Y-Z矩形立板結合，形成握持紡織品試樣的夾具，將紡織品試樣夾持，另一側Y-Z矩形立板高度略低，在其截面中間處開有圓柱形槽口，三軸力傳感器置于該圓柱形槽口內，三軸力傳感器的上方放置用于固定紡織品試樣另一邊的輕質夾具，兩邊的夾具共同將紡織品試樣進行固定；
[0012]微調兼過載保護結構包括與Z向面板連接固定的連接塊，音圈電機的一端連接連接塊，在其另一端上設有加速傳感器，在加速傳感器的下端配置仿生皮膚；[0013]遠端的PC數據處理系統通過多軸運動控制器控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機及音圈電機的動作，控制系統還連接三軸力傳感器及加速傳感器；
[0014]第二步、將所測紡織試樣以一定張力固定在試樣固定機構上，使紡織試樣懸空，以便在接觸過程中容易產生變形；
[0015]第三步、通過Z向面板的上下運動使得仿生皮膚接觸紡織試樣，再結合音圈電機對仿生皮膚上下位置的微調使得仿生皮膚對紡織試樣的接觸強度達到初始值；
[0016]第四步、試樣固定機構在X軸電機的驅動下進行左右方向的往復式單線運動，或同時在X軸電機及Y軸電機的驅動下沿曲線軌跡運動，仿生皮膚上與紡織試樣之間形成往復式接觸或曲線式接觸，使得仿生皮膚與紡織試樣之間產生受控的多向、多點接觸運動，以便加速傳感器和三軸力傳感器同步檢測出多點接觸摩擦信息；
[0017]第五步:模擬不同觸摸速度、不同平均觸摸力下的接觸摩擦狀況，通過Z向面板及音圈電機重新設定仿生皮膚對紡織試樣的接觸強度，和/或重新設定試樣固定機構的運動速度，重新返回第四步執行，直到檢測完所有需要測試的數據；
[0018]第六步:模擬觸覺傳感的信號計算，借助加速傳感器和三軸力傳感器同時測得的接觸摩擦作用力曲線和振動曲線，先對力曲線和振動曲線進行時域以及頻域分析，然后基于觸覺系統感知信號的過程提取表征表面觸覺質地信息的特征物理量，從而實現表面質地的模擬觸覺評價。
[0019]優選地，在所述第四步中，當所述試樣固定機構進行旋轉運動時，所述X軸電機與所述Y軸電機的轉速相同或不相同，實現圓周或任意曲線運動軌跡。
[0020]優選地，在第六步中，所述從接觸摩擦力曲線和振動曲線中提取觸覺信號的具體步驟如下:
[0021]步驟6.1、對測得的振動信號進行傅里葉變換，得到其包含的頻率分量，并得到相應的頻譜圖、能譜圖以及功率譜圖；
[0022]步驟6.2、近似估算每一頻段的振動刺激閾值，得到近似閾值曲線，其中，每一段頻率下的振動刺激閾值可根據方程線性變化；
[0023]步驟6.3、得到麥斯納氏小體、默克爾式小盤及潘申尼小體的振動刺激值，上述三個觸覺感受器中任意第r個觸覺感受器的振動刺激值為仁，
[0024]Ir，其中，4和fl分別為第r個觸覺感受器能感受刺激的頻率最高值和頻率最低值，Pi為功率譜圖中第i個頻率所對應的功率值，Li為近似閾值曲線中第i個頻率所對應的振動刺激閾值；
[0025]步驟6.4、將計算得到的振動刺激值與從感官評價中提取的觸覺因素進行對比，該觸覺因素至少包括柔軟感及粗糙感，計算出振動刺激值與觸覺因素之間的相關性，基于此，用最小二乘法估計感官評價指標，該感官評價指標至少包括柔軟指標與粗糙指標。
[0026]與現有技術相比，本發明的有益效果是:(1)將織物試樣懸垂固定，使其在受力情況下易于產生變形，逼真模擬人體手指觸摸織物時獲取其表面質地信息的過程；(II)通過仿生觸頭，逼真模擬人體皮膚與織物間的真實接觸摩擦過程，測得動態的、豐富的多尺度接觸振動信號，而不是單純的幾何紋理特征信息，為評估不同織物表面刺激人體產生的觸覺質感提供了可能；(III)從人體觸覺傳感機制來分析測試得到的力、振動信號，通過不同觸覺感受器對不同刺激的敏感程度，來找到其對應關系，從而實現了模擬人體對織物表面質地的觸覺量化與評估。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為由觸覺感受器定義的振動刺激值示例；
[0028]圖2為模擬測量平臺的總體示意圖；
[0029]圖3為試樣固定機構示意圖；
[0030]圖4為試樣與仿生手指相對滑動的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0032]本發明提供了一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法，其步驟為:
[0033]第一步、搭建模擬測量平臺，結合圖2，該模擬測量平臺包括底座10，立柱11設于底座10上，在底座10的表面設有沿左右移動的X軸滑槽導軌2或沿前后移動的Y軸滑槽導軌I，在X軸滑槽導軌2及Y軸滑槽導軌I內分別設有由X軸電機驅動的X軸滑塊絲桿組件及由Y軸電機驅動的Y軸滑塊絲桿組件；當底座10的表面設有X軸滑槽導軌2時，Y軸滑槽導軌I固定在X軸滑塊絲桿組件的X軸滑塊上；當底座10的表面設有Y軸滑槽導軌I時，X軸滑槽導軌2固定在Y軸滑塊絲桿組件的Y軸滑塊上；用于固定紡織品試樣的試樣固定機構4固定在Y軸滑塊或X軸滑塊上，在試樣固定機構4的上方設有固定在立柱10上的Z軸滑槽導軌3，在Z軸滑槽導軌3內設有由Z軸電機驅動的Z軸滑塊絲桿組件，Z向面板5固定在Z軸滑塊絲桿組件的Z軸滑塊上，在Z向面板5上設有微調兼過載保護結構。
[0034]結合圖3，試樣固定機構4包括固定在Y軸滑塊或X軸滑塊上的X-Y平面面板，在X-Y平面面板的兩側各有一塊Y-Z矩形立板，在一側的Y-Z矩形立板上方開兩個螺紋孔，使其上方的圓柱形桿通過螺母與Y-Z矩形立板結合，形成握持紡織品試樣的夾具，將紡織品試樣夾持，另一側Y-Z矩形立板高度略低，在其截面中間處開有圓柱形槽口，三軸力傳感器13置于該圓柱形槽口內，三軸力傳感器13的上方放置用于固定紡織品試樣另一邊的輕質夾具，兩邊的夾具共同將紡織品試樣進行固定。
[0035]微調兼過載保護結構包括與Z向面板5連接固定的連接塊6，音圈電機7的一端連接連接塊6，在其另一端上設有加速傳感器8，在加速傳感器8的下端配置仿生皮膚9。
[0036]遠端的PC數據處理系統通過多軸運動控制器控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機及音圈電機7的動作，控制系統還連接三軸力傳感器13及加速傳感器8。
[0037]第二步、將所測紡織試樣12以一定張力固定在試樣固定機構4上，使紡織試樣12懸空，以便在接觸過程中容易產生變形。
[0038]第三步、通過Z向面板5的上下運動使得仿生皮膚9接觸紡織試樣12，再結合音圈電機7對仿生皮膚9上下位置的微調使得仿生皮膚9對紡織試樣12的接觸強度達到初始值。
[0039]第四步、結合圖4，試樣固定機構4在X軸電機的驅動下以速度V沿左右方向往復式單線運動，仿生皮膚9對紡織試樣12的接觸強度為Fn，縱向接觸摩擦力強度為Ff，橫向接觸摩擦力強度為Ft。或在Y軸電機的驅動下進行前后方向的往復式單線運動。或同時在X軸電機及Y軸電機的驅動下進行旋轉運動。旋轉運動時，X軸電機與Y軸電機的轉速相同或不同。仿生皮膚9與紡織試樣12之間形成往復式接觸或者旋轉式接觸，使得仿生皮膚9與紡織試樣12之間產生受控的多向接觸運動，以便加速度傳感器8和三軸力傳感器13同步檢測出接觸摩擦力及振動信息。
[0040]第五步:模擬不同觸摸速度、不同平均觸摸力下的接觸摩擦狀況，通過Z向面板5及音圈電機7重新設定仿生皮膚9對紡織試樣12的接觸強度，和/或重新設定試樣固定機構4的運動速度，重新返回第四步執行，直到檢測完所有需要測試的數據；
[0041]第六步:模擬觸覺傳感的信號計算，借助加速傳感器8和三軸力傳感器13同時測得的接觸摩擦作用力曲線和振動曲線，先對力曲線和振動曲線進行時域以及頻域分析，然后基于觸覺系統感知信號的過程提取表征表面觸覺質地信息的特征物理量，從而實現表面質地的模擬觸覺評價，其步驟為
[0042]步驟6.1、對測得的振動信號進行傅里葉變換，得到其包含的頻率分量，并得到相應的頻譜圖、能譜圖以及功率譜圖。
[0043]步驟6.2、近似估算每一頻段的振動刺激閾值，得到近似閾值曲線，其中，每一段頻率下的振動刺激閾值可根據方程線性變化。
[0044]在人類裸露的皮膚如手掌和手指處，存在四種觸覺感受器:FAI (麥斯納氏小體)、SAI(默克爾式小盤)、FAII (潘申尼小體)和SAII (魯菲尼氏小體)。手掌中每一個觸覺感受器針對振動刺激都有其特定的振幅閾值，只對振幅大于閾值的刺激產生反應。
[0045]SAI感受器是位于表皮底層的Merkel感受器，有很高的空間分辨率，屬于適應性感受器，對持續的皮膚觸壓刺激敏感，在整個刺激過程中持續發放動作電位，容易感受機械應變、壓力的刺激，最適宜刺激頻率為5HZ。SAI感受器在低頻段的振動刺激閾值相對平緩，基本保持在一個常數。
[0046]SAII感受器是位于表皮深層的Ruffini小體，對皮膚的牽拉敏感，皮膚與織物表面的摩擦所導致的拉伸變化就能促使其發放電脈沖。SAII感受器的振動刺激閾值始終大于其他三個感受器，當SAII感受器反應時，其他三個觸覺感受器同時也能反應，因此在本發明中，并不將其納入考慮范圍。
[0047]FA I感受器是真皮乳頭處緊挨表皮下的Meissner觸覺小體，主要分布于無毛皮膚區域，是一種快速適應性感受器，在刺激開始和結束的階越變化過程中呈現的誘發電信號最激烈，對物體表面輪廓結構的變化比較敏感，容易感受低頻振動，適宜的刺激頻率范圍為50-100HZ。FA I感受器在3Hz到40Hz之間其振動刺激閾值以-1OdB的梯度呈直線下降。[0048]FAII感受器是位于皮下組織的Pacinian環層小體,為囊泡狀,對觸動皮膚和吹動皮膚的刺激，尤其是當皮膚表面被迅速壓入或施加振動信息時產生響應，適宜的頻率范圍是200-300HZ。FA II感受器在高于40Hz后以_20dB的梯度下降，在250Hz左右降到最低，又以20dB的梯度上升。
[0049]基于此，每一段振動刺激閾值可根據方程線性變化，得到近似閾值曲線。
[0050]步驟6.3、得到FAI (麥斯納氏小體)、SAI (默克爾式小盤)及FAII (潘申尼小體)的振動刺激值，然后計算出功率譜圖和近似閾值曲線間的差值，如圖1所示，并將每一個頻段的剩余值進行加權，每一個觸覺感受器對最終形成各觸覺質感的貢獻都可以用一個值來定義，其中，上述三個觸覺感受器中任意第r個觸覺感受器的振動刺激值為仁，
4
[0051 ] Ir = ΣW — A) *其中，4和分別為第r個觸覺感受器能感受刺激的頻率最高值
I,
和頻率最低值，Pi為功率譜圖中第i個頻率所對應的功率值，Li為近似閾值曲線中第i個頻率所對應的振動刺激閾值。
[0052]步驟6.4、將計算得到的振動刺激值與從感官評價中提取的觸覺因素進行對比，該觸覺因素包括柔軟感及粗糙感，計算出振動刺激值與觸覺因素之間的相關性，基于此，用最小二乘法估計感官評價指標，該感官評價指標包括柔軟指標與粗糙指標。
[0053]以柔軟感及粗糙感為例，柔軟感與FAII的振動刺激值負相關，用最小二乘法估計柔軟指標；而粗糙感與FA I的振動刺激值負相關，用同樣的方法可估算得到粗糙指標。計算這兩個指標與感官評價值之`間的R2，驗證其有效性，從而建立一種新型的量化觸覺質感的模擬觸覺評估方法。
dv
[0054]對于力學信號，由公式F=ma，其中，m為質量，《 = 丁，s=vt，a為加速度，V為速度，
Λ
s為位移，t為時間，我們可以得到加速度頻率周期圖和位移頻率周期圖。對應到人體觸覺感受器，SAI對位移刺激較為敏感，將位移周期圖與柔軟感進行對比，找出其相關性。SAII適用于探測摩擦刺激，而加速度與粗糙間存在一定相關性，因此可將加速度周期圖與粗糙感進行對比得到其相關方程。
[0055]宏觀上，被測織物樣品在仿生手指的作用下產生了變形，分析作用于織物表面三個方向的力與其對應變形間的關系，即計算每一塊試樣的剛度A = |，其中，P為作用于被測
O
織物樣品的恒力，s為被測織物樣品由于力而產生的形變，則可比較不同織物的柔軟程度，辨別相差程度較大的試樣。
[0056]對力信號的分析作為振動信號分析結果的補充和驗證，力求達到評估指標和方法可靠有效。
[0057]功率譜:
[0058]借助功率譜估計，利用已觀測到的一定數量樣本數據估計一個平穩隨機信號的功率譜密度，來分析信號的能量隨頻率變化的分布特性，功率譜密度P (W)可以描述信號功率隨頻率的變化，其定義為:[0059]
【權利要求】
1.一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法，其特征在于，步驟為: 第一步、搭建模擬測量平臺，該模擬測量平臺包括底座(10)，立柱(11)設于底座(10)上，在底座(10)的表面設有沿左右移動的X軸滑槽導軌(2)或沿前后移動的Y軸滑槽導軌(1)，在X軸滑槽導軌(2)及Y軸滑槽導軌(I)內分別設有由X軸電機驅動的X軸滑塊絲桿組件及由Y軸電機驅動的Y軸滑塊絲桿組件；當底座(10)的表面設有X軸滑槽導軌⑵時，Y軸滑槽導軌⑴固定在X軸滑塊絲桿組件的X軸滑塊上；當底座(10)的表面設有Y軸滑槽導軌(I)時，X軸滑槽導軌(2)固定在Y軸滑塊絲桿組件的Y軸滑塊上；用于固定紡織品試樣的試樣固定機構(4)固定在Y軸滑塊或X軸滑塊上，在試樣固定機構(4)的上方設有固定在立柱(10)上的Z軸滑槽導軌(3)，在Z軸滑槽導軌(3)內設有由Z軸電機驅動的Z軸滑塊絲桿組件，Z向面板(5)固定在Z軸滑塊絲桿組件的Z軸滑塊上，在Z向面板(5)上設有微調兼過載保護結構； 試樣固定機構(4)包括固定在Y軸滑塊或X軸滑塊上的X-Y平面面板，在X-Y平面面板的兩側各有一塊Y-Z矩形立板，在一側的Y-Z矩形立板上方開兩個螺紋孔，使其上方的圓柱形桿通過螺母與Y-Z矩形立板結合，形成握持紡織品試樣的夾具，將紡織品試樣夾持，另一側Y-Z矩形立板高度略低，在其截面中間處開有圓柱形槽口，三軸力傳感器(13)置于該圓柱形槽口內，三軸力傳感器(13)的上方放置用于固定紡織品試樣另一邊的輕質夾具，兩邊的夾具共同將紡織品試樣進行固定； 微調兼過載保護結構包括與Z向面板(5)連接固定的連接塊(6)，音圈電機(7)的一端連接連接塊出)，在其另一端上設有加速傳感器(8)，在加速傳感器(8)的下端配置仿生皮膚(9)； 遠端的PC數據處理系統通過多軸運動控制器控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機及音圈電機(7)的動作，控制系統還連接三軸力傳感器(13)及加速傳感器(8)； 第二步、將所測紡織試樣(12)以一定張力固定在試樣固定機構(4)上，使紡織試樣(12)懸空，以便在接觸過程中容易產生變形； 第三步、通過Z向面板(5)的上下運動使得仿生皮膚(9)接觸紡織試樣(12)，再結合音圈電機(7)對仿生皮膚(9)上下位置的微調使得仿生皮膚(9)對紡織試樣(12)的接觸強度達到初始值； 第四步、試樣固定機構(4)在X軸電機的驅動下進行左右方向的往復式單線運動，或同時在X軸電機及Y軸電機的驅動下沿曲線軌跡運動，仿生皮膚(9)上與紡織試樣(12)之間形成往復式接觸或曲線式接觸，使得仿生皮膚(9)與紡織試樣(12)之間產生受控的多向、多點接觸運動，以便加速傳感器(8)和三軸力傳感器(13)同步檢測出多點接觸摩擦信息；第五步:模擬不同觸摸速度、不同平均觸摸力下的接觸摩擦狀況，通過Z向面板(5)及音圈電機(7)重新設定仿生皮膚(9)對紡織試樣(12)的接觸強度，和/或重新設定試樣固定機構(4)的運動速度，重新返回第四步執行，直到檢測完所有需要測試的數據； 第六步:模擬觸覺傳感的信號計算，借助加速傳感器(8)和三軸力傳感器(13)同時測得的接觸摩擦作用力曲線和振動曲線，先對力曲線和振動曲線進行時域以及頻域分析，然后基于觸覺系統感知信號的過程提取表征表面觸覺質地信息的特征物理量，從而實現表面質地的模擬觸覺評價。
2.如權利要求1所述的一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法，其特征在于，在所述第四步中，當所述試樣固定機構(4)進行旋轉運動時，所述X軸電機與所述Y軸電機的轉速相同或不相同，實現圓周或任意曲線運動軌跡。
3.如權利要求1所述的一種材料表面質地的模擬觸覺評價方法，其特征在于，在第六步中，所述從接觸摩擦力曲線和振動曲線中提取觸覺信號的具體步驟如下: 步驟6.1、對測得的振動信號進行傅里葉變換，得到其包含的頻率分量，并得到相應的頻譜圖、能譜圖以及功率譜圖； 步驟6.2、近似估算每一頻段的振動刺激閾值，得到近似閾值曲線，其中，每一段頻率下的振動刺激閾值可根據方程線性變化； 步驟6.3、得到麥斯納氏小體、默克爾式小盤及潘申尼小體的振動刺激值，上述三個觸覺感受器中任意第r個觸覺感受器的振動刺激值為仁，
【文檔編號】G01N33/36GK103760324SQ201410028070
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月22日 優先權日:2014年1月22日
【發明者】章媛, 姜瑞濤, 胡吉永, 楊旭東, 丁辛 申請人:東華大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
