CN103954860A - 一种用于触控设备功能和性能的测试工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于触控设备功能和性能的测试工具。该测试工具有多指仿人手和多指联合运动的特点，在结构上该工具包含若干手指模块，手指模块间通过一个连杆伸缩机构来传递运动关系，可达到触摸测试时对手指间距动态控制的目的，完善了传统触摸屏测试仪的测试功能；更进一步，以该测试工具所具有的多指灵活运动能力为基础，将测试工具安装在运动平台上执行测试动作，既解决了多形态触屏装置的测试困难，也可集中完成多种单项触屏测试以提高测试效率，同时借助该装置可对人手指真实触摸操作进行模拟，如接触力变化、手指划动轨迹偏差等，来评估触控设备在人手触摸操作时的用户体验，以便改进产品设计，并可辅助开发多指应用程序。

Description

一种用于触控设备功能和性能的测试工具

技术领域

本发明涉及一种用于触控设备功能和性能的测试工具。

背景技术

电子设备的触摸屏、笔记本上的触控板或电脑外接的手写板等具有触摸输入功能的装置，是人与计算机进行信息交互的重要通道。触控装置的功能和性能直接影响着终端产品的可靠性和用户体验。

为描述简洁，本说明书下文中用触摸屏来指代触摸屏、笔记本电脑触控板和电脑外接的手写板等触控设备，但其含义并不局限于触摸屏。

随着触摸屏自身技术的不断进步，现有的触摸屏测试装置已出现技术瓶颈，具体表现在：

（1）      带有触摸屏的电子设备的结构设计的多样化带来的测试困难

传统的触摸屏测试仪，如触摸屏点击划线测试仪、触摸屏线性测试仪等，其测试操作方式是将待测的触摸屏水平放置并装夹固定在测试仪台面，并通过固定在测试仪台面上方的一个水平运动台来产生点击和划线等的测试动作并完成测试。在这个过程中，运动台末端触摸笔尖的运动平面与触摸屏的相对平行程度，决定了测试过程中触摸笔与触摸屏的有效接触程度并直接影响着测试的性能，需要保证触摸屏的绝对水平固定。但由于近年来含有触摸屏的电子设备外形设计的多元化，不规则的产品外形使得触摸屏的水平牢固夹持变得困难，如联想公司的YOGA平板电脑[1]，如果将其直接放在测试台上，触摸屏与水平台面间会有一个倾角，需要借助垫块等辅助装夹，并且需要额外的定位和标定步骤以保证测试精度。

另外，很多传统开合式形态的笔记本电脑也已开始装备触摸屏，如联想Z系列笔记本电脑[2]。这类电脑产品转轴开合角度有限，屏幕张角不能达到180度的水平状态，若将触摸屏固定在测试台面上，而将机身张开自由悬置，机身又极易与执行测试动作的运动台产生干涉。例如美国TRIEX公司的PT3-High Precision Test Tool，是微软公司全球指定的Windows 8 HCK认证测试（为电脑产品兼容性测试，包括对触摸屏的功能测试）使用工具之一，在将联想Z系列笔记本电脑的触摸屏水平装夹固定后，测试台测试工具由于空间有限而容易与笔记本电脑机身发生干涉。

再者，触摸屏自身形态设计也呈现多样化，使测试难以进行。韩国LG公司的可弯曲屏幕智能手机G Flex，其屏幕可以手动弯曲；韩国三星公司的弧形触摸屏手机Galaxy Round[3]，其屏幕不再是一个平面，而是曲率半径为400mm的弧形柱面；美国苹果公司的一份关于触觉反馈的专利[4]显示，未来的触屏技术将让触摸屏摸起来体验到光滑、粗糙或是其它物理实体的触感。显然，传统的测试设备因为测试的运动台是平面运动的，对于可弯曲触摸屏这一类非平面的触摸屏的测试较为困难；对于具有触觉反馈功能的触摸屏的触觉力测试，也需要新的测试设备来完成。

（2）      仿人手多指操作测试的困难

用户体验在消费电子产品设计中越来越受到重视，作为重要人机接口装置的触摸屏尤其如此，因此触摸屏测试不仅仅要以标准的接触状态（即接触面积不变、接触力大小不变）来考查屏幕对于触摸操作的反应速度、连续性和辨识度等等，也要考查在人手可能出现的非标准操作情况下触摸屏的反馈情况，这些反馈情况可以作为触摸屏改进人机交互体验时的参考，来进一步优化用户体验。

触屏的多指操作过程中，不仅手指间的相对运动关系可能会由于关联多组触摸指令而发生上述指令解析错误，手指间的相对位置及姿态分布也可能会导致触摸装置的指令误解析。例如对于电容类触摸装置，手指按压力的大小直接影响着触摸电容的电荷聚集程度，多指同时按压情况下手指间的不同压力分布对于触屏驱动程序的触点识别功能有直接影响；再如基于边界红外识别的多指触控装置，用户手指在操作过程中的不同姿势直接影响手指在触屏边界上的投影，从而对触点的识别精度产生影响。因此，模拟触控操作过程中的多手指与触屏间相对姿态、手指间的不同触摸力，对于提升触屏设备的触点识别精度，提升用户体验意义显著，然而目前触屏测试还较少深入考虑上述测试。

通过模仿人手触摸的测试，不仅可以优化用户体验，进一步的，还可辅助开发三指及以上的多指操作指令的应用程序。开发人员在为触控设备设计应用程序时，一般只使用单指及两指操作指令，三指及以上多指的接触情况较多在多指绘图或游戏对战等应用中使用，同时触摸操作的控制功能相比于PC上的鼠标控制功能还有一定差距，需要利用三指及以上的多指操作来拓宽触控设备的触摸操作控制功能。但人手在真实多指操作时注意力难以保证多个手指的可靠接触，如第三指或第四指的接触力/面积变化导致接触失效。这种不稳定性造成用户使用信心缺失，没有好的用户体验，所以开发人员在开发应用程序时没有采用三指及以上多指操作指令。

然而借助测试可以模拟人手所习惯的三指及以上的多指操作的复杂情况，如接触力变化、划动轨迹偏差，并对其量化，在这些复杂情况下对触摸屏进行测试，得到触摸屏对这些触摸操作的接触情况的数据，为开发人员开发三指及以上复杂操作提供依据。这类操作举例有第一、二指单点按压不动，第三指划动，或者第一指单点按压不动，第二、三指绕第一指旋转等。利用人手真实操作的数据开发出来的多指应用程序可以创造良好的用户体验，有了用户对于多指操作的信心，拓展触摸屏触摸操作的控制功能才有可能。同样的，上述多指的复杂运动的测试，需要多指灵巧的运动能力，而传统的触摸屏测试仪并不具备这些功能。

参考文献

[1]              YOGA平板电脑：

http://appserver.lenovo.com.cn/Lenovo_lepadSeries_List.aspx?CategoryCode=A21B07C07

[2]              联想公司Z系列笔记本电脑：

http://appserver.lenovo.com.cn/Lenovo_Series_List.aspx?CategoryCode=A03B14C02###

[3]              三星公司弧形触摸屏手机Galaxy Round

http://www.samsung.com/cn/news/presskit/arc-striking-day-shock-curved-screen

[4]              苹果公司关于触觉反馈触摸屏的专利

http://appft1.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?Sect1=PTO2&Sect2=HITOFF&u=%2Fnetahtml%2FPTO%2Fsearch-adv.html&r=11&p=1&f=G&l=50&d=PG01&S1=%28%28%22Apple%22.AS.%29+AND+20120503.PD.%29&OS=AN/%22Apple%22+and+PD/05/03/2012&RS=%28AN/%22Apple%22+AND+PD/20120503%29。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷或不足，提供一种用于触控设备功能和性能的测试工具。为使该测试工具能够适应多样化结构设计的触摸屏电子设备的触摸测试问题，测试工具的安装载体应为多轴运动平台，如机械臂或现有触摸屏测试仪，并作为其末端工具使用，使运动平台在多轴运动能力的基础上进行触摸测试。该测试工具应具有多指仿人手和多指联合运动的特点，不仅可以满足基本的单双指测试功能，还可以多指同时测试，且多指间距可控，多指间有灵活的运动方式，以便为多指复杂操作以及接触情况变化这类用户体验层面上的测试给出解决方案。该测试工具还应具有与触摸屏接触力的测量功能，以满足测试时对接触力的测量和实时控制。

为描述简洁，本说明书下文中用多指工具指代该多指仿人手的触控设备测试工具。

为达到本发明的上述目的，本发明的构思是：

多指工具包含若干数量可定制的手指模块，手指模块前端有感应触头来进行触摸测试。在手指模块相互运动的方式上，为了既能满足多指测试时各种测试动作的需要，又不至于使结构过于复杂，这里采用在同一轴线上平行布置的多个可滑动的手指模块模仿人的手指。多指测试时，除了部分测试动作，如两个以上的手指围成一圈向中心捏合（退回主界面操作）以外，采用单轴布置的多个滑动手指模块，配合运动平台的多轴运动能力，可以胜任大部分触摸测试动作。

为了保证多指间距可控，手指模块间有灵活的运动方式，这里采用一种可拆卸的网格状连杆伸缩机构来为手指模块间的相互运动传动。该机构是由连杆组成的传动机构，在相邻手指模块间的几何形态为菱形，当以多个手指模块中的任意一个为基准，另外一个为驱动来带动所有手指模块运动时，可以保证多个手指模块为等间距的，这样做的好处在于可以充分利用手指模块滑动行程范围，避免在滑动行程范围内布置不均匀而浪费空间。同时该机构是可拆卸的，不使用该机构时，可以自定义手指模块在滑动行程范围内的位置，使多指的形态增加更多的可能。

手指模块的驱动采用丝杆螺母传动的方式，丝杆轴与手指模块滑动方向的轴线平行，丝杆螺母与手指模块连接来推动手指模块滑动，丝杆螺母传动可以产生足够大的推力来避免手指模块在滑动时的卡死。同时一根丝杆轴可以驱动多个丝杆螺母运动，这里丝杆轴上也配备多个丝杆螺母，当没有安装前述的网格状连杆伸缩机构来为手指模块传动时，可以多个丝杆螺母与多个手指模块连接，在丝杆的推动下共同运动。为了避免丝杆螺母在丝杆上过于拥挤而浪费运动空间，应控制丝杆螺母的数量。

为了使多指工具在多指测试时可自由选择参与测试的手指模块，同时手指模块的感应触头又能适应不同触摸屏的触摸特性，这里将手指模块前端包含感应触头的一部分模块化为触摸笔头，当不需要此手指模块参与测试时可以拆掉触摸笔头，当需要适应不同触摸屏的触摸特性时可更换触摸笔头。

使用多轴力传感器来测量多指工具与触摸屏的接触力，多轴力传感器安装在多指工具与运动平台的连接处，可测量多指工具整体的一个接触力，也可根据各个手指模块相应的变形量测量每个手指模块的接触力。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

本发明为一种用于触控设备功能和性能的测试工具，在应用平台方面该测试工具的安装载体为多轴运动平台，并作为其末端工具使用；在机械结构方面测试工具由基体组件、传感器组件、多指模块组件、驱动组件和网格状连杆伸缩机构构成。其中基体组件是测试工具各部件安装的基体，上面安装有传感器组件、多指模块组件和驱动组件，传感器组件用于触摸测试时的接触力测量，多指模块组件用于执行测试工具与触控设备间的触摸操作，驱动组件用于驱动多指模块组件在基体组件上的运动，另外网格状连杆伸缩机构安装在多指模块组件上，用于多指模块组件间的传动。

所述的基体组件由基准柱、两个侧盖板和两根导向轴组成。其中基准柱上有刻度或刻度尺，两个侧盖板安装在基准柱的两侧，侧盖板的面积比基准柱的截面大，其余面积部分用于其它部件的安装，两根导向轴与基准柱平行地安装在两个侧盖板之间，两根导向轴保持有效间距。

所述的传感器组件由传感器连接件和多轴力传感器组成。其中传感器连接件用于将多轴力传感器连接到基准柱上，多轴力传感器不仅用于测量测试工具与触控设备的接触力，还将整个测试工具连接到运动平台上。

所述的多指模块组件由若干手指模块组成，数量由测试需要决定，手指模块滑套串联在两根导向轴上，可在导向轴上自由滑动。每个手指模块由手指基座、导向轴轴套、紧定螺钉、长手指杆、短手指杆、锁紧螺母、弹性器件、固定环和感应触头组成。其中手指基座用于安装手指模块的其余部件并将手指模块串联在导向轴上，手指基座上有游标尺，配合基准柱上的刻度尺对手指模块在滑动方向上进行定位，导向轴轴套嵌在手指基座内，方便手指模块在导向轴上顺利滑动，紧定螺钉用于将手指模块锁紧在导向轴上。长手指杆穿过手指基座上的一个通孔，一侧靠锁紧螺母来限位，另一侧靠弹簧等弹性器件来限位，弹簧松紧通过长手指杆上的一个压紧弹簧的固定环来调整。短手指杆通过螺纹与长手指杆连接，短手指杆的末端安装有感应触头，其材料由触摸屏特性决定，短手指杆与感应触头一起构成模块化的触摸笔头，当测试不需要此手指模块或需要适应其它触摸屏特性时，可拆卸或更换触摸笔头。

所述的驱动组件由丝杆轴、丝杆螺母、手指模块连接件、联轴器、联轴器支撑柱、电机盖板和微型电机组成。丝杆轴与导向轴平行地安装在两个侧盖板间，丝杆轴上安装有若干（一般为3到3个）丝杆螺母，丝杆螺母上有对应手指模块连接件，可与任意一个手指模块连接以驱动手指模块在导向轴方向滑动，当该丝杆螺母不需要与手指模块连接时，可将手指模块连接件置于丝杆轴的一侧。联轴器用于微型电机与丝杆轴的传动，联轴器支撑柱和电机盖板用于支撑和安装微型电机。

所述的网格状连杆伸缩机构由短连杆、长连杆和铰链）组成。此机构将所有手指模块连接在一起，使手指模块在导向轴上始终保持等间距并可沿导向轴方向作伸缩。此网格状连杆伸缩机构是一个可拆卸的模块化机构，根据是否安装连杆伸缩机构，手指模块间相对运动方式有两种：安装有网格状连杆伸缩机构时，多指工具在实际测试中为多指同步联动模式；未安装网格状连杆伸缩机构时，多指工具有实际测试中为多指自由平动模式。

若多指工具处于多指同步联动模式（以下简称联动模式），需用手指基座上的紧定螺钉将一个手指模块锁紧在导向轴上，将一个丝杆螺母通过手指模块连接件与其余一个手指模块连接。测试时，微型电机带动丝杆轴旋转，丝杆轴驱动丝杆螺母及与之固连的手指模块在导向轴上滑动，此时该手指模块作为运动驱动的手指模块，以锁紧的手指模块为基准，在连杆伸缩机构的传动下带动其余手指模块在导向轴方向上作伸缩运动。在此模式下，因为可以方便拆卸触摸笔头以决定使用哪些手指模块进行测试，可选择除被锁紧手指模块以外任意一个手指模块作为运动驱动，使该模式下手指模块具有多种组合的运动方式。

若多指工具处于多指自由平动模式（以下简称自由模式），可选择将部分手指模块在导向轴上任意位置地锁紧，丝杆轴上所有丝杆螺母可同时与多个未锁紧的手指模块连接，丝杆轴驱动丝杆螺母移动时，手指模块间距在滑动时保持不变。与联动模式不同，在此模式下作滑动运动的手指模块可以为非等距，同时，因为可以根据测试需要任意选择手指模块是锁紧在导向轴上，还是与丝杆螺母固连，使该模式下手指模块具有多种组合的运动方式。

本发明与现有技术相比较，具有如下显著技术进步和突出实质特点：

1.    手指模块间距动态可调，完善了触摸操作的基本测试动作。传统触摸屏测试仪可以完成单指按压、单指点击、单/多指划动，但多指测试时手指间距固定，不能完成两指缩放等基本操作。而多指工具通过在联动模式下，选择锁紧位于中间的手指模块，以位于两端之一的手指模块为作为运动驱动手指模块，可完成全部手指模块以锁紧的手指模块为基准作多指伸缩操作的测试，既可实现传统触摸的触摸测试，也弥补了传统触摸屏测试仪的不足。

2.    多指工具可以集中完成多种触屏测试，提高了测试效率。基于多指工具的多指形态特征及联动特征，针对单指或两指的多个需独立进行的传统单项功能/性能测试，可以借助本发明中多指工具实现同时或按照一定顺序地一次性测试完成，从而提高测试效率。且由于多指工具通过伸展可以覆盖较大测试区域，也有助于提升测试效率。此外，多指工具具有自动化控制能力，将其与高度自动化的运动平台（如工业机器人）相结合，可提高测试过程的连贯性，从而提高触摸测试任务的执行效率。

3.    多指工具装备有多轴力传感器，可对多组手指模块触摸过程的集中式接触力大小及多指接触力分布进行模拟再现，以实现传统触摸测试仪器中较少具备的触摸力测试功能。更进一步，借助专用的控制方法，该多指工具也可实现触摸测试过程实时接触力控制。

4.    多指工具手指模块具有灵活的联合运动方式，可模仿人手真实操作进行测试。在人手触摸操作时，由于多种可能的因素（手指抖动、手指滑动习惯等），真实的手指触摸轨迹与期望存在偏差，这种偏差可能导致触摸屏的位置识别误差。而多指工具可以方便地再现用户手指划动轨迹的偏差，结合多指工具对接触力的模拟，可有效还原人手真实操作情况，从而可以分析触摸屏对于用户触摸偏差（包括接触力偏差、接触位置偏差）范围的可接受程度。

5.    多指工具作为机械臂的末端工具使用，有如下优点：

（1）      多指工具与装夹测试平台相分离的特征，使得手指工具在安装于机械臂后具有了灵活运动的能力，能够有效避免传统测试设备在某些情况下容易发生运动干涉的问题。

（2）      解决了触摸屏在传统测试仪上难以水平装夹所造成的精密测试难题。本发明只需将待测触摸屏以一个方便装夹的姿态固定好，借助机械臂将多指工具置于正对于触摸屏的空间姿态即可进行后续测试。本手指工具具有规则的安装平面，在其安装于机械臂末端法兰后有利于保证手指工具的精确状态调整，从而保证测试精度。

（3）      上述手指模块测试过程中精确可调的特征，同样可解决非平面触摸屏的测试问题。

6.    多指工具作为传统触摸屏测试仪的动作执行工具，可以以较低的成本扩宽测试仪的应用范围。

附图说明

图1为本发明中手指模块数量为五个时的示意图。

图2为图1中五指工具的手指模块示意图。

图3为图1中五指工具的标准刻度和游标刻度的示意图。

图4为五指工具安装在工业机器人上时测试装置整体方案的示意图。

图5为五指工具安装在某一传统触摸屏测试仪上的示意图。

图6为五指工具两种运动模式的示意图。

图7为五指工具接触操作项目的示意图。

图8为五指工具分布按压力测试的示意图。

具体实施方式

下面根据实施案例和附图更加详细地说明本发明，但以下案例仅是说明性的，本发明的保护范围并不受这些案例的限制。

实施例一：

参见图1，本用于触控设备功能和性能的测试工具，由基体组件、传感器组件、多指模块组件、驱动组件和网格状连杆伸缩机构构成，其特征在于：所述基体组件是测试工具各部件安装的基体，上面安装有传感器组件、多指模块组件和驱动组件，传感器组件用于触摸测试时的接触力测量，多指模块组件用于执行测试工具与触控设备间的触摸操作，驱动组件用于驱动多指模块组件在基体组件上的运动，另外网格状连杆伸缩机构安装在多指模块组件上，用于多指模块组件间的传动。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：所述的基体组件由基准柱、两个侧盖板和两根导向轴组成，其中基准柱上有刻度或刻度尺，两个侧盖板安装在基准柱的两侧，侧盖板的面积比基准柱的截面大，两根导向轴与基准柱平行地安装在两个侧盖板之间，两根导向轴保持有效间距。所述的传感器组件由传感器连接件和多轴力传感器组成，其中传感器连接件用于将多轴力传感器连接到基准柱上，多轴力传感器不仅用于测量测试工具与触控设备的接触力，还将整个测试工具连接到运动平台上。所述的多指模块组件由若干手指模块组成，数量由测试需要决定，手指模块滑套串联在两根导向轴上，可在导向轴上自由滑动；每个手指模块由手指基座、导向轴轴套、紧定螺钉、长手指杆、短手指杆、锁紧螺母、弹性器件、固定环和感应触头组成，其中手指基座用于安装手指模块的其余部件并将手指模块串联在导向轴上，手指基座上有游标尺，配合基准柱上的刻度尺对手指模块在滑动方向上进行定位标识，导向轴轴套嵌在手指基座内，方便手指模块在导向轴上顺利滑动，紧定螺钉用于将手指模块锁紧在导向轴上；长手指杆穿过手指基座上的一个通孔，一侧靠锁紧螺母来限位，另一侧靠弹性器件来限位，弹性器件松紧通过长手指杆上的一个压紧弹性器件的固定环来调整；短手指杆通过螺纹与长手指杆连接，短手指杆的末端安装有感应触头，其材料由触摸屏特性决定，短手指杆与感应触头一起构成模块化的触摸笔头，当测试不需要此手指模块或需要适应其它触摸屏特性时，可拆卸或更换触摸笔头。所述的驱动组件由丝杆轴、丝杆螺母、手指模块连接件、联轴器、联轴器支撑柱、电机盖板和微型电机组成，所述丝杆轴与导向轴平行地安装在两个侧盖板间，丝杆轴上旋配有若干丝杆螺母，丝杆螺母上有对应手指模块连接件，可与任意一个手指模块连接以驱动手指模块在导向轴方向滑动，当该丝杆螺母不需要与手指模块连接时，可将手指模块连接件置于丝杆轴的一侧，而不连接手指模块。联轴器用于微型电机与丝杆轴的传动，联轴器支撑柱和电机盖板用于支撑和安装微型电机。所述的网格状连杆伸缩机构由短连杆、长连杆和铰链组成，此机构将所有手指模块连接在一起，使手指模块在导向轴上始终保持等间距并可沿导向轴方向作伸缩；此网格状连杆伸缩机构是一个可拆卸的模块化机构，根据是否安装连杆伸缩机构，手指模块间相对运动方式有两种：安装有网格状连杆伸缩机构时，测试工具在实际测试中为多指同步联动模式；未安装网格状连杆伸缩机构时，测试工具有实际测试中为多指自由平动模式。

实施例三：

图1所示为本用于触控设备功能和性能的测试工具中手指模块数量为五个时的示意图，这里简称为五指工具。五指工具由基体组件、传感器组件、多指模块组件、驱动组件和网格状连杆伸缩机构组成。

图1所示的基体组件是五指工具其它部件安装的基准，该组件包括基准柱11、两个侧盖板12和两根导向轴13。基准柱11在这里选用截面为矩形的铝合金型材，保证强度的同时大大减轻五指工具的重量，导向轴13分别布置在铝合金型材的两个侧面，保证空间的紧凑性。

图1所示的传感器组件用来测量五指工具与触摸屏的接触力，该组件包括传感器连接件21和多轴力传感器22。传感器连接件21固定在基准柱11的中间位置。

图1所示的多指模块组件用来模仿人的多手指并执行触摸操作，该组件包括五个手指模块3。

图1所示的驱动组件用来驱动手指模块3的运动，该组件包括丝杆轴41、两个丝杆螺母42、两个手指模块连接件43、联轴器44、联轴器支撑柱45、电机盖板46和微型电机47。微型电机47通过联轴器44带动丝杆轴41旋转，进而丝杆螺母42在丝杆轴41上移动，带动与丝杆螺母42连接的手指模块3在导向轴13上滑动。手指模块连接件43与丝杆螺母42通过内外圆柱面套在一起，并通过手指模块连接件43上的紧定螺钉进行锁紧，当不需要此丝杆螺母42推动手指模块3运动时，相应的手指模块连接件43与丝杆螺母42拆开，并通过内圆柱面卡在丝杆轴41的一端，不影响其它丝杆螺母42的运动。手指模块连接件43与手指模块3通过螺栓锁紧在一起。

图1所示的网格状连杆伸缩机构用来传递手指模块3之间的运动关系，包括多个短连杆51、长连杆52和铰链53，使手指模块3在导向轴13方向上始终为等间距。此网格状连杆伸缩机构为可拆卸的。

图2所示为图1中五指工具的手指模块3示意图，包括手指基座31、导向轴轴套32、紧定螺钉33、长手指杆34、短手指杆35、锁紧螺母36、弹簧37、固定环38和感应触头39。手指基座31的两个通孔内嵌有两个导向轴轴套32，用于手指模块3在导向轴13上滑动时减小摩擦阻力，紧定螺钉33可以将手指模块3锁紧在位于下侧的导向轴13上。长手指杆34穿过手指基座31上的一个通孔，一侧靠锁紧螺母36来限位，另一侧靠弹簧37来限位，弹簧37在这里用作安全保护，当触摸操作的压力过大时，弹簧37发生屈服变形，弹簧37松紧通过长手指杆34上的一个压紧弹簧37的固定环38来调整。短手指杆35通过螺纹与长手指杆34连接，短手指杆35的末端安装有感应触头39，其材料由触摸屏特性决定，短手指杆35与感应触头39一起构成模块化的触摸笔头，当测试不需要此手指模块3或需要适应其它触摸屏特性时，可拆卸或更换触摸笔头。

图3所示为图1中五指工具的标准刻度和游标刻度的示意图。11是基准柱，其侧面下部有标准刻度，31是手指基座，与基准柱11侧面相邻的侧面有游标刻度，通过标准刻度与游标刻度可以对手指模块3在导向轴13上的相对位置定位。

图4所示为五指工具安装在工业机器人上时测试装置整体方案的示意图。101是工业机器人，102是五指工具，103是触摸屏笔记本电脑，104是装夹笔记本的测试台。比起传统触摸屏测试仪将运动平台固定在测试台面上方，将运动控制部分单独拿出来，如这里使用的工业机器人，可以使被装夹的触控屏设备在尺寸大小和装夹方式上不受限制，提高测试设备的通用性。

图5所示为五指工具安装在某一传统触摸屏测试仪上的示意图。201是测试仪的主体框架，202是装夹测试台，203是多轴运动控制部分，204是五指工具。将多指工具安装于测试仪的运动台末端，可以增强多指触摸的测试能力。图中多轴运动控制部分的运动自由度包括空间三轴方向的位移、绕垂直轴的旋转和绕前后轴的侧摆，结合多指工具的灵活手指运动能力，可以完成多种多指触摸操作测试。

图6所示为五指工具两种运动模式的示意图。图6(a)为五指工具的联动模式，安装有网格状连杆伸缩机构，将一个丝杆螺母42通过手指模块连接件43与最右边的手指模块3连接，并锁紧最左边手指模块3的紧定螺钉33，最右边的手指模块3以最左边的手指模块3为基准带动剩下的手指模块3在导向轴13上做伸缩运动。图6(b)为五指工具的自由模式，未安装网格状连杆伸缩机构，将两个丝杆螺母42与最右边两个手指模块3连接，锁紧左边三个手指模块3的紧定螺钉32，并拆掉左边两个手指模块3的触摸笔头33，使用五个手指模块3中的右边三个进行测试。

图7所示为五指工具触摸操作项目的示意图。图7(a)中的项目有单指按压、单指点击、单指划动和多指划动，这些是在传统触摸屏测试仪上可以完成的测试项目，也在五指工具应用范围内。

图7(b)所示的触摸操作项目为两指缩放和两指旋转。五指工具对手指间距动态可控，作为运动平台（如机械臂）的末端工具时则可绕垂直接触面的轴旋转，胜任了这一类传统测试仪不具有的测试功能。图7(a)和图7(b)中的项目合起来构成了常规触摸操作对应的测试内容，五指工具新的运动特性使常规触摸测试更加完善。

图7(c)所示的触摸操作项目为单指抖动、任意曲线划动和接触力控制，这是一类模仿人手单指在真实操作情况的测试。通过使用五指工具中的一个手指模块3，利用运动平台的位置控制和轨迹生成技术，结合力传感器对接触力进行实时控制，可以完成这一类测试，在不同单指操作情况下对触摸屏做出评估。

图7(d)所示的触摸操作项目为两指拖动与缩放的辨识、两指接触力不等的划动和五指缩放同时划动，与图7(c)对应，这是一类模仿人手多指在真实操作情况下的测试。对于两指拖动与缩放的辨识测试，人手在操作笔记本电脑的触控板浏览网页时，两指同时向上/下划动是滚动网页，两指缩放是缩放网页，但人手操作时无论是滚动网页还是缩放网页，都不是纯粹的两指保持间距向下划动或纯粹的两指靠近或远离，而是两种手指运动的复合，测试方法是使五指工具在两个手指模块3向下划动时通过联动模式动态改变两指间距，在不同复合运动情况下对触摸屏做出评估。对于两指接触力不等的划动测试，人手操作时两指的按压力难以完全相同，导致接触面积不等，电容触摸屏可以在一定程度上识别接触面积大小，但可以接受多大程度的接触面积的差别，则需要测试去评估。测试时使用五指工具中的两指，让五指工具稍稍倾斜，使用力传感器对两指的接触力进行模拟，再进行划线测试，在具有不同接触面差别的触摸条件下对触摸屏做出评估。对于五指缩放同时划动，测试的是多指有弯曲变化的划动时触摸屏的识别情况，人手在五指及以上多指操作时，会由于手腕和手指关节弯曲使手指与触摸屏接触点的间距发生变化，需要模拟这一情况进行测试。测试时用到五指工具中的五指，采用联动模式，五指垂直排列，锁紧位于底端的手指模块3，以位于顶端的手指模块3为运动驱动手指模块3，在五指向右划动时由运动驱动手指模块3带到其余手指模块3做多指的伸缩。

图7(e)所示的触摸操作项目为两指按压、一指划动和一指按压、两指旋转。这一类测试针对的是三指及以上的多指操作指令的开发。假设两指按压、一指划动操作对应于某一个指令，需要分析该指令接受手指操作多大程度的偏差，如按压力的变化、手指划动速度的变化，而五指工具可利用倾斜角度和力传感器去模拟手指接触力的变化，利用自由模式去控制单手指模块3的滑动速度，将这一类含有偏差的手指操作再现出来，并找出触摸屏能够接受的操作偏差范围，开发者则可对该偏差范围内的操作进行编程，对应到某一操作指令，从而得到具有良好用户体验的多指操作指令。对于两指按压、一指划动，五指工具的两个手指模块3锁定位置，第三个手指模块3在自由模式下由丝杆螺母驱动进行测试；对于一指按压、两指旋转，五指工具的一个手指模块3锁定位置，另两个手指模块3在运动平台的带动下绕第一个手指模块3旋转完成测试。

图8所示为五指工具分布按压力测试的示意图。图8(a)所示为五指工具倾斜一个角度使手指模块3的按压力产生差异，然后五指工具划动对触摸屏进行测试。意义在于模拟人手多指触摸操作时按压力存在差异的情况，对触摸屏在使用体验方面进行测试。图8(b)所示五指工具分布按压力测试的正视图，按压力分布情况如图中柱状图所示。 

Claims (8)

1.一种用于触控设备功能和性能的测试工具，由基体组件、传感器组件、多指模块组件、驱动组件和网格状连杆伸缩机构构成，其特征在于：所述基体组件是测试工具各部件安装的基体，上面安装有传感器组件、多指模块组件和驱动组件，传感器组件用于触摸测试时的接触力测量，多指模块组件用于执行测试工具与触控设备间的触摸操作，驱动组件用于驱动多指模块组件在基体组件上的运动，另外网格状连杆伸缩机构安装在多指模块组件上，用于多指模块组件间的传动。

2.根据权利要求1所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：所述的基体组件由基准柱（11）、两个侧盖板（12）和两根导向轴（13）组成，其中基准柱（11）上有刻度或刻度尺，两个侧盖板（12）安装在基准柱（11）的两侧，侧盖板（12）的面积比基准柱（11）的截面大，两根导向轴（13）与基准柱（11）平行地安装在两个侧盖板（12）之间，两个导向轴（13）保持有效间距。

3.根据权利要求1所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：所述的传感器组件由传感器连接件（21）和多轴力传感器（22）组成，其中传感器连接件（21）用于将多轴力传感器（22）连接到基准柱（11）上，多轴力传感器（22）不仅用于测量测试工具与触控设备的接触力，还将整个测试工具连接到运动平台上。

4.根据权利要求1所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：所述的多指模块组件由若干手指模块（3）组成，数量由测试需要决定，手指模块（3）滑套串联在两根导向轴（13）上，可在导向轴（13）上自由滑动；每个手指模块（3）由手指基座（31）、导向轴轴套（32）、紧定螺钉（33）、长手指杆（34）、短手指杆（35）、锁紧螺母（36）、弹性器件（37）、固定环（38）和感应触头（39）组成，其中手指基座（31）用于安装手指模块（3）的其余部件并将手指模块（3）串联在导向轴（13）上，手指基座（31）上有游标尺，配合基准柱（11）上的刻度尺对手指模块（3）在滑动方向上进行定位标识，导向轴轴套（32）嵌在手指基座（31）内，方便手指模块（3）在导向轴（13）上顺利滑动，紧定螺钉（33）用于将手指模块（3）锁紧在导向轴（13）上；长手指杆（34）穿过手指基座（31）上的一个通孔，一侧靠锁紧螺母（36）来限位，另一侧靠弹性器件（37）来限位，弹性器件（37）松紧通过长手指杆（34）上的一个压紧弹性器件的固定环（38）来调整；短手指杆（35）通过螺纹与长手指杆（34）连接，短手指杆（35）的末端安装有感应触头（39），其材料由触摸屏特性决定，短手指杆（35）与感应触头（39）一起构成模块化的触摸笔头，当测试不需要此手指模块（3）或需要适应其它触摸屏特性时，可拆卸或更换触摸笔头。

5.根据权利要求1所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：所述的驱动组件由丝杆轴（41）、丝杆螺母（42）、手指模块连接件（43）、联轴器（44）、联轴器支撑柱（45）、电机盖板（46）和微型电机（47）组成，所述丝杆轴（41）与导向轴（13）平行地安装在两个侧盖板（12）间，丝杆轴（41）上旋配有若干丝杆螺母（42），丝杆螺母（42）上有对应手指模块连接件（43），可与任意一个手指模块（3）连接以驱动手指模块（3）在导向轴（13）方向滑动，当该丝杆螺母（42）不需要与手指模块（3）连接时，可将手指模块连接件（43）置于丝杆轴（41）的一侧，而不连接手指模块（3）；联轴器（44）用于微型电机（47）与丝杆轴（41）的传动，联轴器支撑柱（45）和电机盖板（46）用于支撑和安装微型电机（47）。

6.根据权利要求1所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：所述的网格状连杆伸缩机构由短连杆（51）、长连杆（52）和铰链（53）组成，此机构将所有手指模块（3）连接在一起，使手指模块（3）在导向轴（13）上始终保持等间距并可沿导向轴（13）方向作伸缩；此网格状连杆伸缩机构是一个可拆卸的模块化机构，根据是否安装连杆伸缩机构，手指模块（3）间相对运动方式有两种：安装有网格状连杆伸缩机构时，测试工具在实际测试中为多指同步联动模式；未安装网格状连杆伸缩机构时，测试工具有实际测试中为多指自由平动模式。

7.根据权利要求6所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：若处于多指同步联动模式下，需用手指基座（31）上的紧定螺钉（33）将一个手指模块（3）锁紧在导向轴（13）上，将一个丝杆螺母（42）通过手指模块连接件（43）与其余一个手指模块（3）连接；测试时，微型电机（47）带动丝杆轴（41）旋转，丝杆轴（41）驱动丝杆螺母（42）及与之固连的手指模块（3）在导向轴（13）上滑动，此时该手指模块（3）作为运动驱动的手指模块（3），以锁紧的手指模块（3）为基准，在连杆伸缩机构的传动下带动其余手指模块（3）在导向轴（13）方向上作伸缩运动；在此模式下，因为可以方便拆卸触摸笔头以决定使用哪些手指模块（3）进行测试，可选择除被锁紧手指模块（3）以外任意一个手指模块（3）作为运动驱动，使该模式下手指模块（3）具有多种组合的运动方式。

8.根据权利要求6所述的用于触控设备功能和性能的测试工具，其特征在于：若处于多指自由平动模式，可选择将部分手指模块（3）在导向轴（13）上任意位置地锁紧，丝杆轴（41）上所有丝杆螺母（42）可同时与多个未锁紧的手指模块（3）连接，丝杆轴（41）驱动丝杆螺母（42）移动时，手指模块（3）间距在滑动时保持不变；与多指同步联动模式不同，在此模式下作滑动运动的手指模块（3）可以为非等距，同时，因为可以根据测试需要任意选择手指模块（3）是锁紧在导向轴（13）上，还是与丝杆螺母（42）固连，使该模式下手指模块（3）具有多种组合的运动方式。