CN108024756A - 用于优化身体与对象相互作用的系统和方法 - Google Patents

用于优化身体与对象相互作用的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了用于优化身体与对象相互作用的系统和方法。基于在身体的至少一部分与对象表面发生物理接触的接触界面处获得的接触压力标测图和摩擦系数(COF)标测图可确定可用于优化身体与对象相互作用的摩擦力标测图。

Description

用于优化身体与对象相互作用的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于优化身体与对象相互作用，尤其是通过利用接触界面标测来优化身体与对象相互作用的系统和方法。
背景技术
身体-对象相互作用所需的力，例如通过手部抓握任务可确定疲劳程度、表现和发展肌肉骨骼疾病的概率。身体-对象界面的人体工程学设计可降低肌肉骨骼疾病的风险。例如，手柄和/或手套的修改(选择性地增强手部与对象界面的关键区域处的摩擦)可降低执行任务所需的抓握力。在美国专利公开2009/0025475(DeBeliso等人)中描述了抓握力换能器以及抓握力评估系统和方法。
发明内容
存在优化身体-对象相互作用的需求，特别是对于接触力不均匀分布并且阿蒙顿摩擦定律的有效实现可具有挑战性的身体-对象界面。本公开提供了用于优化身体-对象相互作用的系统和方法，例如通过利用接触压力标测图和摩擦系数(COF)标测图来优化身体与对象相互作用的系统和方法。例如，在一些实施方案中，手部压力标测图可与手套的一种或多种材料的COF标测图结合以获得期望的信息。
在一个方面，方法包括获得身体的至少一部分与对象的表面发生物理接触的接触界面处的接触压力标测图。接触压力标测图为接触界面的第一表示。该方法还包括获得接触界面处的摩擦系数标测图。摩擦系数标测图为接触界面的第二表示。该方法还包括基于获得的接触压力标测图和获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图。摩擦力标测图为作为第一表示和第二表示的函数的接触界面的第三表示。
在另一个方面，方法包括获得手部的手掌侧的至少一部分与对象发生物理接触的接触界面处的手部压力标测图。手部压力标测图为手部的手掌视图的第一表示。该方法还包括获得接触界面处的摩擦系数标测图。摩擦系数标测图为手部的手掌视图的第二表示。该方法还包括基于获得的手部压力标测图和获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图。摩擦力标测图为作为第一表示和第二表示的函数的手部的手掌视图的第三表示。在一些实施方案中，该方法针对设计用于处理对象的手部的手套。
本公开的示例性实施方案获得了各种意料不到的结果与优点。本公开的示例性实施方案的一个此类优点为通过使用身体-对象接触压力标测和一种或多种材料的输入度量、任务以及一个或多个对象和一个或多个个体的几何特征，可产生接触界面处的摩擦力标测图，并且用于优化身体-对象界面或在人的表现和感知度量包括例如表现、舒适度、疲劳度、振动传递等方面的相互作用。本文描述的对象可包括例如身体穿戴的制品和配件、个人防护装备、运动装备、军事装备、工具和装置。与对象接触的身体的一部分的主体可为例如头部、脸部、躯干、臂部、手部、腿部和脚部。
示例性实施方案列表
以下列出示例性实施方案。应当理解，实施方案1至17、实施方案18至32和实施方案33至35中任一项可组合。
实施方案1为一种方法，包括：
获得身体的至少一部分与对象的表面发生物理接触的接触界面处的接触压力标测图，所述接触压力标测图为所述接触界面的第一表示；
获得所述接触界面处的摩擦系数标测图，所述摩擦系数标测图为所述接触界面的第二表示；以及
经由处理器基于所获得的接触压力标测图和所获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图，所述摩擦力标测图为作为所述第一表示和所述第二表示的函数的所述接触界面的第三表示。
实施方案2为根据实施方案1所述的方法，其中获得所述接触压力标测图包括将多个传感器定位在所述接触界面上的位置处，并测量所述位置处的一组接触压力值。
实施方案3为根据实施方案2所述的方法，其中获得所述接触压力标测图还包括将所述组接触压力值转化成所述接触界面的所述第一表示。
实施方案4为根据实施方案1至3中任一项所述的方法，其中所述接触压力标测图为基于多个接触压力标测图的统计接触压力标测图。
实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的方法，其中获得所述摩擦系数标测图包括测量所述接触界面处的一种或多种材料的摩擦系数。
实施方案6为根据实施方案5所述的方法，其中所述摩擦系数为在多种表面类型条件下的统计摩擦系数。
实施方案7为根据实施方案6所述的方法，其中所述多种表面类型条件包括干燥条件、湿润条件、白垩条件和油性条件。
实施方案8为根据实施方案1至7中任一项所述的方法，其中获得所述摩擦系数标测图包括从数据库输入所述材料的所述摩擦系数。
实施方案9为根据实施方案1至8中任一项所述的方法，其中所述第三表示通过使所述第一表示与所述第二表示相乘来获得。
实施方案10为根据实施方案1至9中任一项所述的方法，所述方法还包括将所计算的摩擦力标测图与预定标准进行比较。
实施方案11为根据实施方案10所述的方法，所述方法还包括基于所述比较结果调整所述接触界面。
实施方案12为根据实施方案11所述的方法，其中调整所述接触界面包括调整所述接触界面处的一种或多种材料。
实施方案13为根据实施方案12所述的方法，其中调整所述材料包括调整所述材料的分布。
实施方案14为根据实施方案12或13所述的方法，其中调整所述材料包括将所述材料中的至少一种改为不同的材料。
实施方案15为根据实施方案11至14中任一项所述的方法，其中调整所述接触界面包括调整所述接触界面处的表面轮廓。
实施方案16为根据实施方案1至5中任一项所述的方法，其中所述对象包括身体穿戴的制品和配件、个人防护装备、运动装备、军事装备、工具和装置中的一种或多种。
实施方案17为根据实施方案1至6中任一项所述的方法，其中所述身体包括头部、脸部、躯干、臂部、手部、腿部和脚部中的至少一部分。
实施方案18为一种方法，包括：
获得所述手部的手掌侧的至少一部分与所述对象发生物理接触的接触界面处的手部压力标测图，所述手部压力标测图为所述手部的手掌视图的第一表示；
获得所述接触界面处的摩擦系数标测图，并且所述摩擦系数标测图为所述手部的手掌视图的第二表示；以及经由处理器基于所获得的手部压力标测图和所获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图，所述摩擦力标测图为作为所述第一表示和所述第二表示的函数的所述手部的手掌视图的第三表示。
实施方案19为根据实施方案18所述的方法，其中获得所述手部压力标测图包括将多个传感器定位在所述接触界面上的位置处，并测量所述位置处的一组接触压力值。
实施方案20为根据实施方案19所述的方法，其中获得所述接触压力标测图还包括将所述组接触压力值转化成所述接触界面的所述第一表示。
实施方案21为根据实施方案18至20中任一项所述的方法，其中所述手部压力标测图为基于多个手部压力标测图的统计手部压力标测图。
实施方案22为根据实施方案18至21中任一项所述的方法，其中获得所述摩擦系数标测图包括测量所述手套的所述手掌侧的内表面或外表面上的一种或多种材料的摩擦系数。
实施方案23为根据实施方案22所述的方法，其中所述摩擦系数为在多种表面类型条件下的统计摩擦系数。
实施方案24为根据实施方案23所述的方法，其中所述多种表面类型条件包括干燥条件、湿润条件、白垩条件和油性条件。
实施方案25为根据实施方案18至24中任一项所述的方法，其中获得所述摩擦系数标测图包括从数据库输入所述材料的所述摩擦系数。
实施方案26为根据实施方案18至25中任一项所述的方法，其中所述第三表示通过使所述第一表示与所述第二表示相乘来获得。
实施方案27为根据实施方案18至26中任一项所述的方法，还包括将所计算的摩擦力标测图与预定标准进行比较。
实施方案28为根据实施方案27所述的方法，所述方法还包括基于所述比较结果调整所述接触界面。
实施方案29为根据实施方案28所述的方法，其中调整所述接触界面包括调整所述手套的所述手掌侧的内表面或外表面的一种或多种材料。
实施方案30为根据实施方案29所述的方法，其中调整所述材料包括调整所述材料的分布。
实施方案31为根据实施方案29或30所述的方法，其中调整所述材料包括将所述材料中的至少一种改为不同的材料。
实施方案32为根据实施方案28至31中任一项所述的方法，其中调整所述接触界面包括调整所述接触界面处的表面轮廓。
实施方案33为一种系统，包括：
压力测量部件，所述压力测量部件包括在接触界面上的位置处的多个传感器，所述传感器被构造成测量身体的至少一部分与对象的表面发生物理接触的所述接触界面处的一系列接触压力值，所述接触压力标测图为所述接触界面的第一表示；
计算部件，所述计算部件在功能上连接到所述压力测量件，所述计算部件被构造成从所述压力测量部件接收与所述一系列接触压力值相关的信号，并基于所接收的信号获得接触压力标测图，
其中所述计算部件还被构造成获得所述接触界面处的摩擦系数标测图，所述摩擦系数标测图为所述接触界面的第二表示，并且其中所述计算部件包括处理器，所述处理器被构造成基于获得的接触压力标测图和获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图，所述摩擦力标测图为作为第一表示和第二表示的函数的所述接触界面的第三表示。
实施方案34为根据实施方案33所述的系统，所述系统还包括被构造成测量所述接触界面处的一种或多种材料的摩擦系数的第二测量部件。
实施方案35为根据实施方案33或34所述的系统，其中所述摩擦系数标测图通过从数据库输入所述接触界面处的一种或多种材料的摩擦系数来获得。
已经总结了本公开的示例性实施方案的各个方面和优点。上文的发明内容并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明使用本文所公开的原理的某些优选的实施方案。
附图说明
结合附图来考虑本公开的各种实施方案的以下详细描述可更全面地理解本公开，其中：
图1A示出根据一个实施方案的手部压力测量装置的透视侧视图。
图1B示出图1A的手部压力测量装置的另一个透视侧视图。
图2A示出根据一个实施方案的通过图1A至图1B的手部压力测量装置测量的一系列手部压力。
图2B示出根据图2A的一系列手部压力的手部的手掌视图的第一表示。
图3A示出根据一个实施方案的根据手套的外部手掌侧的摩擦系数标测图的手部的手掌视图的第二表示。
图3B示出根据一个实施方案的根据图3A的手套的内部手掌侧的摩擦系数标测图的手部的手掌视图的第二表示。
图4A为根据一个实施方案的用于优化手套的方法的流程图。
图4B为根据一个实施方案的用于优化身体-对象相互作用的方法的流程图。
图5A示出根据一个实施方案的摩擦力标测图与表现之间的关系。
图5B示出根据一个实施方案的摩擦力标测图与感知之间的关系。
图6为根据一个实施方案的用于优化身体-对象相互作用的系统的示意性框图。
在这些附图中，类似的附图标号指示类似的元件。虽然可不按比例绘制的以上附图阐述了本公开的各种实施方案，但还设想如在具体实施方式中所指出的其它实施方案。在所有情况下，本公开都通过示例性实施方案的表示而非通过表述限制来描述当前公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可设计出许多其它修改形式和实施方案，这些修改形式和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
本公开提供了用于优化身体-对象相互作用的系统和方法，例如通过利用接触界面处的身体-对象接触压力标测图和摩擦系数(COF)标测图来优化身体和对象的相互作用的系统和方法。例如，在一些实施方案中，手部压力标测图可与一种或多种手套材料的COF图结合以获得期望的信息。本文所述的对象可包括例如身体穿戴的制品和配件、个人防护装备、运动装备、军事装备、工具和装置。与对象接触的身体的一部分的主体可为例如头部、脸部、躯干、臂部、手部、腿部和脚部。
图1A至图1B和图2A至图2B示出如何测量手部-对象接触界面处的手部压力标测图。压力垫2围绕圆筒4固定。压力垫2包括一系列压力传感器22(见图2A)。如图2A所示，当手部6与压力垫2发生物理接触时，例如，抓握圆筒4时，可通过压力垫2的一系列压力传感器22来测量接触界面处的接触压力值的分布8。如图2B所示，通过压力垫2测量的接触压力值的分布8可转化成手部6的手掌视图的2D表示12。可通过例如将图2A的压力传感器22中的每个分配到手部6的手掌视图上的相应位置来执行此类转化。在所描绘的实施方案中，2D表示12可用作2D手部压力标测图，其可显示手部的手掌侧的不同位置处的变化的接触压力值。2D表示12可表达为P(xi,yi)，其中(xi,yi)代表手部的手掌侧在2D笛卡尔x-y坐标系中的表面位置，并且P(xi,yi)代表表面位置上的相应的测量的手部压力值。在一些实施方案中，手部压力标测图可为手部的手掌视图的3D表示，例如接触压力值在手部的手掌侧的3D表面上的分布。3D表示可表达为P(xi,yi,zi)，其中(xi,yi,zi)代表手部的手掌侧在3D笛卡尔坐标系中的表面位置。
一系列压力传感器22可定位在接触界面处的任何合适的位置处。在一些实施方案中，手部压力标测图可用带手套的手部6测量，并且该系列压力传感器22可定位在手套与圆筒4之间的接触界面处。在一些实施方案中，一系列压力传感器22可定位在手套的内表面与手部6的手掌侧之间的接触界面处。
在一些实施方案中，手部压力标测图可为基于多个测量的手部压力标测图的统计手部压力标测图。例如可针对一组参与者的多个手部、针对具有各种形状和/或表面条件的多个工具或对象、针对具有各种手部-工具相互作用的多个任务(例如，扭转任务、拉伸任务等)或在各种表面类型条件(例如，干燥条件、湿润条件、白垩条件、油性条件等)下测量手部压力标测图。可基于统计分析例如所测量的多个标测图的平均值、加权和等来获得统计手部压力标测图。
图3A至图B分别示出根据一个实施方案的手套的手掌侧的外表面和内表面的摩擦系数标测图(COF)标测图32和34。手套的外表面可由一种或多种材料制成，包括例如皮革、购自圣保罗3M公司(3M Company,St.Paul)的抓握材料等。材料可造成手套的外表面与对象诸如工具之间的接触界面上的相应位置处的不同的摩擦系数值。图3A中的COF标测图32可为手部的手掌视图的第二表示，并且与手套外表面上的一种或多种材料的分布相对应。在所描绘的实施方案中，外表面由区域32a中的第一材料和区域32b中的第二材料制成。区域32a和区域32b具有不同的COF值。应当理解，手套的外表面可由一种或两种以上种类的具有不同COF值的材料制成。类似地，内表面可由一种或多种材料制成，包括例如皮革、抓握材料等。材料可造成手套的内表面与手部的手掌侧之间的接触界面上的相应位置处的不同的摩擦系数值。图3B中的COF标测图34可为手部的手掌视图的第二表示，并且与手套内表面上的一种或多种材料的分布相对应。在所描绘的实施方案中，内表面由区域34a中的第一材料和区域34b中的第二材料制成。区域34a和34b具有不同的COF值。应当理解，手套的外表面可由一种或两种以上种类的具有不同COF值的材料制成。
图3A至图3B的2D表示32和34可表达为COF(xi,yi)，其中(xi,yi)代表手部的手掌侧在2D笛卡尔x-y坐标系中的表面位置，并且COF(xi,yi)代表手套的手掌侧的外表面或内表面上的材料的相应摩擦系数值。在一些实施方案中，COF标测图可为手部的手掌视图的3D表示，例如COF值在手部的手掌侧的3D表面上的分布。3D表示可表达为COF(xi,yi,zi)，其中(xi,yi,zi)代表手部的手掌侧在3D笛卡尔坐标系中的表面位置。
在一些实施方案中，可通过合适的仪器在各种表面类型条件下测量材料的摩擦系数，表面类型条件包括例如干燥条件、湿润条件、白垩条件、油性条件等。特定材料的摩擦系数可为在各种表面类型条件下的统计摩擦系数。在各种表面类型条件下，所测量的摩擦系数值可例如在约0.01至10的范围内变化。在一些实施方案中，可通过获取每种表面类型条件下的平均摩擦系数值来获得摩擦系数。应当理解，在一些实施方案中，材料的摩擦系数可为已知的并且可从数据库导入。
可基于获得的手部压力标测图和COF标测图诸如图2B和图3A至图B中所示的来获得摩擦力标测图。摩擦力标测图可用作为手部的手掌视图的第一表示和第二表示的函数的手部的手掌视图的第三表示。在一些实施方案中，摩擦力标测图为2D表示可表达为F(xi,yi)的2D表示，其中(xi,yi)代表手部的手掌侧在2D笛卡尔x-y坐标系中的表面位置，并且F(xi,yi)代表手套的手掌侧的外表面或内表面上的相应摩擦力值。F(xi,yi)例如可通过使P(xi,yi)与COF(xi,yi)相乘来获得。在一些实施方案中，摩擦力标测图可为手部的手掌视图的3D表示，例如摩擦力值在手部的手掌侧的3D表面上的分布。3D表示可表达为F(xi,yi,zi)，F(xi,yi,zi)可例如通过使P(xi,yi,zi)与COF(xi,yi,zi)相乘来获得。
在一些实施方案中，统计摩擦力值(例如，平均摩擦力值)可基于待测的一组手套中的每个的摩擦力标测图来获得。可对手套中的每个的平均摩擦力值和对应的性能度量(例如，最大拉伸测试)执行线性回归。这提供了简单而有效的应用摩擦力标测图来可靠地预测手套关于特定任务(例如，拉伸任务)的性能的方式。
图4A示出用于优化手部、手套与对象相互作用的方法400的流程图。在410处，例如当手部的手掌侧的至少一部分与对象诸如工具发生物理接触时，获得手部压力标测图。手部压力标测图为手部的手掌视图的第一表示。在一些实施方案中，可通过将一系列传感器定位在接触界面上的位置处并测量这些位置处的一组接触压力值来获得手部压力标测图。接触界面可例如在发生物理接触的手套的内表面与手部的手掌侧之间、在发生物理接触的手套的外表面与对象之间或在发生物理接触的手部的手掌侧与对象之间。图1A至图1B示出经由包括一系列压力传感器的压力垫2来测量一组接触压力值。该组接触压力值可转化成手部的手掌视图的第一表示，诸如例如图2B中所示。然后方法400前进至420。
在420处，获得手套的接触界面处的摩擦系数标测图。COF标测图为手部的手掌视图的第二表示。在一些实施方案中，可通过测量手套的手掌侧的内表面或外表面上的一种或多种材料的摩擦系数来获得摩擦系数标测图，诸如例如图3A和图3B中所示。在一些实施方案中，特定材料的摩擦系数可为在多种表面类型条件下测量的材料的统计摩擦系数，该多种表面类型条件包括例如干燥条件、湿润条件、白垩条件和油性条件。可基于所测量的多个标测图的统计分析例如平均值、加权和等来获得统计COF标测图。在一些实施方案中，可通过从数据库输入材料的摩擦系数值来获得摩擦系数标测图。然后方法400前进至430。
在430处，基于获得的手部压力标测图和获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图。摩擦力标测图为作为第一表示和第二表示的函数的手部的手掌视图的第三表示。在一些实施方案中，摩擦力标测图可为表达为F(xi,yi)的2D表示，其中(xi,yi)代表手部的手掌侧在2D笛卡尔x-y坐标系中的表面位置，并且F(xi,yi)代表手套的外表面或内表面上的材料的相应摩擦力值，F(xi,yi)可通过使相应的P(xi,yi)与COF(xi,yi)相乘来获得。在一些实施方案中，摩擦力标测图可为表达为F(xi,yi,zi)的3D表示，其中在(xi,yi,zi)代表水锦皮你的手掌侧在3D笛卡尔x-y-z坐标系中的表面位置，并且F(xi,yi,zi)代表手套的外表面或内表面上的材料的相应摩擦力值，F(xi,yi,zi)可通过使相应的P(xi,yi,zi)与COF(xi,yi,zi)相乘来获得。然后方法400前进至440。
在440处，将所计算的摩擦力标测图与预定标准进行比较。预定标准可为例如包括某些应用期望的最小/最大摩擦力的工业标准、满足一定程度的人的表现、舒适度、疲劳度、安全性、振动传递等的期望的摩擦力标测图。如果所计算的摩擦力标测图不满足预定标准，则方法400前进至460。如果所计算的摩擦力标测图满足预定标准，则方法400结束。
在一些实施方案中，与所计算的摩擦力标测图相关联的度量可与用户的表现数据和感知数据一起使用，以对与用户的表现、舒适度、疲劳度和/或振动传递相关联的度量进行建模。与摩擦力标测图相关联的模型可用于可靠地预测例如人的表现和感知的各方面。例如，通过对手部压力标测图和材料摩擦系数标测图如何影响人的表现和感知(例如，扭力、舒适度、疼痛、振动传递等)的各种测量进行建模，可优化适用于各种应用的产品和材料。可确定实现期望的人的表现度量所需的材料特性。
在460处，基于在440处的比较结果调整手套的手掌侧。在一些实施方案中，可调整手套的手掌侧的内表面或外表面的材料，包括例如调整材料的分布、将材料中的至少一种改为不同的材料、通过使层厚度变化来调整手套的手掌侧的表面轮廓、添加填充层等。在调整手套之后，方法400向后前进至410，在410处可基于该调整来获得新的手部压力标测图。
如上所述，可通过反映人的表现(例如，扭力、舒适度、疼痛、振动传递等)的各种测量来获得接触界面处的手部压力标测图、摩擦系数标测图和对应的摩擦力标测图。虽然上述实施方案提供了手部-对象相互作用的示例，但其可应用于其它主体(例如，脸部、手指、腿部、躯干、头部、手部、脚部等)和对象(例如，身体穿戴的制品和配件、个人防护装备、运动装备、军事装备、工具和装置诸如呼吸面罩、眼镜、安全吊带接头等)。
图4B示出用于优化身体与对象相互作用的方法500的流程图。在510处，在身体的一部分与对象的表面发生物理接触的接触界面处获得接触压力标测图。在一些实施方案中，可在身体(例如，面部、手指、腿部、躯干、头部、手部、脚部等)与对象(例如，身体穿戴的制品和配件、个人防护装备、运动装备、军事装备、工具和装置诸如呼吸面罩、眼镜、安全吊带接头等)之间的接触界面处测量接触压力。在一些实施方案中，接触压力标测图可为例如当手部的手掌侧的至少一部分与工具发生物理接触时测量的手部压力标测图。接触压力标测图为接触界面的第一表示。在一些实施方案中，可通过将一系列传感器定位在接触界面上的位置处并测量这些位置处的一组接触压力值来获得接触压力标测图，该组接触压力值可转化成2D接触压力标测图或3D接触压力标测图。图1A至图1B示出经由包括一系列压力传感器的压力垫2来测量一组接触压力值。该组接触压力值可转化成接触界面的第一表示，例如如图2B中所示。然后方法500前进至520。
在520处，获得接触界面处的摩擦系数(COF)标测图。COF标测图为接触界面的第二表示。在一些实施方案中，可通过测量对象的表面诸如例如图3A和图3B中所示的手套的手掌侧的内表面或外表面上的一种或多种材料的摩擦系数来获得摩擦系数标测图。在一些实施方案中，特定材料的摩擦系数可为在多种表面类型条件下测量的材料的统计摩擦系数，该多种表面类型条件包括例如干燥条件、湿润条件、白垩条件和油性条件。可基于所测量的多个标测图的统计分析例如平均值、加权和等来获得统计COF标测图。在一些实施方案中，可通过从数据库输入材料的摩擦系数值来获得摩擦系数标测图。然后方法500前进至530。
在530处，基于获得的接触压力标测图和获得的摩擦系数(COF)标测图来计算摩擦力标测图。摩擦力标测图为作为在510处和520处获得的第一表示和第二表示的函数的接触界面的第三表示。在一些实施方案中，摩擦力标测图为可表达为F(xi,yi)的2D表示，其中(xi,yi)代表2D笛卡尔x-y坐标系中的接触界面处的位置，并且F(xi,yi)代表与身体发生物理接触的对象的表面上的材料的相应摩擦力值。F(xi,yi)可通过使相应的P(xi,yi)与COF(xi,yi)相乘来计算。在一些实施方案中，摩擦力标测图可为表达为F(xi,yi,zi)的3D表示，其中(xi,yi,zi)代表3D笛卡尔x-y-z坐标系中的接触界面处的位置，并且F(xi,yi,zi)代表对象的表面上的材料的相应摩擦力值。F(xi,yi,zi)可通过使相应的P(xi,yi,zi)与COF(xi,yi,zi)相乘来计算。
获得的摩擦力标测图可用于各种应用。在一些实施方案中，可将摩擦力标测图与预定标准进行比较。预定标准可为例如包括某些应用期望的最小/最大摩擦力的工业标准、满足一定程度的人的表现、舒适度、疲劳度、安全性、振动传递等的期望的摩擦力标测图。如果摩擦力标测图不满足预定标准，则可基于比较结果来调整接触界面以优化身体-对象相互作用。例如，在一些实施方案中，可调整对象的表面，包括例如调整表面材料(例如，调整材料的分布、将至少一种材料改为不同的材料等)或调整对象的几何特征(例如，改变表面轮廓、使层厚度变化、添加填充层等)。在调整接触界面之后，可获得新的接触压力标测图和COF标测图以更新摩擦力标测图。
在一些实施方案中，获得的摩擦力标测图可用于确定对象(例如，手套、背心、呼吸器或工具)是否适用于特定用户的身体(例如，手部、脸部、手指、腿部或躯干)。
在一些实施方案中，身体-对象界面的现有表现和/或感知数据可与本文所述的摩擦力标测图数据结合，以提供关于摩擦力标测图与用户的表现和感知之间的关系的预测模型。图5A和图5B提供了摩擦力标测图与表现和感知之间的此类关系的两个示例。在图5A的示例中，身体-对象接触界面处的平均摩擦力与人的表现(例如，可产生的最大拉力)线性相关。在图5B的示例中，可使用摩擦力标测图的最大值来对人的舒适度进行建模，在所提供的示例中，人的舒适度与摩擦力标测图非线性相关。在其它实施方案中，诸如到身体的振动传递，可使用摩擦力标测图来生成模型，然后该模型可用于预测相继的摩擦力标测图将如何与振动传递相关。
图6示出根据一个实施方案的用于通过实施例如方法500来优化身体-对象相互作用的系统600。系统600包括压力测量部件624、计算部件626以及一个或多个输入/输出装置616。
压力测量部件624被构造成测量在身体的至少一部分与对象的表面发生物理接触的接触界面处的压力值。测量部件624可为各种测量装置以测量接触压力。在一些实施方案中，压力测量部件624可包括例如设置在接触界面处的一系列压力传感器。压力传感器可为各种类型的压力传感器，诸如例如通常使用力收集器(例如，隔膜、活塞、布尔登管或波纹管)来测量由于施加在区域上的力(压力)引起的应变(或偏转)的力收集器类型的压力传感器。可基于在接触界面处的位置处所测量的接触压力值来获得2D接触压力标测图P(xi,yi)或3D接触压力标测图P(xi,yi,zi)。
在一些实施方案中，系统600可包括被构造成测量对象界面的一种或多种材料的摩擦系数的任选的COF测量部件625。可基于所测量的摩擦系数来获得接触界面处的2D COF标测图COF(xi,yi)或3D COF标测图COF(xi,yi,zi)。应当理解，在一些实施方案中，对象的材料的摩擦系数可从存储在本地/远程存储器中的数据库导入。
在图6的实施方案中，计算部件626包括处理器612和存储器614。计算部件626在功能上连接到压力测量部件624、从测量部件624接收与所测量的接触压力值相关的信号并基于所接收的信号生成接触压力标测图P(xi,yi,zi)。计算部件626也可基于通过任选的COF测量部件625所测量的或从数据库导入的表面材料的摩擦系数来生成COF标测图COF(xi,yi,zi)。处理器612可基于获得的接触压力标测图P(xi,yi,zi)和获得的摩擦系数标测图COF(xi,yi,zi)来计算摩擦力标测图F(xi,yi,zi)。
所计算的摩擦力标测图F(xi,yi,zi)可存储在存储器614中。在一些实施方案中，可将所计算的摩擦力标测图F(xi,yi,zi)与存储在存储器614中的预定标准进行比较。如果摩擦力标测图不满足预定标准，则可基于比较结果来调整接触界面以优化身体-对象相互作用。在一些实施方案中，获得的摩擦力标测图F(xi,yi,zi)可用于确定对象(例如，手套、背心、呼吸器、工具等)是否适用于特定用户的身体(例如，手部、脸部、手指、腿部、躯干等)。
在一些实施方案中，测量部件624和/或测量部件625可为可在现场工作的便携式装置。测量部件624和/或测量部件625可通过发送和接收信号与远程计算装置诸如例如计算部件626进行无线通信。计算部件626可与例如计算机、服务器、移动电话等集成。计算部件626可处理所接收的信号，并且生成信息且将该信息发送到输入/输出装置616以在其上显示。
存储器614存储信息。在一些实施方案中，存储器614可存储用于执行本文所述的方法或过程的指令。在一些实施方案中，可将身体或对象相关的数据预先存储在存储器614中。例如，可将身体(例如，手部的手掌侧)或对象的几何特征、对象的一种或多种材料的摩擦系数、预定标准数据等预先存储在存储器614中。也可将获得的接触压力标测图P(xi,yi,zi)、COF标测图COF(xi,yi,zi)和摩擦力标测图F(xi,yi,zi)存储在存储器614中。
存储器614可包括任何易失性或非易失性存储元件。示例可包括随机存取存储器(RAM)(诸如同步动态随机存取存储器(SDRAM))、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)和闪速(FLASH)存储器。示例还可包括硬盘、磁带、磁或光数据存储介质、光盘(CD)、数字通用盘(DVD)、蓝光盘和全息数据存储介质。
处理器612可包括例如一个或多个通用微处理器、专门设计的处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、离散逻辑的集合和/或能够执行本文所述技术的任何类型的处理装置。在一些实施方案中，处理器612(或本文所述的任何其它处理器)可被描述为计算装置。在一些实施方案中，存储器614可被构造成存储由处理器612执行以实行本文所述的过程或方法的程序指令(例如，软件指令)。在其它实施方案中，本文所述的过程或方法可由处理器612的专门编程的电路来执行。在一些实施方案中，处理器612可因此被构造成执行本文所述的用于认证材料样品的技术。处理器612(或本文所述的任何其它处理器)可包括一个或多个处理器。
输入/输出装置616可包括被构造成从用户或其它装置输入信息或向用户或其它装置输出信息的一个或多个装置。在一些实施方案中，输入/输出装置616可呈现用户界面618，在用户界面618中，用户可控制对身体与工具相互作用的优化。例如，用户界面618可包括用于向用户呈现视觉信息的显示屏幕。在一些实施方案中，显示屏幕可包括触敏显示器。在一些实施方案中，用户界面618可包括用于向用户呈现信息的一种或多种不同类型的装置。用户界面618可包括例如任何数量的视觉反馈装置(例如，显示装置、灯等)、听觉反馈装置(例如，一个或多个扬声器)和/或触觉反馈装置(例如，键盘、触摸屏或鼠标)。在一些实施方案中，输入/输出装置616可表示显示屏幕(例如，液晶显示器或发光二极管显示器)和/或打印机(例如，打印装置或用于输出指令到打印装置的部件)中的一者或多者。在一些实施方案中，输入/输出装置616可被构造成接受或接收程序指令(例如，软件指令)，该程序指令由处理器612执行以实行本文所述的实施方案。
系统600还可包括其它部件，并且包括处理器612、存储器614和输入/输出装置616在内的所示部件中的任一者的功能可分布在多个部件和独立装置诸如例如，计算机上。系统600可被构造成工作站、台式计算装置、笔记本计算机、平板计算机、移动计算装置或任何其它合适的计算装置或计算装置的集合。系统600可在本地网络上运行或被托管在云计算环境中。图6所示的部件仅仅是为了解释本公开的各个方面而示出，并且部件的添加或移除对于本领域技术人员将是显而易见的。
除非另外指明，否则本说明书和实施方案中所使用的表达量或成分、特性测量等的所有数值在所有情况下均应理解成由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附实施方案列表中示出的数值参数可根据本领域的技术人员利用本公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。在最低程度上并且在不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的实施方案的范围内的情况下，至少应根据所报告的数值的有效数位并通过应用惯常的舍入技术来解释每个数值参数。
在不脱离本公开实质和范围的前提下，可对本公开的示例性实施方案进行各种修改和更改。因此，应当理解，本公开的实施方案并不限于下文描述的示例性实施方案，而应受权利要求书及其任何等同物中所述的限制因素控制。
整个本说明书中提及的“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”，无论在术语“实施方案”前是否包括术语“示例性的”都意指结合该实施方案描述的特定特征部、结构、材料或特征包括在本公开的某些示例性实施方案中的至少一个实施方案中。因此，在整个本说明书的各处出现的表述如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定是指本公开的某些示例性实施方案中的同一实施方案。此外，特定特征部、结构、材料或特征可在一个或多个实施方案中以任何合适的方式组合。
虽然本说明书已经详细地描述了某些示例性实施方案，但是应当理解，本领域的技术人员在理解上述内容后，可以很容易地想到这些实施方案的修改、变型和等同形式。因此，应当理解，本公开不应不当地受限于以上阐述的例示性实施方案。特别地，如本文所用，用端值表述的数值范围旨在包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。另外，本文所用的所有数字都被认为是被术语“约”修饰。此外，对各种示例性实施方案进行了描述。这些以及其它实施方案在以下权利要求书的范围内。

Claims (12)

1.一种方法，包括：
获得在身体的至少一部分与对象的表面发生物理接触的接触界面处的接触压力标测图，所述接触压力标测图为所述接触界面的第一表示；
获得在所述接触界面处的摩擦系数标测图，所述摩擦系数标测图为所述接触界面的第二表示；以及
经由处理器基于所获得的接触压力标测图和所获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图，所述摩擦力标测图为作为所述第一表示和所述第二表示的函数的所述接触界面的第三表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述接触压力标测图包括将多个传感器定位在所述接触界面上的位置处，并测量所述位置处的一组接触压力值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，获得所述接触压力标测图还包括将所述组接触压力值转化成所述接触界面的所述第一表示。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，获得所述摩擦系数标测图包括测量所述接触界面处的一种或多种材料的摩擦系数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第三表示通过使所述第一表示与所述第二表示相乘来获得。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括调整所述接触界面。
7.一种方法，包括：
获得在手部的手掌侧的至少一部分与对象发生物理接触的接触界面处的手部压力标测图，所述手部压力标测图为所述手部的手掌视图的第一表示；
获得手套的一种或多种材料的摩擦系数标测图，并且所述摩擦系数标测图为所述手部的手掌视图的第二表示；以及
经由处理器基于所获得的手部压力标测图和所获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图，所述摩擦力标测图为作为所述第一表示和所述第二表示的函数的所述手部的手掌视图的第三表示。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，获得所述手部压力标测图包括将多个传感器定位在所述接触界面上的位置处，并测量所述位置处的一组接触压力值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，获得所述接触压力标测图还包括将所述组接触压力值转化成所述接触界面的所述第一表示。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第三表示通过使所述第一表示与所述第二表示相乘来获得。
11.根据权利要求7所述的方法，还包括调整所述手套的手掌侧。
12.一种系统，包括：
压力测量部件，所述压力测量部件包括在接触界面上的位置处的多个传感器，所述多个传感器被构造成测量身体的至少一部分与对象的表面发生物理接触的所述接触界面处的一系列接触压力值，所述接触压力标测图为所述接触界面的第一表示；
计算部件，所述计算部件在功能上连接到所述压力测量部件，所述计算部件被构造成从所述压力测量部件接收与所述一系列接触压力值相关的信号，并基于所接收的信号来获得接触压力标测图，
其中所述计算部件被进一步构造成获得所述接触界面处的摩擦系数标测图，所述摩擦系数标测图为所述接触界面的第二表示，并且
其中所述计算部件包括处理器，并且所述处理器被构造成基于所获得的接触压力标测图和所获得的摩擦系数标测图来计算摩擦力标测图，所述摩擦力标测图为作为所述第一表示和所述第二表示的函数的所述接触界面的第三表示。
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