CN110186604A - 一种滑动交互触觉纹理信息测量平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中不同位置造成的摩擦力变化，包括交互力测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的交互力；位移测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的实时位移信息；支撑组件，用于对交互力测量组件和位移测量组件的各个部件进行支撑和定位。触觉纹理信息测量平台能够实时同步测量手指在纹理表面滑动过程中的交互力和运动信息，测量过程中摩擦阻力小，通过高精度的传感器测量，可实现高精度的触觉纹理信息的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种触觉人机交互技术领域，特别涉及一种滑动交互触觉纹理信息测量平台。
背景技术
为了在表面触觉再现设备上生成真实的触觉纹理，必须充分认识物理世界中手指与材质表面纹理交互过程的客观规律。为此，需要事先获取手指与真实布料纹理实际交互过程中的触觉信息。根据触觉纹理交互方式的不同，触觉纹理信息测量分为两大类，一类是测量工具在材质纹理表面滑动交互过程中的作用力和运动信息，即间接式测量；另一类是测量裸指在材质纹理表面滑动交互过程中的作用力和运动信息，即直接式测量。与刚性工具相比手指皮肤是一种柔性介质，其弹性模型与刚性工具的差别非常大，当手指与布料表面纹理相互作用时手指皮肤会产生柔性变形，因此工具-纹理交互的数据库不能揭示手指-纹理交互的力学行为，手指-纹理交互的力学行为即为人对触觉纹理的感知，人对触觉纹理的感知主要依靠手指在与纹理滑动交互过程中不同位置造成的摩擦力变化，因此需要一种设备来实现对手指与纹理表面滑动交互过程中摩擦力信息的高精度测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，测量平台能实现对手指与纹理表面滑动交互过程中摩擦力信息的高精度测量。
本发明的技术方案是：一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中不同位置造成的摩擦力变化，包括交互力测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的交互力；位移测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的实时位移信息；支撑组件，用于对交互力测量组件和位移测量组件的各个部件进行支撑和定位。
进一步地，所述支撑组件包括支架，所述支架包括上横梁和下横梁，上横梁上固定有所述位移测量组件，下横梁上固定有所述交互力测量组件；所述支架的上横梁两侧的伸出端上连接有滑轮。
进一步地，所述支架上用于连接的孔均为长圆孔。
进一步地，所述滑轮的中心设置有带螺纹的销轴，通过所述销轴和螺母的配合将滑轮固定在所述支架上横梁上。
进一步地，所述交互力测量组件包括从下而上固定连接的底座板、六轴力传感器和托盘，所述底座板固定在所述支撑组件上，位于六轴力传感器上的托盘上用于放置各种待测纹理试样。
进一步地，所述托盘由固定连接的托盘上板和托盘下板组成，所述托盘下板与所述六轴力传感器固定连接。
进一步地，所述位移测量组件，包括支撑架、导轨、光栅尺、光栅尺测头、指带和传动线，所述支撑架上固定设置有平行的导轨和光栅尺，所述光栅尺测头连接在导轨上并可沿导轨左右滑动，所述光栅尺测头与所述光栅尺等高。
进一步地，所述传动线绕在所述支架上横梁两端的滑轮上，所述光栅尺测头与所述传动线的上侧固定在一起，所述指带与所述传动线的下侧固定在一起。
进一步地，通过在支架的长圆孔中移动销轴的位置来调节滑轮上传动线的张紧程度。
本发明具有以下有益效果：(1)触觉纹理信息测量平台能够实时同步测量手指在纹理表面滑动过程中的交互力和运动信息，采用光栅尺及光栅尺侧头组合方式，能够测量手指在纹理表面滑动过程中的实时位移信息，位移的测量精度可达1μm；(2)采用传动线与滑轮组合机构设计，将运动信息传递给光栅尺测头来测量手指的运动信息，通过绕过滑轮的传动线可降低测量过程中摩擦的影响，减小由于测量机构运动而产生的摩擦带来手指交互力测量不准确问题；(3)另外，由于手指在纹理表面滑动过程中的交互力和位移信息是通过高精度的六轴力传感器测量的，能够测量手指在纹理表面滑动过程中的多维度交互力信息，力的测量精度可达3mN。
附图说明
图1是触觉纹理信息测量平台结构示意图。
图2是触觉纹理信息测量平台样机示意图。
图3是触觉纹理信息测量平台测量状态示意图一。
图4是触觉纹理信息测量平台测量状态示意图二。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见附图1-4，一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中不同位置造成的摩擦力变化，包括交互力测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的交互力；位移测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的实时位移信息；支撑组件，用于对交互力测量组件和位移测量组件的各个部件进行支撑和定位。
支撑组件包括支架8，支架8包括上横梁和下横梁，上横梁上固定有位移测量组件，下横梁上固定有交互力测量组件。支架8的上横梁两侧的伸出端上连接有滑轮7，两个滑轮7的中心设置有带螺纹的销轴1，通过销轴1和螺母的配合滑轮7固定在支架8的上横梁两侧。为了方便调整安装过程中各部件之间的相对位置保证安装的精度要求，支架8上用于螺栓连接的孔均设计成长圆孔。
交互力测量组件包括从下而上固定连接的底座板11、六轴力传感器10和托盘，底座板11固定支撑组件上，具体地底座板11固定在支架8的下横梁上，底座板11上通过三个均匀分布的螺钉固定一个六轴力传感器10，六轴力传感器10上的托盘上放置各种待测纹理试样。
托盘由两层板构成，分别是托盘上板9和托盘下板12，托盘下板12通过三个均匀分布的螺钉固定在六轴力传感器10的顶部，与六轴力传感器10构成一个整体，托盘上板9在四个角的位置对应处有四个圆孔，利用四个螺栓通过这四个圆孔将托盘上板9固定在托盘下板12上，由于托盘下板12需要通过螺钉与六轴力传感器10连接，因此在托盘下板12的中心位置处加工有三个均匀分布的沉头孔，为了防止测量过程中手指在布料表面滑动时测量的交互力受到凹槽的影响，在托盘下板12的上面再次安装一个同等尺寸的托盘上板9来将其沉头孔的凹槽盖住。
位移测量组件，包括支撑架2、导轨、光栅尺5及光栅尺测头4，支撑架2上固定设置有平行的导轨和光栅尺5，光栅尺测头4可沿导轨滑动，光栅尺测头4与光栅尺5等高，传动线13绕在支架8上横梁两端的滑轮7上，确保传动线13在滑轮7的沟槽中；为了保证手指在纹理表面滑动过程中的位移与光栅尺测头4运动位移的同步，光栅尺测头4与传动线13的上侧固定在一起，指带与传动线13的下侧固定在一起，形成位置上的相对固定。通过在支架8的上横梁两个伸出端的长圆孔中移动销轴1的位置来调节传动线13的张紧程度，再通过螺母对销轴1的位置进行固定。
在测量过程中，待测试样被固定在托盘上板9上面，指带3被戴在操作者右手食指上，当手指在试样纹理表面滑动过程中，光栅尺测头4与手指同步运行，光栅尺5能够测量手指滑动过程中的实时位移，托盘下板12下面的六轴力传感器10能够测量手指运动过程中的正压力和摩擦力。触觉纹理信息主要反映在滑动交互过程中随位移变化的摩擦力，为了消除手指滑动过程中正压力不均匀对摩擦力的影响，因此，通过测量的摩擦力与正压力求得的摩擦系数作为触觉纹理信息。该滑动交互触觉纹理信息测量平台可实现手指在纹理表面滑动交互过程中，测量位移的最大值为400mm，位移的测量精度达到1μm；可实现测量交互力的最大值为17N，力的测量精度达到3mN。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中不同位置造成的摩擦力变化，其特征在于：
包括交互力测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的交互力；
位移测量组件，用于测量手指在纹理表面滑动交互过程中的实时位移信息；
支撑组件，用于对交互力测量组件和位移测量组件的各个部件进行支撑和定位。
2.根据权利要求1所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述支撑组件包括支架，所述支架包括上横梁和下横梁，上横梁上固定有所述位移测量组件，下横梁上固定有所述交互力测量组件；所述支架的上横梁两侧的伸出端上连接有滑轮。
3.根据权利要求2所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述支架上用于连接的孔均为长圆孔。
4.根据权利要求2所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述滑轮的中心设置有带螺纹的销轴，通过所述销轴和螺母的配合将滑轮固定在所述支架上横梁上。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述交互力测量组件包括从下而上固定连接的底座板、六轴力传感器和托盘，所述底座板固定在所述支撑组件上，位于六轴力传感器上的托盘上用于放置各种待测纹理试样。
6.根据权利要求5所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述托盘由固定连接的托盘上板和托盘下板组成，所述托盘下板与所述六轴力传感器固定连接。
7.根据权利要求2-4任一所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述位移测量组件，包括支撑架、导轨、光栅尺、光栅尺测头、指带和传动线，所述支撑架上固定设置有平行的导轨和光栅尺，所述光栅尺测头连接在导轨上并可沿导轨左右滑动，所述光栅尺测头与所述光栅尺等高。
8.根据权利要求7所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：所述传动线绕在所述支架上横梁两端的滑轮上，所述光栅尺测头与所述传动线的上侧固定在一起，所述指带与所述传动线的下侧固定在一起。
9.根据权利要求7所述的一种滑动交互触觉纹理信息测量平台，其特征在于：通过在支架的长圆孔中移动销轴的位置来调节滑轮上传动线的张紧程度。
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2019
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