[發(fā)明專(zhuān)利]用于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下圖像與接觸力的同步采集系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310624145.4
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103654803A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王周義;邢強(qiáng);戴振東;吉愛(ài)紅;王浩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/22
• 分類(lèi)號(hào): A61B5/22;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像與接觸力數(shù)據(jù)的同步采集系統(tǒng)，尤其涉及一種用于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下圖像與接觸力的同步采集系統(tǒng)，屬于測(cè)試傳感器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

運(yùn)動(dòng)是動(dòng)物的基本特征，是捕食、逃逸、生殖、遷移等行為的基礎(chǔ)。壁虎、蜘蛛等具有三維空間無(wú)障礙運(yùn)動(dòng)的代表，通過(guò)足掌和接觸面間的相互作用力，能夠?qū)崿F(xiàn)各種表面位置的驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)定、機(jī)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)行為；對(duì)可粘附動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過(guò)程中其粘脫附行為以及與運(yùn)動(dòng)表面間相互作用力的研究,?可幫助揭示動(dòng)物粘脫附最基本的物理學(xué)機(jī)制,?同時(shí)為仿生爬壁機(jī)器人的步足系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒。

目前關(guān)于粘脫附機(jī)制的研究主要集中于人為操作下的非自主的單元性實(shí)驗(yàn)，如在人工操作下對(duì)可粘附動(dòng)物（大壁虎）的粘附單元（單個(gè)腳趾或者單根剛毛）的摩擦粘附實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試其粘附極限等。人為操作下的非自主的單元性實(shí)驗(yàn)使得整個(gè)可粘附動(dòng)物粘附系統(tǒng)的研究受到很大的局限，無(wú)法觀測(cè)其在粘附過(guò)程中粘附單元的自由粘脫附狀態(tài)，以及各個(gè)粘附單元（如腳趾與腳趾間）間的相互協(xié)調(diào)作用時(shí)，各個(gè)粘附單元間的內(nèi)在協(xié)調(diào)及優(yōu)化機(jī)制。

為了能夠觀測(cè)粘附動(dòng)物在自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)反力以及粘附單元腹面形態(tài)變化，測(cè)試系統(tǒng)就需要實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)據(jù)的同步記錄。專(zhuān)利（CN101380235A）介紹的爬行動(dòng)物足-面接觸力的測(cè)試系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)粘附動(dòng)物運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、粘附單元背面以及運(yùn)動(dòng)受力之間的相互關(guān)系；但是很難滿足實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)粘附單元在整個(gè)自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的接觸狀態(tài)及展現(xiàn)各粘附單元間的協(xié)調(diào)粘附狀態(tài)，不能夠同步提供粘附單元腹面形態(tài)變化，以計(jì)算接觸面積，評(píng)價(jià)粘附系統(tǒng)的冗余度、粘附極限等。而在專(zhuān)利（CN201110152933）中給出的通過(guò)數(shù)碼碼相機(jī)、控制數(shù)碼相機(jī)移動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)與連接裝置構(gòu)成系統(tǒng)，來(lái)解決對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)、神態(tài)、體色等多項(xiàng)指標(biāo)的采集分析等，根據(jù)專(zhuān)利（CN101380235A）中所闡述的測(cè)力系統(tǒng)，具有滑軌控制的相機(jī)成像由于受到力學(xué)傳感器的遮擋很難采集到全部圖像，同時(shí)由于動(dòng)物的快速運(yùn)動(dòng)與相機(jī)的運(yùn)動(dòng)會(huì)增加后期的圖像還原處理，成像效果不理想。在專(zhuān)利（CN?201010249155）給出的動(dòng)物腹部吸盤(pán)輪廓采集技術(shù)，顯然有利于計(jì)算出動(dòng)物與表面接觸時(shí)的面積，但是此方式是無(wú)法獲得動(dòng)物在運(yùn)動(dòng)全局范圍內(nèi)與表面接觸過(guò)程的情形，因此存在局限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種用于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下圖像與接觸力的同步采集系統(tǒng)，有效的同步獲得動(dòng)物在多表面的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)受力以及腳掌與接觸表面完整粘附脫附過(guò)程的數(shù)據(jù)，以幫助揭示動(dòng)物粘脫附最基本的物理學(xué)機(jī)制,?實(shí)現(xiàn)對(duì)仿生粘附結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等提供生物依據(jù)。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：

用于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下圖像與接觸力的同步采集系統(tǒng)，包括傳感器陣列、高速攝像機(jī)、數(shù)據(jù)信號(hào)采集模塊、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)服務(wù)器及用于固定傳感器陣列的固定支架，利用信號(hào)發(fā)生器發(fā)出脈沖信號(hào)控制傳感器陣列和高速攝像機(jī)同步采集動(dòng)物的接觸面信息和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，將采集的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)信號(hào)采集模塊進(jìn)行調(diào)理后傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器處理；所述傳感器陣列至少包括一組圖像傳感器和力學(xué)傳感器，其中所述圖像傳感器包括位于具有透明面的固定臺(tái)內(nèi)的傳像光纖束和光電傳感器；所述傳像光纖束的一端連接在固定臺(tái)透明面上，傳像光纖束的另一端連接光電傳感器，利用傳像光纖束形成通道采集動(dòng)物與固定臺(tái)透明面的接觸面圖像；所述力學(xué)傳感器通過(guò)連桿與固定臺(tái)固定連接，同步采集動(dòng)物與受力面的接觸受力。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述固定臺(tái)的透明面由玻璃制成。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述高速攝像機(jī)的視軸中心線與傳感器陣列所在的平面垂直。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述傳感器陣列通過(guò)固定支架實(shí)現(xiàn)任意調(diào)節(jié)角度。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，能產(chǎn)生如下技術(shù)效果：