[發(fā)明專利]一種手指對(duì)確定性紋理表面摩擦特性的試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011207019.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN112504957B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李樂;楊麗;王立勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京信息科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N19/02
• 分類號(hào): G01N19/02
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)創(chuàng)理想知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11513
• 代理人: 張素妍

1.一種手指對(duì)確定性紋理表面摩擦特性的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）根據(jù)預(yù)先明確的法向載荷值，以及設(shè)定的樣本脊的間距和高度，得到受試者食指半徑的取值范圍，并根據(jù)該取值范圍篩選符合要求的受試者，受試者手指與確定性紋理表面為部分接觸；

2）根據(jù)部分接觸狀態(tài)下黏著摩擦力的影響因素，計(jì)算指尖皮膚與確定性紋理表面的真實(shí)接觸面積，根據(jù)所得真實(shí)接觸面積結(jié)果分析黏著摩擦力隨法向載荷值、脊的間距、脊的寬度和受試者食指半徑的變化規(guī)律；

3）根據(jù)黏著摩擦力的影響因素，確定試驗(yàn)變量為法向載荷值、脊的寬度和高度，將是否加入潤(rùn)滑油介質(zhì)作為試驗(yàn)變量待測(cè)定；

4）根據(jù)樣本脊的間距、高度和寬度，采用3D打印加工W組和N組兩組樣本；

5）根據(jù)受試者的食指半徑，以及設(shè)定的指尖與樣本表面的接觸角度為30°角，根據(jù)UMTTribolab測(cè)試機(jī)的適配器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)置鋁制手指夾具，根據(jù)鋁制手指夾具、樣本脊尺寸及試驗(yàn)變量搭建試驗(yàn)系統(tǒng)；

6）對(duì)受試者指尖加載載荷，并控制樣本的運(yùn)動(dòng)，使指尖皮膚與樣本表面產(chǎn)生相互作用，獲取接觸截面的摩擦力和接觸力，以及樣本的位置信息；

7）采集整個(gè)接觸過程中接觸表面的摩擦力數(shù)據(jù)，根據(jù)該摩擦力數(shù)據(jù)獲取分析觸摸過程中摩擦力平均波動(dòng)程度的依據(jù)，將該依據(jù)與黏著摩擦力的變化規(guī)律相結(jié)合得到手指對(duì)確定性紋理表面摩擦力的分析試驗(yàn)結(jié)果；

所述黏著摩擦力的變化規(guī)律為：增大法向載荷則會(huì)增大黏著摩擦力；脊的寬度越大黏著摩擦力越大；加入潤(rùn)滑油介質(zhì)會(huì)減小黏著摩擦力；增大脊的間距會(huì)減小黏著摩擦力；

所述鋁制手指夾具包括預(yù)夾具緊固件、夾具體、手指預(yù)緊螺栓和預(yù)緊螺栓調(diào)整槽；所述夾具體中部設(shè)置有套筒，該套筒用于容置受試者的手指；所述夾具體上部設(shè)置有所述預(yù)夾具緊固件，所述預(yù)夾具緊固件由所述適配器夾緊，進(jìn)而安裝在所述UMT?Tribolab測(cè)試機(jī)上；所述夾具體的兩側(cè)側(cè)壁分別設(shè)置有所述預(yù)緊螺栓調(diào)整槽，所述預(yù)緊螺栓調(diào)整槽內(nèi)設(shè)置有所述手指預(yù)緊螺栓，所述手指預(yù)緊螺栓在所述預(yù)緊螺栓調(diào)整槽中能上下移動(dòng)，將受試者的手指夾緊；

所述摩擦力平均波動(dòng)程度的依據(jù)獲取方法為：將每次試驗(yàn)所得摩擦力數(shù)據(jù)跟隨時(shí)間變化的曲線中由樣本的脊引起的曲線變化周期的波峰值與波谷值做差值，將差值按大小排序，取中間的5個(gè)差值對(duì)應(yīng)的曲線的變化周期，該周期對(duì)應(yīng)的摩擦力波峰值為F_X1，F(xiàn)_X2,F_X3,F_X4,F_X5和摩擦力波谷值為F_X1’,F_X2’,F_X3’,F_X4’,F_X5’，對(duì)波峰值與波谷值的差值求平均值F_XM1；同樣的試驗(yàn)重復(fù)三次，其他兩次所得上述平均值分別為F_XM1’和F_XM1’’，按試驗(yàn)的次數(shù)再次取平均值得到總平均值F_XM2，將F_XM2作為分析觸摸過程中摩擦力平均波動(dòng)程度的依據(jù)；

將所述依據(jù)與黏著摩擦力的變化規(guī)律相結(jié)合得到手指對(duì)確定性紋理表面摩擦力的分析試驗(yàn)結(jié)果：指尖皮膚與確定性紋理表面接觸過程中，摩擦力跟隨時(shí)間呈周期性波動(dòng)，且其平均波動(dòng)程度的變化與黏著摩擦分量變化規(guī)律一致，此時(shí)黏著摩擦分量占據(jù)主導(dǎo)作用；不一致的是，摩擦力的平均波動(dòng)程度會(huì)隨間距的增大而增大，此時(shí)犁摩擦分量占據(jù)主導(dǎo)作用，總摩擦力的波動(dòng)程度增大；當(dāng)手指皮膚滑過矩形脊，產(chǎn)生的摩擦力F_f主要由黏著摩擦分量F_a、犁摩擦分量F_p和彈性能恢復(fù)形變產(chǎn)生的摩擦力削減量△F構(gòu)成：，黏著摩擦分量F_a為主要的摩擦機(jī)制，無法通過試驗(yàn)測(cè)得，而手指觸摸確定性紋理過程中的總摩擦力通過試驗(yàn)測(cè)得，通過理論推導(dǎo)黏著摩擦分量的變化，進(jìn)而推測(cè)犁摩擦分量F_p和其對(duì)應(yīng)的摩擦力削減量△F的變化規(guī)律，最終得到手指與確定性紋理表面的摩擦機(jī)制。

2.如權(quán)利要求1所述試驗(yàn)方法，其特征在于，研究法向載荷對(duì)受試者摩擦感知的影響時(shí)，選W組樣本作為觸摸對(duì)象，法向載荷依次設(shè)為?0.5、1、1.5和?2N?來模擬手指接觸物體的觸摸力。