纹理力触觉信息采集及感知特性实验研究

作     者：曹志勇 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴涓

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：纹理 力触觉 感知特性 

摘      要：纹理触觉是人与物体接触时,对纹理表面凹凸不平的属性的触觉感受。纹理触觉作为人对客观力触觉刺激的感受,对其感知特性和规律的研究,对于实现具有真实感的力触觉再现和精准遥操作具有重要指导意义。以往的纹理触觉感知特性的研究多是选取纹理样本进行主观感知实验,测量在某种纹理物理特征及不同水平下(如纹理高度、空间周期、颗粒度等变化),人主观纹理粗糙感强度的变化规律。而纹理触觉感知是客观刺激与主观感知多输入/多输出的复杂系统。真实纹理物理属性具有多样性,且不同物理属性、实验条件均会对纹理触觉产生影响。因此,有必要对纹理触觉刺激特征参数以及纹理触觉感受进行定量分析,并建立二者之间的关系模型。本文研究纹理触觉刺激与主观感知的规律,并试图建立描述客观触觉刺激与主观感知之间的量化关系模型。首先搭建了纹理触觉感知实验平台,能实时测量与纹理表面接触时的接触力/加速度/位移等触觉交互信息,并进行了与纹理表面交互时的客观力触觉刺激测量。然后基于非度量多维尺度分析的方法,研究了纹理主观感知空间的维度与度量,确定纹理感知空间可以由两个维度特征参数来描述;并结合前人的研究,初步探讨了主观感知空间特征参数的物理意义。接下来,通过相关分析和回归分析,从纹理力触觉交互信息中确定了振动能量、振动频率、等效刚度系数、力的变化率对纹理感知差异具有显著影响,并以此4个客观刺激特征参数作为纹理感知模型的输入参数。最后采用径向基神经网络模型建立了纹理客观刺激特征参数与主观纹理感知空间度量的关系模型。最终,通过将感知模型用于预测真实纹理样本的粗糙差异度,并与前人的主观感知实验结果比较,发现定量关系模型具有较好的预测精度,且多输入多输出的关系模型能全面反映纹理触觉刺激对主观感受的影响。