[发明专利]一种基于韦伯费希纳定律建立触觉体感舒适度模型的方法

说明书

技术领域

本发明涉及人体工程学领域，具体是基于韦伯费希纳定律的触觉体感舒适度模型。

背景技术

舒适度是指人们对客观环境从生理与心理方面所感受到的满意程度而进行的综合评价。受各种因素及环境条件的影响，舒适度会因个体差异而呈现不同结果。目前对与舒适度的研究多集中于气候对人体舒适度影响和道路车辆对人体舒适度的影响。然而在卫生护理、助老助残等装置中，触觉体感舒适度是一个非常重要的指标，对于触觉舒适度的研究国内外还鲜有报道。受心理物理学研究的启发，本发明构建了一个基于能量函数的触觉舒适度模型。

发明内容

为解决上述技术问题，提出一种基于韦伯费希纳定律的触觉体感舒适度模型，利用韦伯费希纳定律合理构建模型，使其适用各种智能护理系统、助残助老装置、以及相关的智能人机工程设备的过程控制中。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：基于韦伯费希纳定律的触觉体感舒适度模型，采用韦伯费希纳定律构造物理刺激E_s与感觉量k之间的关系模型，感觉量                                               ,m、x、y、z为敏感参数，其中，t为人体感应刺激时间、v为物理刺激速度、N为人体感应压力；根据模型提出感觉量k与舒适度g(x)之间的函数关系，舒适度,其中，，作为控制函数曲线衰减速度的参数，k为感觉量；利用采集的t、v、N数据对模型参数g(x)和k进行拟合,得到触觉体感舒适度模型，

 (1)

     (2)                           。

     本发明的有益效果是：本发明公开的基于韦伯费希纳定律的触觉体感舒适度模型是针对老年洗浴卫生护理机器人的搓澡机构设计的，通过受试者实际测试，符合物理刺激与实测舒适度的关系。由于该模型主要物理刺激为摩擦力、速度与时间，因此可以方便的推广到各种智能护理系统、助残助老装置、以及相关的智能人机工程设备的过程控制中。 

附图说明

图1为本发明的参数拟合曲线图；

图2 为本发明的实验装置的结构示意图；

图中：1、从动轮，2、主动轮、3、步进电机，4、履带、5、摩擦物，6、托架，7、配重块，8、人体。

具体实施方式

（一）构造物理刺激与感觉量之间的关系模型     

伯-费希纳定律（Weber-Fechner Law,W-F定律）是1850年由费希纳在韦伯的研究基础上，通过心理物理实验证明并推导得出的研究刺激物理特征与感觉经验之间关系的定律。该定理能够确定在中等强度刺激下各种感觉阈限和测量刺激的物理量和心理感受关系。实验证明人体的反应量k与外界环境刺激量C之间的函数关系：

      k=algc，a为韦伯常数                    （1）

触觉舒适度感觉的评价中基于以下假设：

A:把外界环境刺激量c看作是人体吸收的能量值E_s；

B:把k看作是人体对摩擦过程中所受刺激的反应量。

C:韦伯系数a是由人体在摩擦过程中受到刺激所决定的。对于同一种刺激a为常数，本发明的舒适度考虑了摩擦力和形变对人体的刺激，可把a看作是两种刺激的权重。

因此韦伯-费希纳定律可以变形为：

                           （2）

其中E_f为摩擦力产生的热量，E_e为搓澡时皮肤形变吸收的能量，其计算方法是根据实验装置（见附图）及实验设计利用摩擦力及弹性形变公式计算得到的，代入上式得到：

   （3）

由于皮肤和摩擦物之间为滑动摩擦，皮肤形变较小，且会快速反弹，弹性形变所吸收的能量可忽略不计，因此模型可简化为：

                                 （4）                      

                                （5）

如果只考虑摩擦力对人体的刺激，因此a可设定该值为1。该式中，t、v为控制量，为与洗浴者皮肤有关的变量，N为人体对搓头的压力，的目的是为了使k值大于零，通过数学证明不影响评价结果。