[发明专利]一种触觉信号自动采集装置

说明书

本发明提供了一种触觉信号自动采集装置，包括驱动装置、辊筒、检测系统和控制系统；所述驱动装置与辊筒连接，所述检测系统包括试样群、加速度传感器、扭矩传感器和触觉传感器，所述触觉传感器的基底安装在辊筒外圆表面，所述基底上设置若干压力传感和若干温度传感，若干所述压力传感和若干所述温度传感相互间隔排布；所述扭矩传感器固定在辊筒的底部；所述试样群包括若干试样，所述试样可拆卸的安装在触觉传感器上面；所述加速度传感器安装在测试物体上，用于检测触摸时测试物体的振动。本发明能提供丰富的触觉信息来源，准确地表达压力、振动、温度、摩擦力等触觉信号。

技术领域

本发明涉及生物摩擦学领域或人工智能领域或触觉采集领域，特别涉及一种触觉信号自动采集装置。

背景技术

近几年随着人工智能、虚拟现实、遥操作、手术机器人和人因工程学等领域的兴起与蓬勃发展，触觉这一大感官的研究得到了重视，其机理的研究对社会众多行业的发展意义重大。触觉的产生机制如下：皮肤受到机械刺激后，接触面间的相互作用引起皮肤形变及振动，触发了皮肤内的触觉感受器，触觉感受器将物体信息编码成动作电位，形成神经冲动进入大脑皮层，产生触觉认知。当下的脑科学触觉机理研究急需寻找尽可能少的基本表征维度来描述触觉质感，而在该过程中，首先需要能很好地呈现触觉的触觉刺激装置。

由于脑科学的触觉研究对触觉刺激呈现的要求较高，需要力反馈、振动反馈等信息并尽可能排除所有干扰实验效果的因素，市场上还没有成熟的触觉自动呈现方式。西班牙的Soledad Ballesteros等人在做纹理的触觉实验中提供了一种纺车装置(专利申请号为P200801805)，由可控制旋转速度的圆台和连接EEG记录仪的外围系统组成，圆台外沿随机放置6个粗糙试样和6个平滑试样，寻找到纹理的物理特性与触觉在人脑中呈现的部分关系，即平滑和粗糙纹理在大脑皮层中产生的快慢及带来的愉悦痛苦，但其存在一些不足之处，比如触摸纹理排列不连续会导致受试者在无触摸的情况下对下一试样产生触觉预判，试样材料单一，不考虑触觉传递过程中振动与力等触觉信号涵盖的信息等，使得触觉分析的说服力不够强。法国的J.Scheibert等人研究指纹在触觉信息传递过程中的作用，令有指纹和无指纹触觉传感器分别多次触摸特制试样并叠加各触摸点压强，其代表振动信号，得出指纹对触觉起着选择并放大信号的作用，其仅放大粗糙纹理。该实验装置也存在一些不足之处，比如触觉信号数据采集量受特制试样长度的限制，仅采集振动这单一的触觉信号。分析现有的触觉刺激装置可知，由于各实验室仅研究触觉的某个方面，目前设计的触觉刺激装置普遍存在触觉信息来源单一，触觉信号表达不全面、不连续、数据少等缺点，且触觉刺激装置通常与功能性磁共振成像技术配套使用，欠缺对核磁屏蔽的考虑而容易导致信号不准确，急需一种能连续、精准表达多种触觉信号的触觉刺激自动呈现方式来辅助脑科学研究触觉机理。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种触觉信号自动采集装置，能提供丰富的触觉信息来源，准确地表达压力、振动、温度、摩擦力等触觉信号。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种触觉信号自动采集装置，包括驱动装置、辊筒、检测系统和控制系统；所述驱动装置与辊筒连接，所述检测系统包括试样群、加速度传感器、扭矩传感器和触觉传感器，所述触觉传感器的基底安装在辊筒外圆表面，所述基底上设置若干压力传感和若干温度传感，若干所述压力传感和若干所述温度传感相互间隔排布；所述扭矩传感器固定在辊筒的底部，用于检测触摸时辊筒转动的扭矩力；所述试样群包括若干试样，所述试样可拆卸的安装在触觉传感器上面，且每个所述试样下面至少设有一个压力传感和一个温度传感；所述加速度传感器安装在测试物体上，用于检测触摸时测试物体的振动；所述控制系统与驱动装置、加速度传感器、扭矩传感器和触觉传感器连接。

进一步，还包括固定装置，所述固定装置位于辊筒一侧，所述固定装置上设有固定支撑架。

进一步，所述控制系统包括上位机和下位机；所述上位机调节驱动装置转速，所述上位机读取下位机的信号；所述下位机采集加速度传感器、扭矩传感器和触觉传感器的信号。