材料弹性对摩擦触觉感知的影响研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ziwen74
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产品表面触感是影响产品品质的重要影响因素之一,优良的触感体验可以提升产品的品质,提高消费者的满意度,材料的弹性是影响触觉感知的重要物理属性。因此本研究将皮肤摩擦学和脑电图方法相结合,研究手指触摸三种不同弹性材料(橡胶、塑料、陶瓷)的皮肤摩擦振动特性,以及材料弹性特征激发的大脑触感反应,将触觉感受体的近端机械刺激与大脑的认知相关联,综合研究材料弹性对触感的影响规律,同时对皮肤摩擦振动信号以及脑电信号进行特征参数提取,建立弹性表面触感与特征参数的关系,部分实现不同弹性表面触感的量化表征,主要研究结果如下:摩擦学研究表明:(1)弹性模量与手指触摸的摩擦系数、振动信号最大幅值呈负相关关系,材料弹性模量越小,触摸摩擦系数和振动信号幅值越大;(2)橡胶材料的摩擦系数随着触摸压力的增大而增大,说明相对于黏着摩擦力,形变摩擦力中的滞后摩擦力影响更大;手指与陶瓷和塑料的触摸摩擦系数随触摸压力无明显变化,说明滞后摩擦和黏着摩擦共同影响表面接触摩擦力;(3)手指触摸三种不同弹性材料的振动信号具有混沌特性,橡胶材料摩擦振动信号复杂度最高,陶瓷材料最低。脑电研究结果表明:(1)材料弹性模量和触感脑电P300峰值呈正相关关系,说明材料弹性模量越低,越易于分辨,触感ERP信号的P300峰值越小;(2)三种材料激发脑电信号的复杂度和递归参数呈现先降低后增大的趋势,在ERP产生阶段脑电信号的复杂度最低、稳定性最高;三种材料激发脑电信号的复杂度和递归参数大小为橡胶>塑料>陶瓷,说明材料弹性模量越低,弹性触感脑电规则成分占比越少,复杂度越大、稳定性越低。皮肤摩擦振动信号特征参数与触感脑电信号特征参数的相关性分析结果显示两者的特征参数紧密相关,手指触摸弹性表面的摩擦系数和振动幅值越大、摩擦振动系统越复杂,相应的弹性触感脑电的复杂度越高、稳定性越差。皮肤摩擦振动信号和脑电信号的触感特征参数研究表明,手指触摸摩擦系数和摩擦振动信号的最大幅值、摩擦振动信号递归参数(对角线长度均值、垂直线段长度均值)、ERP信号的P300幅值和复杂度、脑电信号递归参数(对角线均长、垂直线均长、最大垂直线长度),可作为表征材料触摸弹性的特征参数。研究成果可为产品触感舒适性设计及抓握可靠性设计提供技术支持,为产品触感的量化表征提供方法依据和理论支撑。该论文有图38幅,表20个,参考文献109篇。
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