[发明专利]用于运动状态下图像与接触力的同步采集系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像与接触力数据的同步采集系统，尤其涉及一种用于运动状态下图像与接触力的同步采集系统，属于测试传感器领域。

背景技术

运动是动物的基本特征，是捕食、逃逸、生殖、迁移等行为的基础。壁虎、蜘蛛等具有三维空间无障碍运动的代表，通过足掌和接触面间的相互作用力，能够实现各种表面位置的驱动、稳定、机动的运动行为；对可粘附动物运动过程中其粘脱附行为以及与运动表面间相互作用力的研究, 可帮助揭示动物粘脱附最基本的物理学机制, 同时为仿生爬壁机器人的步足系统设计提供指导和借鉴。

目前关于粘脱附机制的研究主要集中于人为操作下的非自主的单元性实验，如在人工操作下对可粘附动物（大壁虎）的粘附单元（单个脚趾或者单根刚毛）的摩擦粘附实验，以测试其粘附极限等。人为操作下的非自主的单元性实验使得整个可粘附动物粘附系统的研究受到很大的局限，无法观测其在粘附过程中粘附单元的自由粘脱附状态，以及各个粘附单元（如脚趾与脚趾间）间的相互协调作用时，各个粘附单元间的内在协调及优化机制。

为了能够观测粘附动物在自由运动状态下的运动姿态、运动反力以及粘附单元腹面形态变化，测试系统就需要实现各个数据的同步记录。专利（CN101380235A）介绍的爬行动物足-面接触力的测试系统，能够实现粘附动物运动姿态、粘附单元背面以及运动受力之间的相互关系；但是很难满足实现实时观测粘附单元在整个自由运动状态下的接触状态及展现各粘附单元间的协调粘附状态，不能够同步提供粘附单元腹面形态变化，以计算接触面积，评价粘附系统的冗余度、粘附极限等。而在专利（CN201110152933）中给出的通过数码码相机、控制数码相机移动的步进电机与连接装置构成系统，来解决对实验动物的运动、神态、体色等多项指标的采集分析等，根据专利（CN101380235A）中所阐述的测力系统，具有滑轨控制的相机成像由于受到力学传感器的遮挡很难采集到全部图像，同时由于动物的快速运动与相机的运动会增加后期的图像还原处理，成像效果不理想。在专利（CN 201010249155）给出的动物腹部吸盘轮廓采集技术，显然有利于计算出动物与表面接触时的面积，但是此方式是无法获得动物在运动全局范围内与表面接触过程的情形，因此存在局限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，本发明提供一种用于运动状态下图像与接触力的同步采集系统，有效的同步获得动物在多表面的运动姿态、运动受力以及脚掌与接触表面完整粘附脱附过程的数据，以帮助揭示动物粘脱附最基本的物理学机制, 实现对仿生粘附结构的优化设计等提供生物依据。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

用于运动状态下图像与接触力的同步采集系统，包括传感器阵列、高速摄像机、数据信号采集模块、信号发生器、数据服务器及用于固定传感器阵列的固定支架，利用信号发生器发出脉冲信号控制传感器阵列和高速摄像机同步采集动物的接触面信息和运动姿态，将采集的信号通过数据信号采集模块进行调理后传输至数据服务器处理；所述传感器阵列至少包括一组图像传感器和力学传感器，其中所述图像传感器包括位于具有透明面的固定台内的传像光纤束和光电传感器；所述传像光纤束的一端连接在固定台透明面上，传像光纤束的另一端连接光电传感器，利用传像光纤束形成通道采集动物与固定台透明面的接触面图像；所述力学传感器通过连杆与固定台固定连接，同步采集动物与受力面的接触受力。

作为本发明的一种优选技术方案：所述固定台的透明面由玻璃制成。

作为本发明的一种优选技术方案：所述高速摄像机的视轴中心线与传感器阵列所在的平面垂直。

作为本发明的一种优选技术方案：所述传感器阵列通过固定支架实现任意调节角度。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：