[发明专利]一种研究手与物体接触间摩擦系数和接触面积之间关系的方法与装置

说明书

本发明公开一种研究手与物体接触间摩擦系数和接触面积之间关系的方法与装置，所述装置包括三棱镜装置、相机、数显拉压力计，本发明利用三棱镜成像原理，对光学三棱镜装置中的三棱镜对称设计，有利于把手握物体两侧手指的接触面积通过光路反射在同一侧射出，便于用一部相机同时采集手两侧接触面积，把光线反射一定的角度而能够被一部摄像机顺利捕获到接触位置的图像。通过软件分析计算从而准确、方便的测出手指变形和接触面积，为后续研究带来很大的方便。该方法可靠性好，该装置具有结构简单、成本低等优势。

技术领域

本发明涉及一种研究手与物体接触间摩擦系数和接触面积之间关系的方法与装置。为解决测量接触面积问题，设计一种三棱镜成像系统，用于方便测量手指与透明物体的接触面积。对所述的三棱镜装置结构设计，便于用一部相机同时采集手两侧接触面积。解决了在研究手的摩擦系数和手与物体接触面积之间关系时测量手的接触面积的困难问题。

技术背景

目前国内外研究者在研究人手触觉感知机理方面时，研究人手拿物体的最小抓持力与手指变形和摩擦系数的关系。研究手指变形与摩擦系数关系，在研究手的摩擦系数，正压力和手与物体接触面积之间关系时，准确测量手与物体的接触面积是非常有必要的。目前在测量手指与物体的接触面积方面还没有比较理想的方法，很多是通过在手上涂特殊材料，然后测粘在接触物体表面材料的接触面积，这样做不仅不准确、操作麻烦而且还改变了手与物体间的摩擦系数。也有研究者利用相机采集图像的，但不能用一部相机采集所有手指接触面积。

S.Derler,L.-C.Gerhardt等人做的人手对不同粗糙度玻璃的摩擦系数的研究中(Friction of human skin against smooth and rough glass as a function of thecontact pressure S.Derler a,,L.-C.Gerhardt a,A.Lenz a,E.Bertaux a,M.Hadad b)，为了测量手与玻璃的接触面积，在板上装有压敏薄膜，根据测量的压力分布，可以确定皮肤的表观接触面积。此方法无法准确确定接触边界，存在很大误差，且采用压敏薄膜成本较高。

发明内容

为解决现有技术的步骤，本发明提供一种研究手与物体接触间摩擦系数和接触面积之间关系的方法与装置。该三棱镜成像系统解决了在研究手的摩擦系数正压力和手与物体接触面积之间的关系时，准确测量手指两侧与所握物体接触面积的困难问题。

本发明所采用的技术方案是：设计一种研究手与物体接触间摩擦系数和接触面积之间关系的装置，其特征在于，所述装置包括三棱镜装置、相机、数显拉压力计，三棱镜装置与相机两者正对放置，并保持一定距离。

数显拉压力计的右端设置有底座，左端的前侧面为力显示屏，力显示屏的右侧连接有加力杆，加力杆的的右侧固定安装有手指套。底座右侧面上设置有凸台，底座上表面的后端设置有手轮，手轮的转动可控制加力杆的伸缩。手指套的右端面与凸台的左端面相对，三棱镜装置设置在手指套的右端面与凸台的左端面之间。

所述手指套的右端面为内凹弧面，该内凹弧面为拇指接触区，拇指接触区整体与手指套主体部分呈15°夹角设置。

所述三棱镜装置包括一号棱镜、二号棱镜和镜框，每一个棱镜包含第一透光面、反光底面和第二透光面，镜框包括透明矩形框和设置在透明矩形框内部上下侧壁上的上定位凸台和下定位凸台，上定位凸台和下定位凸台结构相同位置相对，两者均为三角形结构，上定位凸台和下定位凸台两侧的空隙内分别对称的安装有一号棱镜、二号棱镜。

一号三棱镜、二号三棱镜均设有反光底面及连接反光底面两侧的第一透光面和第二透光面；所述第一透光面和第二透光面相互对称、顶部相交，顶部夹角为90°；所述反光底面下侧表面上设有镀银层。

透明矩形框左右两侧边框的外表面均与手指接触，左右两侧内表面分别与两个棱镜的第一透光面贴合。第二透光面面朝相机方向，反光底面位于透明矩形框的内部。