[发明专利]一种手指对确定性纹理表面摩擦特性的试验方法

权利要求书

1.一种手指对确定性纹理表面摩擦特性的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据预先明确的法向载荷值，以及设定的样本脊的间距和高度，得到受试者食指半径的取值范围，并根据该取值范围筛选符合要求的受试者，受试者手指与确定性纹理表面为部分接触；

2）根据部分接触状态下黏着摩擦力的影响因素，计算指尖皮肤与确定性纹理表面的真实接触面积，根据所得真实接触面积结果分析黏着摩擦力随法向载荷值、脊的间距、脊的宽度和受试者食指半径的变化规律；

3）根据黏着摩擦力的影响因素，确定试验变量为法向载荷值、脊的宽度和高度，将是否加入润滑油介质作为试验变量待测定；

4）根据样本脊的间距、高度和宽度，采用3D打印加工W组和N组两组样本；

5）根据受试者的食指半径，以及设定的指尖与样本表面的接触角度为30°角，根据UMTTribolab测试机的适配器的结构特点，设置铝制手指夹具，根据铝制手指夹具、样本脊尺寸及试验变量搭建试验系统；

6）对受试者指尖加载载荷，并控制样本的运动，使指尖皮肤与样本表面产生相互作用，获取接触截面的摩擦力和接触力，以及样本的位置信息；

7）采集整个接触过程中接触表面的摩擦力数据，根据该摩擦力数据获取分析触摸过程中摩擦力平均波动程度的依据，将该依据与黏着摩擦力的变化规律相结合得到手指对确定性纹理表面摩擦力的分析试验结果；

所述黏着摩擦力的变化规律为：增大法向载荷则会增大黏着摩擦力；脊的宽度越大黏着摩擦力越大；加入润滑油介质会减小黏着摩擦力；增大脊的间距会减小黏着摩擦力；

所述铝制手指夹具包括预夹具紧固件、夹具体、手指预紧螺栓和预紧螺栓调整槽；所述夹具体中部设置有套筒，该套筒用于容置受试者的手指；所述夹具体上部设置有所述预夹具紧固件，所述预夹具紧固件由所述适配器夹紧，进而安装在所述UMT Tribolab测试机上；所述夹具体的两侧侧壁分别设置有所述预紧螺栓调整槽，所述预紧螺栓调整槽内设置有所述手指预紧螺栓，所述手指预紧螺栓在所述预紧螺栓调整槽中能上下移动，将受试者的手指夹紧；

所述摩擦力平均波动程度的依据获取方法为：将每次试验所得摩擦力数据跟随时间变化的曲线中由样本的脊引起的曲线变化周期的波峰值与波谷值做差值，将差值按大小排序，取中间的5个差值对应的曲线的变化周期，该周期对应的摩擦力波峰值为F_X1，F_X2,F_X3,F_X4,F_X5和摩擦力波谷值为F_X1’,F_X2’,F_X3’,F_X4’,F_X5’，对波峰值与波谷值的差值求平均值F_XM1；同样的试验重复三次，其他两次所得上述平均值分别为F_XM1’和F_XM1’’，按试验的次数再次取平均值得到总平均值F_XM2，将F_XM2作为分析触摸过程中摩擦力平均波动程度的依据；

将所述依据与黏着摩擦力的变化规律相结合得到手指对确定性纹理表面摩擦力的分析试验结果：指尖皮肤与确定性纹理表面接触过程中，摩擦力跟随时间呈周期性波动，且其平均波动程度的变化与黏着摩擦分量变化规律一致，此时黏着摩擦分量占据主导作用；不一致的是，摩擦力的平均波动程度会随间距的增大而增大，此时犁摩擦分量占据主导作用，总摩擦力的波动程度增大；当手指皮肤滑过矩形脊，产生的摩擦力F_f主要由黏着摩擦分量F_a、犁摩擦分量F_p和弹性能恢复形变产生的摩擦力削减量△F构成：，黏着摩擦分量F_a为主要的摩擦机制，无法通过试验测得，而手指触摸确定性纹理过程中的总摩擦力通过试验测得，通过理论推导黏着摩擦分量的变化，进而推测犁摩擦分量F_p和其对应的摩擦力削减量△F的变化规律，最终得到手指与确定性纹理表面的摩擦机制。

2.如权利要求1所述试验方法，其特征在于，研究法向载荷对受试者摩擦感知的影响时，选W组样本作为触摸对象，法向载荷依次设为 0.5、1、1.5和 2N 来模拟手指接触物体的触摸力。