專利名稱：動(dòng)物足-面接觸反力的測(cè)試方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)物運(yùn)動(dòng)力學(xué)量的測(cè)試和機(jī)器人仿生領(lǐng)域。特別涉及壁虎、蜘蛛、 甲蟲等粘附動(dòng)物(指腳掌能夠產(chǎn)生粘附力從而可以在3度空間各表面運(yùn)動(dòng)的動(dòng) 物)在水平面、垂直面和天花板等各種表面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，腳掌與表面的作用力及實(shí) 時(shí)圖像采集的測(cè)試系統(tǒng)。并可用于測(cè)定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)是動(dòng)物的基本特征，是動(dòng)物捕食、逃逸、生殖、遷移等行為的基礎(chǔ)。動(dòng) 物的運(yùn)動(dòng)行為是在內(nèi)力作用下(肌肉力)動(dòng)物與環(huán)境間相互作用的結(jié)果。地面上 生活的足類動(dòng)物通過足掌和地面(對(duì)粘附動(dòng)物包含墻面、天花板等各種位置表面) 間的力相互作用，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、穩(wěn)定、機(jī)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)行為，對(duì)足一面間作用力的測(cè)試 是認(rèn)識(shí)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要途徑，所獲得的信息對(duì)機(jī)器人，特別是爬壁機(jī)器人的 設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。
壁虎、蜘蛛和昆蟲等動(dòng)物有三維空間無障礙(Three Dimensional-terrain Obstacle Free—TDOF)運(yùn)動(dòng)的能力，能在正、零和負(fù)表面(以地球外法線為正，對(duì) 應(yīng)地面、墻面和天花板)等各種表面位置做自如的實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。目前人 們對(duì)足一面間相互作用力的認(rèn)識(shí)還不夠充分。具有同樣運(yùn)動(dòng)能力的機(jī)器人在搜 救、探險(xiǎn)、外空探測(cè)、特種偵察等領(lǐng)域具有明確而迫切的需求。現(xiàn)有的這類機(jī)器 人的運(yùn)動(dòng)能力還遠(yuǎn)落后于動(dòng)物。揭示動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的力學(xué)規(guī)律，能夠指導(dǎo)機(jī)器人的動(dòng) 力學(xué)設(shè)計(jì)，提升機(jī)器人的性能。本設(shè)計(jì)實(shí)施例以大壁虎(Gekko gecko)在地面、 墻面和天花板上的3維運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)試展開。壁虎是體重最重(可達(dá)150g，平 均70g)、運(yùn)動(dòng)速度快(可達(dá)1.5m/s)、負(fù)重能力強(qiáng)，具有代表性。是典型的具 有3維空間無障礙運(yùn)動(dòng)能力的動(dòng)物。
為了準(zhǔn)確定義相關(guān)概念，這里我們所述的運(yùn)動(dòng)反力指動(dòng)物的單個(gè)腳掌全部作 用在單個(gè)傳感器上時(shí)測(cè)到的力。慣性反力指動(dòng)物整體處于傳感器上，由于肢體的 運(yùn)動(dòng)、腳掌對(duì)傳感器承力片的作用等原因造成的作用于傳感器的力的動(dòng)態(tài)變化。
與本發(fā)明相關(guān)的運(yùn)動(dòng)反力測(cè)試方法、多維力傳感器、傳感器的陣列及其測(cè)試 系統(tǒng)的相關(guān)的技術(shù)背景分別論述如下。
運(yùn)動(dòng)慣性力或反力的測(cè)試方法-
按照傳感器的定位方式一般分為固定式和隨動(dòng)式。隨動(dòng)式指傳感器固聯(lián)于運(yùn) 動(dòng)動(dòng)物的測(cè)試方式。該方法可用較少的傳感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)反力的連續(xù)測(cè)定，但對(duì)運(yùn) 動(dòng)動(dòng)物的要求較高。目前主要和人的鞋子設(shè)計(jì)為一體，用于人的運(yùn)動(dòng)反力測(cè)試。 用于傳感器較大，測(cè)試精度有限，不適合于小型動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)試。固定式指 傳感器固聯(lián)于靜止參照系的測(cè)試方式。應(yīng)用較多，又分為單個(gè)傳感器的測(cè)試和多 傳感器陣列的測(cè)試兩種方法。單個(gè)傳感器的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法早在1938年就有人研 究。Full等人1995年實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的數(shù)值化，該測(cè)試方法是在一個(gè)較大的承力面 下安裝了4個(gè)梁式傳感器，用于測(cè)量3維地面反力，測(cè)試蜥蜴、壁虎、甲蟲等動(dòng) 物在該承力面上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力(腳掌和承力面接觸，身體運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)生的慣 性力)。(Journal of Experimental Biology, 1995， 198: 244卜2452)。由于測(cè) 量時(shí)全部動(dòng)物位于傳感器的承力片上，因此僅能測(cè)得動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程的慣性力，不 能得到單個(gè)腳掌上的運(yùn)動(dòng)反力。
組成動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力測(cè)試陣列的傳感器技術(shù)
除了滿足量程、分辯率等要求外，因?yàn)閯?dòng)物腳掌對(duì)接觸面的作用是一個(gè)沖擊 作用力，因此傳感器還必須有高的固有頻率才能保證測(cè)試結(jié)果的真實(shí)性。為了實(shí) 現(xiàn)組陣，傳感器的安裝固定還要考慮不發(fā)生干涉。Full (JEB， 1995， 198: 2441-2452 )的傳感器測(cè)力范圍和動(dòng)態(tài)性能是合適的，但傳感器結(jié)構(gòu)太大，不能 組成陣列。1999年臺(tái)灣逢甲大學(xué)研制的腳掌接觸力傳感器測(cè)量人在步行的不同 階段腳掌與接觸面間的接觸反力(見The six-component force sensor for measuring the loading of the feet of in locomotion, Materials and design, 1999， 20: 237-244)，在鞋底前腳掌與腳跟兩個(gè)位置安裝兩個(gè)相同的6維力傳感 器，基于電阻應(yīng)變測(cè)量原理制成，彈性體結(jié)構(gòu)為輪輻式，測(cè)量力的范圍可達(dá)到 土1000N。該傳感器沒報(bào)道動(dòng)態(tài)性能，用于安裝到人的腳底，測(cè)量范圍也不適合 于動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)定。本專利發(fā)明人曾提出的倒T型傳感器(CN1912559 )有 較高的固有頻率、量程和測(cè)試精度，且能夠滿足組成陣列對(duì)防止傳感器間的固定 干涉的要求。傳感器的組陣技術(shù)
從組成傳感器陣列的結(jié)構(gòu)方面分類，傳感器和陣列間的關(guān)系可以分為整體式 和分體式，傳感器陣列表面可以有覆蓋物或者沒有覆蓋物。傳感器能夠測(cè)定的力
的維數(shù)也是重要的指標(biāo)。2006年Heo J S等用光纖光柵系統(tǒng)制成的3X3的單維 力傳感器陣歹!J [Tactile sensor arrays using fiber Bragg grating sensors. Sensors and Actuators A， 2006， 126: 312-327],可用于測(cè)量皮膚 觸覺和指尖力的分布，用于測(cè)量機(jī)器人指尖力的應(yīng)變式傳感器陣列，量程為 100N，分辨率0. 1N。該測(cè)力陣列僅測(cè)量一維力，分辨率不能滿足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力 測(cè)試的要求。2004年中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所研制的"柔性三維力觸覺 傳感器(CN1796954)"，呈4X4陣列設(shè)置的16只三維力傳感器，采用單晶硅材 料通過MEMS工藝技術(shù)制作而成，通過半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維力的檢測(cè)， 其空間分辨率可達(dá)5ram，最小分辨力是0.1N。該陣列為整體結(jié)構(gòu)，分辨率不能滿 足動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力測(cè)試的要求。改變陣列的組陣方式也不方便。2005年中國科學(xué) 院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的"基于數(shù)字跑道的田徑訓(xùn)練信息采集和反饋系統(tǒng) (CN1818569)"。該發(fā)明為多個(gè)傳感器單元置于起保護(hù)作用上塑膠層和下塑膠層 之間，傳感器單元由行引線和列引線連接，作為跑道放置在地面，測(cè)量運(yùn)動(dòng)員的 腳底與跑道的接觸力和時(shí)間等。2006年，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院的"機(jī) 器人手爪仿生指面柔性接觸傳感器陣列(CN100999079)"。該發(fā)明利用微型氣壓 傳感器和微型柔軟氣囊結(jié)合構(gòu)成仿生指面柔性接觸傳感器。在傳感器基板上設(shè)置 多個(gè)微型氣壓傳感器，在微型氣壓傳感器上包覆固定有氣囊微孔的微型柔軟氣 囊，傳感器基板設(shè)置有小孔，該孔與微型氣壓傳感器的參考腔互通。制作成可以 自動(dòng)適應(yīng)外界環(huán)境變化的柔性接觸傳感器陣列。這幾種陣列在傳感器上均覆蓋有 連續(xù)的保護(hù)層，不能獲得動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的真實(shí)結(jié)果。
1998年Goodyear橡膠輪胎公司研制的"三維力銷傳感器陣列(US Patent 6536292)"，用多個(gè)懸臂梁式的傳感器來測(cè)量輪胎質(zhì)構(gòu)與附著表面的接觸力，每 個(gè)傳感器獨(dú)立的安裝在基座上面，允許對(duì)陣列中損壞的傳感器快速更換，能防止 灰塵和污染對(duì)測(cè)量的影響。
以下為與本發(fā)明最為接近的現(xiàn)有技術(shù)
動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的研究屬于多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制更需要發(fā)
明人熟知?jiǎng)游镞\(yùn)動(dòng)規(guī)律研究的需要，還需要具有傳感器研制，測(cè)力陣列設(shè)計(jì)研制， 數(shù)據(jù)采集及圖像采集等綜合性的知識(shí)背景，國內(nèi)外能夠開展這類研究和研制的團(tuán) 隊(duì)及人員非常少。2003年戴振東教授提出了一種"三維微載荷測(cè)力陣列系統(tǒng) (CN1544900)"。系統(tǒng)采用L型3維力傳感器組成傳感器陣列，基于半導(dǎo)體應(yīng)變 測(cè)試技術(shù)，傳感器的量程為土10mN，設(shè)計(jì)分辨率為0. 1%F. S.，即10,，用于測(cè) 試質(zhì)量較小的粘附動(dòng)物(如黃斑蝽、甲蟲等)3維接觸反力。該技術(shù)為本運(yùn)動(dòng)反 力測(cè)試系統(tǒng)的前期自有技術(shù)。它采用了半導(dǎo)體應(yīng)變測(cè)試技術(shù)，穩(wěn)定性還有待提高， 測(cè)力范圍不能適應(yīng)壁虎等較大的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)定。傳感器陣列的調(diào)試復(fù)雜， 難于組成多種不同需求的陣列形式。.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一套適合于于3維空間無障礙運(yùn)動(dòng)動(dòng)物在各種表面上自由運(yùn)動(dòng)時(shí)
腳掌和表面間接觸反力測(cè)試的方法，設(shè)計(jì)能夠模擬3維空間表面狀態(tài)、測(cè)試動(dòng)物
運(yùn)動(dòng)中的3維反力、并將力學(xué)量的測(cè)試與運(yùn)動(dòng)行為和步態(tài)結(jié)合起來的運(yùn)動(dòng)行為和
力學(xué)測(cè)試分析系統(tǒng)。以滿足人們探索動(dòng)物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的需求，該研究將啟發(fā)仿生機(jī)
器人(特別是仿壁虎等具有3維空間無障礙運(yùn)動(dòng)能力的機(jī)器人)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)同
樣可用于僅在地面上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物(如貓、狗等)運(yùn)動(dòng)地面反力的測(cè)試。
一種動(dòng)物足一面接觸反力的測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種表面上自由運(yùn)動(dòng)動(dòng)物足一
面接觸反力的測(cè)試，其特征在于包括以下步驟-
步驟l:選擇量程較大的3維傳感器，測(cè)定動(dòng)物在各種表面自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下 的運(yùn)動(dòng)反力，經(jīng)多次測(cè)量選取所測(cè)最大載荷，用于確定擬用于該動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力實(shí) 驗(yàn)的傳感器的量程范圍；
步驟2:選取滿足上述量程范圍的3維傳感器，測(cè)定該動(dòng)物在各種表面自由
運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)反力，經(jīng)多次測(cè)量檢査有無特征載荷(例如預(yù)載荷)，用于確
定擬用于該動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力實(shí)驗(yàn)的傳感器的分辨率；
步驟3:根據(jù)步驟l、步驟2設(shè)計(jì)研制傳感器，并進(jìn)行在線標(biāo)定；
步驟4:觀測(cè)該動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的測(cè)力陣列的布置形式，以便模
擬該動(dòng)物在水平地面，豎直墻面，天花板，斜面等不同空間位置，以及直線行走，
拐彎行走，墻面過渡等不同行進(jìn)方式的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；
其中測(cè)力陣列由多個(gè)獨(dú)立的測(cè)力傳感器及獨(dú)立的承力片組成；
步驟5:設(shè)計(jì)引導(dǎo)動(dòng)物通過測(cè)力傳感器的通道，并訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)動(dòng)物；
步驟6:引導(dǎo)動(dòng)物通過測(cè)力傳感器陣列通道，并利用傳感器系統(tǒng)采集反力數(shù) 據(jù)，利用錄像系統(tǒng)采集動(dòng)物通過測(cè)力傳感器陣列通道的畫面；
步驟7:利用錄像畫面在所采集的反力數(shù)據(jù)中篩選出動(dòng)物全部腳掌作用在傳 感器上的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)。
一種動(dòng)物足一面接觸反力的測(cè)試系統(tǒng)，用于對(duì)各種表面上自由運(yùn)動(dòng)動(dòng)物足一 面接觸反力的測(cè)試，其特征在于包括
傳感器陣列支架、安裝于傳感器陣列支架上的測(cè)力傳感器陣列、傳感器陣列 經(jīng)信號(hào)調(diào)理放大器連于計(jì)算機(jī)，還包括與測(cè)力數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步采集的高速攝像機(jī)；
并且在測(cè)力傳感器陣列兩側(cè)安裝有兩面角度可調(diào)的鏡子，以配合高速攝像實(shí) 現(xiàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)時(shí)正面與側(cè)面的圖像采集；
其中測(cè)力陣列由多個(gè)獨(dú)立的測(cè)力傳感器及獨(dú)立的承力片組成，且每個(gè)獨(dú)立的 測(cè)力傳感器整體成為倒"T"型結(jié)構(gòu)，包括垂直梁和水平梁，垂直梁上部有一個(gè) 腰形孔，下部有兩個(gè)在空間上相互垂直的"H"型通孔；水平梁上有兩個(gè)"H"型 通孔，兩孔相對(duì)于垂直梁的中心線對(duì)稱，彈性體上設(shè)計(jì)三處貼片位置各貼有一組 金屬應(yīng)變片，分別用于測(cè)量被測(cè)力的三個(gè)分量(Fx、 FY、 Fz)。
以往對(duì)動(dòng)物(含人)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的測(cè)試，主要針對(duì)在地面上運(yùn)動(dòng)的情況開展研 究(所以該反力一般稱為地面反力一Ground Reaction Force-GRF)。但壁虎等動(dòng) 物具有地面、墻面、天花板等任何表面運(yùn)動(dòng)的3維空間無障礙運(yùn)動(dòng)能力。這類動(dòng) 物在地面以外的表面上的運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)試，僅見Autumn的壁虎在模擬墻面上的 整體測(cè)試實(shí)驗(yàn)(Journal of Experimental Biology, 2006， 209: 260-27)，但 所用的測(cè)試儀器還是1995年的單個(gè)梁式3維傳感器。
現(xiàn)有力傳感器陣列需求背景各不相同，有的用于機(jī)器人手掌觸覺，有的測(cè)量 車輪與地面的接觸狀況，也有的用于動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)試。不同的需求對(duì)所發(fā)明 的測(cè)試系統(tǒng)的要求也不同。本發(fā)明以壁虎3度空間(地面，墻面，天花板等) 的3維運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)試為背景，問題本身就是全新的，還未見同類設(shè)備發(fā)明的報(bào) 道?，F(xiàn)有的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力測(cè)試方法和測(cè)試系統(tǒng)，也無法得到動(dòng)物運(yùn)動(dòng)中各足接觸 反力的相互關(guān)系及其隨時(shí)間的變化(從支撐相到移動(dòng)相間的轉(zhuǎn)化)等理解動(dòng)物運(yùn) 動(dòng)力學(xué)規(guī)律的重要信息。
采用本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，我們成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種小動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)定。例如大壁
虎、黃斑蝽、林蛙等動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)定。
結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目研究，我們首次測(cè)到了自由運(yùn)動(dòng)壁虎的預(yù)載荷 (Preload forces)。預(yù)載荷指壁虎在接觸時(shí)腳趾對(duì)接觸表面的壓力，國外的研 究(Autumn, et al， Nature, 2000)表明，預(yù)載荷是產(chǎn)生粘附力的基本條件。 測(cè)試結(jié)果表明，壁虎的預(yù)載荷不可思議的小，僅幾亳牛到幾十亳牛！并且測(cè)定了 預(yù)載荷和運(yùn)動(dòng)速度、粘附力及運(yùn)動(dòng)反力間的關(guān)系。該結(jié)果向人們展示了大壁虎運(yùn) 動(dòng)反力非常精細(xì)和豐富的一面。典型的運(yùn)動(dòng)反力隨時(shí)間變化的曲線見圖5。
運(yùn)用該系統(tǒng)，我們首次系統(tǒng)測(cè)定了大壁虎在地面、墻面和天花板上的運(yùn)動(dòng)反 力。我們發(fā)現(xiàn)在地面上大壁虎的運(yùn)動(dòng)反力，特別是側(cè)向力，并不是前人所預(yù)測(cè)的 那樣，在壁虎腳上指向外側(cè)。而是主要指向內(nèi)側(cè)。這表明壁虎在地面上運(yùn)動(dòng)時(shí)四 肢向外側(cè)用力。我們發(fā)現(xiàn)大壁虎用于驅(qū)動(dòng)的力非常小的，僅僅幾個(gè)毫牛到幾十個(gè) 毫牛，說明其運(yùn)動(dòng)的效率非常高。我們首次確認(rèn)大壁虎運(yùn)動(dòng)中前肢比后肢更加重 要一前肢承擔(dān)60%的體重，而后肢僅承擔(dān)40%的體重(圖6)。
運(yùn)用該系統(tǒng)，我們首次測(cè)定了大壁虎在天花板上的運(yùn)動(dòng)反力，發(fā)現(xiàn)這時(shí)大壁 虎四肢主動(dòng)內(nèi)收，形成指向外側(cè)的面內(nèi)反力。且前腳上的反力指向前進(jìn)方向，后 腳上的反力指向運(yùn)動(dòng)的反方向。所產(chǎn)生的粘附力比壁虎的體重大一點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)反力 的各個(gè)分力具有非常確定的方向。在天花板上壁虎各個(gè)反力的數(shù)值是最大的。
運(yùn)用該系統(tǒng)，我們發(fā)現(xiàn)在墻面上，壁虎的前肢起到主要的作用，產(chǎn)生的側(cè)向 力，驅(qū)動(dòng)力和粘附力足以支撐壁虎的運(yùn)動(dòng)，且對(duì)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向行為起到控 制性作用。后肢產(chǎn)生的側(cè)向力和粘附力僅幾個(gè)毫牛到幾十個(gè)毫牛，僅在驅(qū)動(dòng)力方
面有所貢獻(xiàn)o
運(yùn)用該系統(tǒng)，我們測(cè)定了黃斑蝽的運(yùn)動(dòng)反力，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)反力小到幾百微牛 到幾個(gè)毫牛。


圖1A陣列用3維傳感器及其承力片；圖1 B傳感器電阻應(yīng)變片的布置及其連線。
圖l的標(biāo)號(hào)名稱l.承力片，點(diǎn)2、 3、 5所指位置分別安置前后、側(cè)向和法 向3個(gè)方向的承力片，點(diǎn)4 、 6用于將傳感器固定到機(jī)架上，7.傳感器彈性體。 圖2.傳感器陣列實(shí)現(xiàn)不同表面位置。圖2A傳感器陣列出于水平位置，做動(dòng)
物在地面上運(yùn)動(dòng)的反力實(shí)驗(yàn)；圖2B傳感器陣列出于垂直位置，做動(dòng)物在墻面上 運(yùn)動(dòng)的反力實(shí)驗(yàn)；圖2C傳感器陣列出于向下位置，做動(dòng)物在天花板上運(yùn)動(dòng)的反 力實(shí)驗(yàn)；傳感器陣列的法向方向和地球外法線方向間的夾角0 — 180度均能實(shí)現(xiàn)。
圖3.傳感器陣列的不同布置形式。圖3A動(dòng)物延直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的陣列布置； 圖3 B動(dòng)物轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)的陣列布置；圖3 C動(dòng)物墻面間過渡運(yùn)動(dòng)時(shí)的陣列布置。
圖4.動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力測(cè)試系統(tǒng)的組成。
圖4中標(biāo)號(hào)名稱8.陣列的支架，9.傳感器組，IO.鏡子，ll.信號(hào)調(diào)理和 放大器，12.計(jì)算機(jī)，13.高速攝像機(jī)。
具體實(shí)施例方式
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)，下面結(jié)合壁虎運(yùn)動(dòng)反力的測(cè)定表明本發(fā) 明所提出的技術(shù)方案的可行性及其實(shí)施效果。 測(cè)試方法
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各種表面上自由運(yùn)動(dòng)動(dòng)物足一面接觸反力的測(cè)試，我們?cè)诙嗄暄?br> 究中確立測(cè)試方法如下。(1)首先選擇量程較大的3維傳感器，測(cè)定動(dòng)物在各種 表面自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)反力。這里測(cè)試實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行多次(一般大于16次)， 選取最大的載荷(峰值)，用于確定擬用于這種動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力實(shí)驗(yàn)的傳感器的量 程。(2)選取合適量程的傳感器，測(cè)定動(dòng)物在各種表面自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)反 力。這里測(cè)試實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行多次(一般大于16次)，檢査有沒有測(cè)到特征載荷，例 如粘附動(dòng)物在需要產(chǎn)生粘附力時(shí)，腳要有一個(gè)先施加法向力的過程，該力稱為預(yù) 載荷(Preload forces)。用于確定擬用于這種動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力實(shí)驗(yàn)的傳感器的分 辨率。(3)傳感器的標(biāo)定一般采用靜重法或者用電子天平(一般精度達(dá)到萬分之 一)進(jìn)行標(biāo)定。(4)觀測(cè)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的測(cè)力陣列的布置形式。(5) 設(shè)計(jì)引導(dǎo)動(dòng)物通過測(cè)力傳感器的通道，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。(6)設(shè)計(jì)、加工和調(diào)試測(cè) 力陣列，開發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件，實(shí)現(xiàn)力采集和圖像采集的同步。(7)從錄像和實(shí)驗(yàn) 采集到的反力數(shù)據(jù)中找出全部腳掌作用在傳感器上的結(jié)果。(8)傳感器陣列系統(tǒng) 的幾何位置可調(diào)，能夠模擬動(dòng)物在地面，墻面，天花板等不同空間位置的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)。
測(cè)力陣列的設(shè)計(jì)要充分考慮下列問題
(l)本發(fā)明中，每個(gè)傳感器能夠測(cè)定3個(gè)獨(dú)立的作用力分量(圖1A)，這樣
可以保證所測(cè)得的反力是完整的，而沒有損失某個(gè)方向的作用力。根據(jù)應(yīng)變傳感 器的電路原理，每個(gè)傳感器有12個(gè)(3X4)輸出線路(圖1 B)。本發(fā)明中，將 每個(gè)傳感器的輸出集成為一個(gè)獨(dú)立的輸出連接單元(圖1B中線路連接點(diǎn)D1， D2， D3， D4)。各個(gè)輸出形成連接集合。每個(gè)輸出單元連接到中間轉(zhuǎn)接盒。轉(zhuǎn)接盒連 接到應(yīng)變信號(hào)調(diào)理和放大器11。經(jīng)過放大的信號(hào)經(jīng)連接線輸入到計(jì)算機(jī)，由多 路采集電路完成模擬信號(hào)的采集，轉(zhuǎn)換成為數(shù)值信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，采集到的數(shù)值 信號(hào)展示在計(jì)算機(jī)的顯示屏上，便于試驗(yàn)者觀察。這些信號(hào)同時(shí)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)的 硬盤，以備后續(xù)分析。為了獲得運(yùn)動(dòng)行為和運(yùn)動(dòng)反力的關(guān)系，試驗(yàn)中同步采集動(dòng) 物的運(yùn)動(dòng)圖像，該錄像通過動(dòng)物進(jìn)入觀測(cè)區(qū)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觸發(fā)。本發(fā)明用沒有 表面覆蓋物的獨(dú)立的傳感器能夠提高測(cè)試的精度，并保證測(cè)試的動(dòng)態(tài)性能。
(2) 傳感器承力片(圖1，結(jié)構(gòu)尺寸aXb)的尺寸確定。本發(fā)明中傳感器 承力片要適度大于所測(cè)定動(dòng)物腳掌的大小，目的盡量讓單個(gè)腳掌踩在一個(gè)傳感器 承力片上，以獲得直接的測(cè)力結(jié)果。
(3) 為使傳感器陣列模擬不同表面的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置(圖2說明3種表面及轉(zhuǎn)動(dòng) 裝置的設(shè)計(jì)。圖2A傳感器陣列出于水平位置，做動(dòng)物在地面上運(yùn)動(dòng)的反力實(shí)驗(yàn)； 圖2B傳感器陣列出于垂直位置，做動(dòng)物在墻面上運(yùn)動(dòng)的反力實(shí)驗(yàn)；圖2C傳感器 陣列出于向下位置，做動(dòng)物在天花板上運(yùn)動(dòng)的反力實(shí)驗(yàn)；傳感器陣列的法向方向 和地球外法線方向間的夾角0—180度均能實(shí)現(xiàn))?？紤]測(cè)力陣列能夠模擬不同位 置的表面，為此設(shè)計(jì)了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，模擬從地面和天花板間的任何表面位置。 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到所需的位置時(shí)，測(cè)力陣列能夠用螺紋鎖緊，保證位置的穩(wěn)定。
(4) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計(jì)和確定傳感器的布置形式和傳感器的數(shù)量(圖3， 說明幾種傳感器的布置形式。圖3A動(dòng)物延直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的陣列布置；動(dòng)物的運(yùn)動(dòng) 反力測(cè)定，傳統(tǒng)上僅限于平面上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的測(cè)定，這里我們保留這樣一個(gè)基本的 功能，這里傳感器陣列的長度尺寸(L)應(yīng)大于壁虎一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的長度，傳感 器陣列的寬度應(yīng)大于壁虎左右腳掌間的距離，以便保證有4個(gè)腳掌能夠作用踩在 傳感器上，即有不少于一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)被采集到。圖3B動(dòng)物轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)時(shí)的陣列 布置；平面內(nèi)測(cè)定動(dòng)物轉(zhuǎn)向時(shí)運(yùn)動(dòng)反力的傳感器陣列布置形式。這里傳感器的轉(zhuǎn) 向區(qū)域的布置使之所構(gòu)成的轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)該大于動(dòng)物實(shí)際運(yùn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)彎半徑。圖3 C動(dòng)物墻面間過渡運(yùn)動(dòng)時(shí)的陣列布置)。用于測(cè)試動(dòng)物平面間過渡運(yùn)動(dòng)的傳感器
陣列的布置形式。這里平面1和平面2內(nèi)的傳感器的數(shù)量取決于動(dòng)物的過渡運(yùn) 動(dòng)的方式。直接過渡時(shí)，寬度(W)和圖3A中的寬度一致即可，若是側(cè)面單腳逐 步過渡，則寬度(W)要達(dá)到能夠支撐完成全部過渡行為。在墻面間過渡時(shí)運(yùn)動(dòng) 反力測(cè)定用傳感器陣列的布置
(5) 根據(jù)受力的大小、傳感器的剛度和傳感器的量程確定傳感器之間以及 傳感器和運(yùn)動(dòng)平面間的距離(圖3 A，B，C中的dl和d2)。 (5)避免傳感器間的 干涉。傳感器間的距離(圖3A， B， C中的dl)以及傳感器和運(yùn)動(dòng)平面間的距離
(圖3A， B， C中的d2)根據(jù)動(dòng)物最大作用力下傳感器的變形量確定，并預(yù)留一 定間隙。此設(shè)計(jì)有保護(hù)傳感器避免受力太大導(dǎo)致傳感器的損壞的功能。
(6) 傳感器在機(jī)架上的固定。本發(fā)明中傳感器的固定由其兩端的固定平臺(tái) (參考圖1標(biāo)號(hào)6)實(shí)現(xiàn)，用螺釘固定在機(jī)架上(參考圖1標(biāo)號(hào)4)。因此在設(shè)
計(jì)傳感器陣列時(shí)需要考慮固定部分有足夠的空間避免傳感器及其固定部分發(fā)生 干涉。
測(cè)力陣列的系統(tǒng)組成、相關(guān)部件及其連接關(guān)系
圖4表示測(cè)力陣列的系統(tǒng)組成及其連接關(guān)系。組成測(cè)力陣列的零部件有
3維力傳感器(1一7)，陣列的支架8，傳感器組9，鏡子IO，信號(hào)調(diào)理和放大器 11，經(jīng)信號(hào)線連接到計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集，力信號(hào)和圖像采集通過信號(hào)線實(shí)現(xiàn) 同步，動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程的步態(tài)用高速攝像機(jī)13采集，經(jīng)信號(hào)線連接并存儲(chǔ)到計(jì)算 機(jī)。
大壁虎具有超級(jí)的運(yùn)動(dòng)能力，能夠在各種表面上運(yùn)動(dòng)，為了說明問題，我們 選擇地面、墻面和天花板的情況開展測(cè)試。這些表面可分別定義為正、零和負(fù)表 面(指表面的外法線分析和地球外法線方向一致、垂直和相反)。任何表面均介 于正表面和負(fù)表面之間。因此本實(shí)施例所展示的技術(shù)方案可以用于任何表面的運(yùn) 動(dòng)反力測(cè)定。
該系統(tǒng)(圖l)由三維力傳感器(CN1912559)、根據(jù)大壁虎的腳掌面積的 大小確定組成三維力傳感器承力片尺寸為30腿X30mm(圖1中aXb)。通過對(duì)壁 虎身體參數(shù)的測(cè)量，考慮到成本等因素，組成2列每列8個(gè)傳感器組成的測(cè)力陣 列。成年大壁虎在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下前后足的最大跨距約為65皿左右，左右足張開的 距離略小于前后足的最大跨距。陣列平面由16個(gè)3維力傳感器的30mmX30腿
的有機(jī)玻璃承力片組成。根據(jù)3維力傳感器彈性體結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果，X和Y 方向分別在滿量程(1.5N)的力作用下，承力片沿X方向位移為0.86mm，沿Y 方向位移為0.28mm。組成陣列的相鄰傳感器的承力片之間的間距為lmm，能保證 在滿量程力作用下相鄰承力片不會(huì)碰撞。動(dòng)物運(yùn)動(dòng)的通道、能夠調(diào)整測(cè)力陣列位 置使之模擬地面、墻面和天花板的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器信號(hào)的引出和調(diào)理，多通道 信號(hào)采集，處理和顯示所需要的軟件和硬件、與力信號(hào)同步采集的高速圖像采集 和匹配的光源系統(tǒng)等部分組成。
用于組成傳感器陣列的單個(gè)三維小量程力傳感器(圖1， CN1912559)整體 成為倒"T"型結(jié)構(gòu)，包括垂直梁和水平梁，垂直梁上部有一個(gè)腰形孔(用于減 輕彈性體的重量，減小傳感器重力對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響)，下部有兩個(gè)在空間上相 互垂直的"H"型通孔；水平梁上有兩個(gè)"H"型通孔，兩孔相對(duì)于垂直梁的中心 線對(duì)稱，彈性體上設(shè)計(jì)三處貼片位置各貼有一組金屬應(yīng)變片，分別用于測(cè)量被測(cè) 力的三個(gè)分量(Fx、 FY、 Fz)。
考慮三維力傳感器在加工、貼片、運(yùn)輸、安裝過程中同樣會(huì)出現(xiàn)微小的誤差 或變形，影響原先設(shè)計(jì)的承力片的安裝位置，設(shè)計(jì)了安裝位置調(diào)整裝置，可調(diào)節(jié) 傳感器承力片之間的相互距離，以及承力片與有機(jī)玻璃板間的平整性和間距等參 數(shù)。裝配時(shí)將每個(gè)傳感器都裝夾在單獨(dú)的夾具上，傳感器水平梁的兩端作為裝夾 部位，傳感器可以在夾具的滑槽內(nèi)移動(dòng)來調(diào)節(jié)相鄰傳感器Y方向的間距，滑槽的 寬度略大于傳感器水平梁寬度，通過螺栓可微調(diào)X方向的間距。該夾具安裝在傳 感器陣列的安裝底板上，由于大壁虎大小個(gè)體差異，根據(jù)大壁虎體寬，通過使夾 具在安裝底板的滑槽內(nèi)移動(dòng)來調(diào)節(jié)兩列傳感器的間距，從而使大壁虎腳掌正好踩 在承力片上。
3維力傳感器電壓信號(hào)采集調(diào)理硬件采用National Instruments公司的 SCXI-1001機(jī)箱，該硬件安裝了 6塊SCXI-1520通用應(yīng)變測(cè)量模塊，SCXI-1314 是與SCXI-1520配套的外部接線模塊，每塊SCXI-1520可以實(shí)現(xiàn)8組獨(dú)立橋路的 信號(hào)調(diào)理。通過使用截止頻率為100Hz (可調(diào))的低通濾波以及穩(wěn)定的激勵(lì)電源， 可以有效提高信號(hào)的信噪比，配合PCI-6052E數(shù)據(jù)采集卡，在多路復(fù)用模式下， 可以實(shí)現(xiàn)多通道的同步采樣。
在大壁虎接觸反力同步測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下編寫的專用測(cè)試
程序，實(shí)驗(yàn)測(cè)試程序整體上可以分成3個(gè)模塊即開始采集模塊、初始化模塊、實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與保存模塊。設(shè)定采樣率為1000scans/s，建立48個(gè)虛擬通道，采 用帶緩沖區(qū)的連續(xù)循環(huán)采集。雖然三維力傳感器X、 Y、 Z間耦合很小，但由于對(duì) 精度要求較高，在標(biāo)定過程中對(duì)每個(gè)傳感器進(jìn)行解耦，并將解耦矩陣寫入到測(cè)試 程序中，最終輸出的是每個(gè)傳感器上作用的三個(gè)方向力的大小，并在程序中實(shí)現(xiàn) 傳感器自動(dòng)初始化零點(diǎn)平衡。使用移位寄存器，設(shè)置內(nèi)存中的數(shù)據(jù)隊(duì)列，保存的 數(shù)據(jù)是觸發(fā)時(shí)前幾秒(可調(diào))內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)，判斷數(shù)據(jù)的有效性后，才決定是 否觸發(fā)數(shù)據(jù)采集與保存，提高了實(shí)驗(yàn)效率。
大壁虎腳掌的接觸力與爬行的速度和步態(tài)有很大關(guān)系，因此在測(cè)力的同時(shí)有 必要對(duì)大壁虎的運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行觀察和攝像。為不影響攝像，大壁虎爬行的通道四 周都使用透明材料制作而成。輔助攝像組件中的光線調(diào)節(jié)是通過兩個(gè)強(qiáng)光源分別 從一定角度直射到3維傳感器陣列上，通過PC機(jī)上的圖形顯示分別調(diào)整好傳感 器陣列在模擬正、零、負(fù)表面時(shí)，每個(gè)強(qiáng)光源的位置和照射角度。在3維傳感器 陣列的兩側(cè)分別有兩面鏡子，鏡面和大壁虎運(yùn)動(dòng)通道平面之間的角度是可調(diào)的， 通過鏡面角度的調(diào)節(jié)可由高速攝像拍攝到在鏡面中的大壁虎運(yùn)動(dòng)影像，這是大壁 虎運(yùn)動(dòng)時(shí)的側(cè)面影像，一個(gè)側(cè)面可清晰的看到大壁虎身體一側(cè)的兩只腳掌的運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)，兩面鏡子就可以觀測(cè)大壁虎的四只腳掌的狀態(tài)。與高速攝像機(jī)直接從正面 拍攝到的大壁虎運(yùn)動(dòng)的背部影像結(jié)合起來，就可以完整的觀測(cè)到大壁虎運(yùn)動(dòng)的圖 形影像。
考慮大壁虎爬行速度和分析的需要，設(shè)定高速攝像機(jī)采集速度為250幀/秒， 圖像先保存在4G的內(nèi)存空間內(nèi)，判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效時(shí)才轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)的硬盤中， 提高實(shí)驗(yàn)效率。通過圖像分析軟件,可以在獲得大壁虎在測(cè)力平面上的附著力的 同時(shí)，獲得關(guān)于大壁虎運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下附著在各種表面上所具有的運(yùn)動(dòng)步態(tài)，運(yùn)動(dòng)速 度以及大壁虎腳掌與附著表面接觸力等數(shù)據(jù)。
用16只三維倒"T"型力傳感器組成測(cè)力陣列，并配合動(dòng)態(tài)圖像的實(shí)時(shí)記錄 與處理的方法非常適用于大壁虎的運(yùn)動(dòng)步態(tài)及其接觸力學(xué)規(guī)律的研究。從微力傳 感器各項(xiàng)靜態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)定數(shù)據(jù)來看,傳感器的線性測(cè)量范圍為0 1. 5N,分 辨力為lmN,維間耦合小于O. 15%，并且具有良好的線性度、重復(fù)性。通過專門開 發(fā)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和維間解耦處理,獲得各
點(diǎn)接觸力的大小和方向。透明的測(cè)力平面配合兩側(cè)可調(diào)鏡面，利用高速攝像和圖 像采集程序,獲得大壁虎運(yùn)動(dòng)步態(tài)的圖像數(shù)據(jù)，及時(shí)分析力學(xué)數(shù)據(jù)變化和波動(dòng)的 原因。基于三維傳感器陣列的大壁虎運(yùn)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，將為隨后進(jìn)行的大壁虎接觸 力學(xué)規(guī)律的研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
由于大壁虎體重比較大，在正、零和負(fù)表面運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)x、 Fy、 Fz、三個(gè)方向的 均有可能超過自身體重，因此要求測(cè)力傳感器每個(gè)方向的量程均必須在1.5N以 上。在某些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，大壁虎腳掌在和附著表面接觸時(shí)力值很小，且迅速的改 變力的大小與方向，這就要求傳感器不僅要有較高的力分辨率，而且對(duì)傳感器的 動(dòng)態(tài)性能有一定的要求。
在分析協(xié)調(diào)機(jī)制時(shí)，大壁虎腳掌的接觸力與其運(yùn)動(dòng)的步態(tài)特征有直接的關(guān) 系，單獨(dú)的分析受力特征或步態(tài)特征都不能很好的揭示內(nèi)在的協(xié)調(diào)原理，有必要 將攝像和測(cè)力同步進(jìn)行。大壁虎腳掌與附著表面的接觸過程通常在很短的時(shí)間就 完成了， 一般的攝像CCD的采樣速度不能滿足實(shí)驗(yàn)要求。
權(quán)利要求
1、一種動(dòng)物足—面接觸反力的測(cè)試方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種表面上自由運(yùn)動(dòng)動(dòng)物足—面接觸反力的測(cè)試，其特征在于包括以下步驟步驟1選擇量程較大的3維傳感器，測(cè)定動(dòng)物在各種表面自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)反力，經(jīng)多次測(cè)量選取所測(cè)最大載荷，用于確定擬用于該動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力實(shí)驗(yàn)的傳感器的量程范圍；步驟2選取滿足上述量程范圍的3維傳感器，測(cè)定該動(dòng)物在各種表面自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)反力，經(jīng)多次測(cè)量檢查有無特征載荷，用于確定擬用于該動(dòng)物運(yùn)動(dòng)反力實(shí)驗(yàn)的傳感器的分辨率；步驟3根據(jù)步驟1、步驟2設(shè)計(jì)研制傳感器，并進(jìn)行在線標(biāo)定；步驟4觀測(cè)該動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)行為，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的測(cè)力陣列的布置形式，以便模擬該動(dòng)物在不同空間位置以及不同行進(jìn)方式的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；其中測(cè)力陣列由多個(gè)獨(dú)立的測(cè)力傳感器及獨(dú)立的承力片組成；步驟5設(shè)計(jì)引導(dǎo)動(dòng)物通過測(cè)力傳感器的通道，并訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)動(dòng)物；步驟6引導(dǎo)動(dòng)物通過測(cè)力傳感器陣列通道，并利用傳感器系統(tǒng)采集反力數(shù)據(jù)，利用錄像系統(tǒng)采集動(dòng)物通過測(cè)力傳感器陣列通道的畫面；步驟7利用錄像畫面在所采集的反力數(shù)據(jù)中篩選出動(dòng)物全部腳掌作用在傳感器上的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)。
2、 一種動(dòng)物足一面接觸反力的測(cè)試系統(tǒng)，用于對(duì)各種表面上自由運(yùn)動(dòng)動(dòng)物 足一面接觸反力的測(cè)試，其特征在于包括-傳感器陣列支架、安裝于傳感器陣列支架上的測(cè)力傳感器陣列、傳感器陣列 經(jīng)信號(hào)調(diào)理放大器連于計(jì)算機(jī)，還包括與測(cè)力數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步釆集的高速攝像機(jī)；并且在測(cè)力傳感器陣列兩側(cè)安裝有兩面角度可調(diào)的鏡子，以配合高速攝像實(shí) 現(xiàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)時(shí)正面與側(cè)面的圖像采集；其中測(cè)力陣列由多個(gè)獨(dú)立的測(cè)力傳感器及獨(dú)立的承力片組成，且每個(gè)獨(dú)立的 測(cè)力傳感器整體成為倒"T"型結(jié)構(gòu)，包括垂直梁和水平梁，垂直梁上部有一個(gè) 腰形孔，下部有兩個(gè)在空間上相互垂直的"H"型通孔；水平梁上有兩個(gè)"H"型 通孔，兩孔相對(duì)于垂直梁的中心線對(duì)稱，彈性體上設(shè)計(jì)三處貼片位置各貼有一組 金屬應(yīng)變片，分別用于測(cè)量被測(cè)力的三個(gè)分量(Fx、 F" Fz)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動(dòng)物足—面接觸反力的測(cè)試方法及系統(tǒng)，屬測(cè)力技術(shù)。該方法包括以下步驟確定量程范圍及分辨率滿足要求的傳感器；傳感器標(biāo)定；設(shè)計(jì)測(cè)力陣列的布置形式；設(shè)計(jì)由傳感器的組成的動(dòng)物運(yùn)動(dòng)通道；引導(dǎo)動(dòng)物通過測(cè)力傳感器通道，利用錄像畫面和在傳感器系統(tǒng)所采集的反力數(shù)據(jù)，篩選出動(dòng)物全部腳掌作用在傳感器上的數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)包括傳感器陣列支架、安裝于傳感器陣列支架上的測(cè)力傳感器陣列、陣列上傳感器的應(yīng)變信號(hào)經(jīng)調(diào)理放大器連于計(jì)算機(jī)，還包括與測(cè)力數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同步采集的高速攝像機(jī)。本系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)量大壁虎、蜘蛛(但不局限于)在水平面、垂直面和天花板運(yùn)動(dòng)時(shí)每只腳掌與附著表面間的接觸反力、接觸時(shí)間和運(yùn)動(dòng)行為等信息。
文檔編號(hào)A61B5/22GK101380235SQ200810156169
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月24日
發(fā)明者吉愛紅, 戴振東, 文智平, 王周義, 王金童 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)