一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法与流程

技术特征：
1.一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)构造用于pca建模的实测力矩阵f；(2)建立裸指力触觉信号与人体生物力学差异性因子之间的pca模型；(3)利用rblw估计器获得一致性估计的样本协方差矩阵(4)计算实测力矩阵f一致性估计的主成分p
k
；(5)估计人体生物力学差异性因子；(6)生成带有人体生物力学差异性特征的一致性力触觉信号。2.根据权利要求1所述的一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于：所述步骤(1)中实测力矩阵f构造如下：测量了m个实验者裸指在真实物理表面上滑动时，样本长度为n的力触觉信号，其中，第m个实验者的力触觉信号表示为：f
m
＝[f
m
(1),f
m
(2),
…
,f
m
(n)]
t
,m∈(1,m)将m个实验者的样本长度为n的力触觉信号，按列排列构成如下的实测力矩阵f，矩阵f包括n行m列，共计mn个样本点：3.根据权利要求1所述的一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于：所述步骤(2)中pca模型建立步骤是：基于裸指在真实物理表面滑动时的实测力矩阵f构建pca模型，在pca模型中将实测力矩阵f分为主成分p
k
和人体生物力学差异性因子σ
m
两部分其中主成分p
k
体现与压力、速度和触摸物体表面物理属性相关部分的力触觉特征，人体生物力学差异性因子σ
m
体现了与实验者手指粘弹性和生物力学阻抗相关的人体生物力学差异性特征：p
k
＝(p
k
(1),p
k
(2),
…
,p
k
(n))
t
,k∈(1,k)为了减少基数，总比例大于90％的有限数量的k主成分来表示数据的变化，pca模型进一步表示为：
4.根据权利要求1所述的一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于：所述步骤(3)中一致性估计的样本协方差矩阵获得步骤是：在pca模型中，实测力f的样本协方差矩阵为：其中f
i
是实测力f矩阵的第i行向量，是f
i
的均值；利用rblw估计器修订pca模型中的样本协方差矩阵；在rblw收缩估计方法中，收缩目标矩阵为：其中tr(
·
)表述迹运算，表述样本协方差矩阵的迹，i是单位矩阵；估计的协方差矩阵为：估计的协方差矩阵是样本协方差矩阵和收缩目标矩阵之间的线性组合，线性组合的比例由收缩系数ρ来调节，收缩系数ρ取值在0和1之间以实现估计协方差矩阵在最低偏差和最低方差之间的折衷，rblw收缩估计法的核心是求得收缩系数ρ如下的闭式解：为了进一步提升性能，收缩系数的修订形式如下：因此，rblw收缩估计的样本协方差矩阵表示如下，其可以确保实测力矩阵f估计的主成分在一般渐进理论框架下是一致性估计；5.根据权利要求1所述的一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于：所述步骤(4)中主成分p
k
计算方法如下：对rblw估计器得到的样本协方差矩阵进行特征值分解，得到实测力矩阵一致性估计的主成分，首先通过对rblw收缩估计的样本协方差矩阵进行特征值分解得到m个降序排列的特征值(γ1,γ2,
…
,γ
m
)及其对应的特征向量(v1,v2,
…
,v
m
)，为了减少基底，通常用有限的k个主成分去代表信号的变化，k的取值通过主特征值的累积贡献率β计算，通常要求累积贡献率β∈(0.9,1]；
对应于k个特征向量的实测力矩阵f一致性估计的主成分表示为：(p1,p2,
…
,p
k
)＝f(v1,v2,
…
,v
k
)。6.根据权利要求1所述的一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于：所述步骤(5)中人体生物力学差异性因子估计方法如下：基于上述过程建立的pca模型和计算出的一致性估计的主成分特征向量(p1,p2,
…
,p
k
)，对于任何一个新加入的实验者，通过测量其在k个测量点的实测力信号(f
new
(1),f
new
(2)
…
f
new
(k))，其人体生物力学差异性因子可以由如下线性方程组被估计：7.根据权利要求1所述的一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，其特征在于：所述步骤(6)中带有人体生物力学差异性特征的一致性力触觉信号的生成方法是：对于一个新加入的没有测量过所有样本点实测力数据的实验者，仅需要测量其在k个测量点的实测力信号，其一致性估计的力触觉信号可以通过一致性估计的主成分(p1,p2,
…
,p
k
)和人体生物力学差异性因子间的线性关系生成：

技术总结
本发明涉及一种具有人体生物力学差异性特征的裸指力触觉信号生成方法，属于人机交互领域。该建立裸指力触觉信号和人体生物力学差异因子之间的主成分分析模型，然后通过RBLW估计器得到力触觉信号的一致性估计。优点在于：生成了具有人体生物力学差异性特征的力触觉信号；生成的力触觉信号在一般渐进框架下是实测力的一致估计；对于一个新加入的实验者，仅仅测量其一个样本点的侧向力信号即可生成其在所有样本点的实测力信号。在所有样本点的实测力信号。在所有样本点的实测力信号。


技术研发人员：孙晓颖 宋瑞 刘国红
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.08.15
技术公布日：2021/10/23