随着电子商务和网络购物的迅速发展,纺织品触觉反馈的研究已经成为人们关注和研究的热点,市场迫切需要一种能够通过数字技术产生刺激信号作用于人体皮肽并形成触觉质感的纺织品虚拟触觉技术,让消费者更真实地体验位于异地的纺织品的触觉信息。现有的虚拟触觉系统借助触觉反馈装置来形成虚拟触觉,该装置通过反馈能够表征物体表面特性的振动信号和力学信号,使操作者通过反馈刺激来感受虚拟物体的特性,一个有效的反馈刺激至少应该能够表征物体表面属性且模拟皮肤/物体间的接触摩擦作用。因此,纺织品虚拟触觉再现首先要从接触摩擦信号中提取能够表征织物属性的物理量,该物理量要求满足人体触觉系统的生理响应属性和适合触觉反馈交互设备。已有研究表明,人体在形成触觉质感的过程中,存在两种编码机制即时间编码机制和空间编码机制,分别编码不同频率的振动刺激信号。关于物体/皮肤间接触振动的研究主要关注硬质物体(相对于皮肤而言),分析摩擦振动信号与表面粗糙感之间的关系。就纺织品而言,已有的工作主要探究织物结构参数对织物/皮肤间摩擦系数的影响,较少系统分析织物/皮肤接触摩擦产生的振动信号与织物材质特征之间的关系。织物是一种柔性集合体,在与皮肽相互接触滑动过程中,由毛羽、纱线、织物组织等组成的表面纹理发生复杂变形,单纯的常摩擦系数无法反映织物表面的材质特征及二者间的接触摩擦作用。在织物/皮肤相互接触滑动过程中,具有不同属性的织物与皮肽相互作用产生不同的振动信号。考虑到触觉反馈的虚拟刺激必须包含织物的特有材质特征,而其取决于织物的结构参数及材料属性,则找到与结构及材料属性相关的虚拟刺激才能再现织物的基本触觉特征。一旦确定了代表织物属性的振动信号,就可以借助触觉反馈装置将该振动信号反馈给人体,使人体感受到织物特有的触觉质感。因此,为了获取能够准确表征织物材质特征的振动指标,课题研究了以下内容：(1)利用织物/皮肤接触摩擦产生的振动信号,计算振动频率、振动幅度等特征指标,探究再现织物结构参数的振动特征。研究表明,织物结构参数能够通过不同的振动特征信号表征。设计一系列结构参数按一定规律变化的织物,借助三向振动加速度传感器对织物/皮肤接触滑动过程中所产生的振动加速度信号进行测量,并对振动加速度信号进行二次积分得到三个方向振动位移信号,借助MATLAB软件进行快速傅里叶变换,从而实现从时域到频域的转换并绘制频谱图。然后从频谱图中提取基峰和第一谐波对应的频率以及振动幅度作为织物/皮肤接触过程中所产生的振动信号特征指标。将这些特征指标与织物结构参数进行分析,从而得到能够反映织物不同结构参数的振动特征指标。结果表明,以基本振动谱合成的振动信息可作为再现织物虚拟纹理触觉质感的刺激量。(2)为了了解振动信号特征能否反映织物材质的变化,从织物/皮肤接触摩擦产生的振动信号谱中计算谐波分量的振动能量。结果表明,在一定尺度下的振动能部分反映织物中纤维材料类别的不同。选取棉、莫代尔、T/R(涤/棉,70/30)、绢丝、涤纶这五种具有广泛代表性的纤维材料纺成的纱线,纱线的细度等因素相同,并将五种纱线作为经纱分别织造五块平纹织物,五块织物的纱线排列密度相同。以振动加速度传感器记录织物/皮肤接触摩擦产生的振动信号,采用傅里叶频谱分析等信号分析方法得到振动位移频谱图。从振动能量的角度探索多谐波分量能否反映织物材料种类的变化,为此提取频谱图中第一、第二、第三谐波所包覆的面积之和作为振动特征指标。研究表明,频谱图中前三个谐波所包覆的面积之和能够有效的区分纤维素纤维织成的织物和其他纤维织成的织物。但是,该振动特征指标不能区分由摩擦黏滑性能相近的纤维织造成的织物。综上所述,指尖/织物接触摩擦产生的振动位移频谱图特征值能反应织物基本属性的差异,但在所采用的测试条件下,提取的频谱特征指标不能区别织物的所有材料属性。