C10.12.3force-level JND and stability limits设计研究

力度分级的可靠区分数量受限于传感器精度与人手控制力的稳定性

别名: 力 JND · just noticeable force · 可控档数 · force discrimination

概念解释

传感器报得再细,人手停不住;人手停得住,传感器若把相邻档糊在噪声里,仍然分不开。可靠区分数量同时被两件事卡住:力的最小可觉差(just noticeable difference)和执行器自己的抖动,再加上传感器的噪声与量化。上一层已经说「档很少」;这一层给出卡住它的那两条上限怎么测、怎么相与。

机制

韦伯分数让刚能分辨的两个力大约差当前力的 7%–15%(随部位和任务变)。主动停在某档还要加上等长抖动,有效带宽比被动分辨更窄。传感器噪声、非线性、温度漂移把相邻量化阶糊在一起,人以为停在第 3 档,系统在 2、3、4 之间跳。可靠档数取的是两条链的较窄者:把人的稳定带和传感器的可分带画在同一条力轴上,能互不重叠的槽有几条,就是现场档数。只看 ADC 位数会高估;只看实验室里的被动 JND 也会高估,因为现场是主动保持。

怎么研究

分别测被动分辨(两段力哪个更大)、主动再现(回到刚才那档)、以及传感器在目标温度和安装下的噪声带。

自变量:部位(拇指 / 食指 / 掌)、是否视觉辅助、传感器噪声、保持 1 秒还是点一下。 因变量:75% 正确的 ΔF/F、主动再现的标准差、传感器 RMS、三者叠在一起后互不重叠的槽数。

JND 任务要报韦伯分数,不要只报「能分几档」。把主动再现的标准差画成槽宽,比把均值当档中心更诚实。温度箱和不同安装应力下的传感器带必须进同一张图。

边界

有机械第二段行程时,第二档的区分不再走 JND,走的是行程事件,档数可以多一档而不违背力的韦伯分数。笔在纸上的连续匹配(线宽)用的是闭环视觉,不是离散槽,JND 仍在,但不以「命中第 n 档」来计。儿童、手套、湿手会同时加大人的抖动和传感器噪声,槽数一起下降。声称「256 级压感」的硬件,现场可分槽往往仍是两三条。

怎么落地

  • 用主动再现的稳定带和传感器噪声带去切槽,不按宣传的级数切。
  • 槽与槽之间留出抖动宽度,不要让边界落在人最常停的力上。
  • 温度和安装变化若移动传感器带,档边界要能跟着校准,或接受现场少一档。
  • 验证:无数字提示,主动命中每一声称档 20 次,把人的落点云和传感器瞬时值画在一起。云若跨过边界,就合并这两档。报出 ΔF/F 和现场槽数,不要报 ADC 位数。手套、高低温各一张图。

延伸

  • 同组C10.12.1 压力传感器需要区分用户自然按压力度基线与刻意加压的偏移量 · C10.12.2 持续用力保持某一压力级别比保持位置状态更容易导致手部疲劳 · C10.12.4 压力反馈若无同步的视觉或触觉确认,用户难以判断达到了哪一级
  • 相邻C10.04 压力输入 · C5.01 压感
  • 站内检索Weber fraction · force JND · level discriminability

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