[發明專利]實現多自由度假肢對隨機目標進行空間定位的方法

無效

• 申請號: 201010280508.3
• 申請日: 2010-09-11
• 公開（公告）號: CN101947150A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 樊炳輝;王傳江;孫愛芹;江浩;張志獻;樊東哲
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: A61F2/68
• 分類號: A61F2/68
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及肩離斷型殘疾人假肢，尤其涉及上假肢(指上肢假肢)對其隨機目標進行操作空間定位的方法。該方法也可以用在其它具有類似工作情形的機器人對隨機目標的操作空間定位上。

背景技術

對用在非結構化環境中的“肩離斷”型殘疾人上假肢，尤其是可實現代償功能的多自由度上假肢來說，如何實現其對隨機目標的操作空間位置實時定位，以能按照要求完成操作任務，在以往的多自由度上假肢研究中，尚無對該技術方法的研究。通過本發明以獲得求解假肢各關節運動量的必要條件，實現多自由度上假肢按任務要求完成操作任務，是本領域研究人員亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的，是為多自由度上假肢對隨機目標能夠實時操作空間定位，提出一種實現方法。

為達上述目的，本發明總的解決方案是，通過采用分別安裝在佩戴者頭部和假肢上的兩個三維姿態傳感器，對佩戴者頭部的空間姿態相對于上假肢基礎姿態的變化情況進行檢測，并采用激光測距傳感器對隨機目標進行距離檢測，再通過在不同坐標系中連續的坐標變換推演，計算出隨機目標相對于多自由度上假肢的操作空間定位值。

具體方案如下：

1、在多自由度上假肢上安裝一個三維姿態傳感器，該傳感器用作假肢基礎的標準姿態校準；

2、在佩戴者的頭部或帽子上安裝另外一個三維姿態傳感器，該三維姿態傳感器用來檢測佩戴者頭部左右轉動或上下俯仰時，其頭部的空間姿態相對假肢基礎標準姿態所產生的變化情況。

3、調整上述兩個三維姿態傳感器的初始狀態，初始狀態定為：當佩戴者頭部端正平視正前方時，兩個三維姿態傳感器的三維姿態角相同。

4、在佩戴者的頭部或帽子上再安裝一個激光測距傳感器，激光測距傳感器以某種位姿固定在佩帶者頭部，通過調整佩戴者頭部左右轉動和上下俯仰，使該激光測距傳感器發出的可見激光束指向需要操作的隨機目標。

5、為佩戴者配備一個假肢控制器，假肢控制器存儲有計算隨機目標操作空間坐標值P的計算程序，P的計算式為：

P=KNS·KHN·KEH·M---(1)]]>

其中，S代表肩部坐標系(即假肢的基礎坐標系)，N代表頸根部正中坐標系，H代表頭部正中坐標系，E代表激光測距傳感器的坐標系，M代表激光傳感器測得的操作目標坐標值，可由激光傳感器實時測得，K代表坐標變換矩陣。

它們的關系是：

在坐標系E中描述操作目標的坐標值M，M值由激光測距傳感器獲得；

在坐標系H中描述坐標系E的位姿，E相對H的位姿變換取決于激光測距傳感器在頭部的安裝方位，可標定，屬于定值，即：公式中的標定后屬于定值。

在坐標系N中描述坐標系H的位姿，當佩戴者頭部端正平視正前方時的坐標系H相對坐標系N的初始方位可標定，屬于定值。它主要取決于佩戴者頸部與頭的長度因素，當佩戴者頭部左右轉動時，相當于坐標系H繞坐標系N的z_n軸轉動，坐標系H相對坐標系N的姿態就發生變化，通過比較兩個三維姿態傳感器該方向之間的姿態角偏差值，可以推導求得坐標系H相對坐標系N的姿態變化幅度，即：公式中的通過比較兩個三維姿態傳感器之間的相關姿態角偏差值，經實時換算、推導求出。