[發明專利]基于人手運動功能分析的手指模塊劃分方法

有效

• 申請號: 201610339812.8
• 申請日: 2016-05-20
• 公開（公告）號: CN105945945B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 姜力;劉源;何其佳;楊大鵬;樊紹巍;程明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

基于人手運動功能分析的手指模塊劃分方法，它涉及一種手指模塊劃分方法，具體涉及一種基于人手運動功能分析的手指模塊劃分方法。本發明為了解決人手自由度繁雜，模擬困難的問題。本發明的具體步驟為：步驟一、建立人手抓取姿勢庫；步驟二、分析關節本身運動特性；步驟三、分析關節間運動特性；步驟四、分析相關性比例系數；步驟五、分析人手解剖學及不同抓取中各個手指的使用頻率。本發明屬于機器人領域。

技術領域

本發明涉及一種手指模塊劃分方法，具體涉及一種基于人手運動功能分析的手指模塊劃分方法，屬于機器人領域。

背景技術

人手作為人體結構最為復雜的一個部分，在日常生活中表現出了高度的靈巧性。這主要體現在，在日常生活中，人手能夠變換不同的姿勢完成各種類型物體的抓取。為了能夠模擬人手的抓取能力，在機器人領域涌現出了各種各樣的仿人靈巧手。由于人手是仿人手設計的范本，為了能夠模擬人手靈巧的抓取和操作能力，靈巧手設計的研究重點一直是最大程度模擬人手自由度基礎上的高度集成化的機電一體化系統研發，典型的如HIT-DLRII等，但就當前的科技水平而言，在人手苛刻的尺寸、重量限制下，完全的模擬人手的自由度是不可能的。從控制的角度來看，人手由五個手指組成，如果按照人手的自由度分布方式，四個手指均至少包含四個自由度，拇指則至少包含五個自由度，但就指尖位置控制而言，每個手指都是一個冗余的串聯機器人，更何況整個手是由拇指和四個手指組成，因此，如此冗余復雜的控制系統將會給控制帶來困難。因此，無論從仿人手的結構設計，還是控制而言，自由度的簡化都顯得尤為重要。

近期在神經科學方面的研究表明，盡管人手擁有如此多的自由度能夠完成日常生活中紛繁復雜的抓取任務，但如此多的抓取任務中對應的抓取姿勢可以通過少數的特征姿勢線性組合成，且復現誤差能保持在可接受范圍內。因此，人手在完成抓取任務的實際自由度可降低為少數幾個。

從解剖學角度，由于人手關節的驅動肌腱紛繁交錯和互相影響，完全獨立的驅動某一個關節是十分困難，甚至是不可能做到的。因此，人手各個關節間的運動由于其特殊的解剖學關系，導致關節間運動存在一定相關性。綜合神經科學和解剖學方面的研究，為自由度的簡化提供了理論依據。

發明內容

本發明為解決人手自由度繁雜，模擬困難的問題，進而提出基于人手運動功能分析的手指模塊劃分方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：本發明所述方法的具體步驟如下：

步驟一、建立人手抓取姿勢庫；

步驟二、分析關節本身運動特性；

步驟三、分析關節間運動特性；

步驟四、分析相關性比例系數；

步驟五、分析人手解剖學及不同抓取中各個手指的使用頻率。

本發明的有益效果是：本發明在盡可能復現人手運動功能基礎上實現了人手自由度的簡化，還可用于各類仿人手的抓取控制簡化。同時，該自由度簡化方法還可用于姿勢協同理論的仿人手結構設計，可降低特征姿勢中掌指關節和指間關節的系數比，還在姿勢協同的特征姿勢中同時包括掌指關節和指間關節，從而更為全面的復現人手的抓取功能，以實現掌指關節和指間關節的獨立驅動，復現人手抓取的靈巧性。

附圖說明

圖1是本發明的原理圖，圖2是本發明具體實施過程示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述基于人手運動功能分析的手指模塊劃分方法的具體步驟如下：

步驟一、建立人手抓取姿勢庫；

步驟二、分析關節本身運動特性；

步驟三、分析關節間運動特性；

步驟四、分析相關性比例系數；