[發明專利]一種用于五指靈巧手自適應預抓取的接近覺傳感網

在審

• 申請號: 201710454966.6
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107186756A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 羅慶生;盧奕昂;韓連強;孫堯;張道統;王鑫;劉思燦;王宇飛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J19/02
• 分類號: B25J19/02;B25J9/16;B25J15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，提出了一種新型的接近覺傳感網，具體涉及接近覺傳感網在仿人五指靈巧手預抓取階段的應用，優化了靈巧手的預抓取作業。

背景技術

目前，仿人靈巧手的研究開發已經成為機器人尖端領域的重要課題。自20世紀80年代起，各國學者研制了各種類型的仿人靈巧手，希望在結構和功能上模仿人手，擴展工業機械手的功能。仿人靈巧手和傳統機械手相比確實具有更多的優勢，可以解決一些復雜的問題。但同時，仿人手的抓取規劃和控制相當復雜，大多數仿人手的抓取規劃都停留在抓取單一的物體上面，如何更好的適應抓取不同的物體成為研究仿人手的熱點問題。目前，大多數抓取規劃都使用攝像頭在預抓取階段識別待抓取物體的形狀。通過安裝在手指或手掌處的攝像頭，對待抓取物體進行三維重建或者構成點云圖等方法，確定抓取點。不過由于目前計算機視覺在計算量方面過于繁重，不能很好的實現實時規劃，并且攝像頭成本較高。因此，如何在預抓取階段更好的實時識別物體，降低預抓取階段的運算量，成為一大亟待解決的問題。

發明內容

本發明內容設計了一種用于五指靈巧手自適應預抓取的接近覺傳感網，充分利用了仿人靈巧手結構上的包絡特點，通過在靈巧手各關節安置角度傳感器以及各指節內側表面嵌入距離傳感器組成了傳感網絡。該傳感網主要為靈巧手的預抓取任務提供了兩個新型功能，一方面能夠用于建立手掌內物體的三維模型，通過旋轉腕部關節、基于連桿機構學對指節距離傳感器和關節角度傳感器的數據進行實時處理，從而得到手掌內物體的點云數據，為識別抓取目標提供了一種新的方法。另一方面，通過接近覺傳感網對各手指的側擺運動進行控制，解決了只通過力規劃算法計算指尖期望位姿的計算量大、實時性差等問題，接近覺傳感網將力規劃運算時所需要的指尖可達域從三維空間降為二維平面，從而降低了預抓取階段的運算量、提高了該階段的實時規劃速度，同時能夠讓盡可能多的指節與抓取目標接觸，為實現穩定抓握奠定更好的基礎。

技術實現

為了實現上述發明目的，我們基于仿人五指靈巧手的結構特點與運動特性，設計了用于五指靈巧手預抓取的接近覺傳感網，為靈巧手的預抓取階段提供了兩種新型功能和方法。

接近覺傳感網主要由靈巧手各關節處的角度傳感器和各指節內側表面上的距離傳感器組成，角度傳感器用于測量關節當前相對于初始狀態的角度，距離傳感器用于測量指節與手掌中物體的距離。

在識別抓取目標的新型功能中，在腕部正交關節處設置原點并建立空間坐標系，基于連桿機構學、根據各關節之間的長度及各關節的角度確定各指節在空間坐標系中的位姿，在腕部旋轉的過程中，通過各指節與其前方物體的距離得到空間坐標系中的物體的點云數據即其形狀輪廓，為識別手掌中物體提供了一種新的方法。

在五指靈巧手預抓取階段，通過接近覺傳感網檢測各指節前方是否存在抓取目標，進而控制各手指的側擺運動，該方法一方面可以實現盡可能多的指節與目標物體接觸，另一方面，傳統力規劃算法需要計算各指尖可達域與抓取目標的三維空間的交集，該方法可以使力規劃算法所需的指尖可達域從三維空間降為二維平面，從而極大降低了力規劃階段的運算量、提高了整個預抓取過程的速度，以實現對目標物體更快、更穩的抓取。

本發明優點在于：

(1)充分利用了靈巧手結構上的包絡特點設計了接近覺傳感網；

(2)能夠實現一種新型識別抓取目標的功能和方法；

(3)降低了靈巧手預抓取階段的運算量、提高了該階段的實施速度。

附圖說明

附圖1為單手指的接近覺傳感網局部示意圖；

附圖2為大拇指的接近覺傳感網局部示意圖；

附圖3為接近覺傳感網整體布局示意圖；

附圖4為傳感網整體布局簡化示意圖及識別物體的過程示意圖；

附圖5為力規劃算法中指尖可達域的三維空間示意圖；

附圖6為力規劃算法中指尖可達域的二維平面示意圖；

附圖7為接近覺傳感網控制手指側擺運動的示意圖。

具體實施方式

附圖1為單手指的接近覺傳感網局部示意圖。接近覺傳感網的距離傳感器(1)分別位于靈巧手分手指指尖(2)、指節(3)、指基(4)的內側表面上。

附圖2為大拇指的接近覺傳感網局部示意圖。接近覺傳感網的距離傳感器(1)分別位于靈巧手大拇指指尖(5)、指節(6)的內側表面上，(7)、(8)分別為大拇指指基和手掌。

附圖3為接近覺傳感網整體布局示意圖。靈巧手各指節內側表面嵌入距離傳感器(1)組成了接近覺傳感網。