[發(fā)明專利]一種基于多指機(jī)構(gòu)的三維空間翻滾目標(biāo)包絡(luò)抓捕方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010157734.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-09
• 公開（公告）號(hào): CN111360828B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫沖;萬(wàn)文婭;袁源;宋金豐;宋碩;張震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B64G4/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

1.一種基于多指機(jī)構(gòu)的三維空間翻滾目標(biāo)包絡(luò)抓捕方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100，根據(jù)多指機(jī)構(gòu)的各個(gè)手指的基關(guān)節(jié)之間的相對(duì)位置關(guān)系以及各個(gè)手指自身的構(gòu)型描述，建立多指機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)描述模型，

S200，根據(jù)多指機(jī)構(gòu)能夠約束住三維空間翻滾目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，多指機(jī)構(gòu)和三維空間翻滾目標(biāo)之間應(yīng)當(dāng)滿足的條件，推導(dǎo)多指機(jī)構(gòu)的有效包絡(luò)條件；

S300，根據(jù)多指機(jī)構(gòu)包絡(luò)算法，尋找出滿足包絡(luò)條件的有效多指機(jī)構(gòu)構(gòu)型；

所述多指機(jī)構(gòu)包絡(luò)算法具體包括：

S301，將多指機(jī)構(gòu)的手指劃分為一根主手指和剩余從手指兩類；

S302，控制主手指基關(guān)節(jié)追蹤包絡(luò)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)同步；

S303，通過調(diào)整主手指的關(guān)節(jié)角取值，使得主手指構(gòu)型與包絡(luò)邊匹配；

S304，利用S100中的多指機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)描述模型，確定從手指構(gòu)型；

S305，利用S200中的多指機(jī)構(gòu)的有效包絡(luò)條件，確定有效包絡(luò)構(gòu)型；

S303，通過調(diào)整主手指的關(guān)節(jié)角取值，使得主手指構(gòu)型與包絡(luò)邊匹配具體包括：

包絡(luò)邊選擇為三維空間翻滾目標(biāo)某一個(gè)面上的一條線，引入單向距離D_owd(L_l,e_l)來衡量主手指L_l＝{J_l,1,J_l,2,...,J_l,m,E_l}與包絡(luò)邊e_l兩者形狀的相似度：

其中，||L_l||表示主手指連桿的總長(zhǎng)度；LS_l＝{L_l,1～2,L_l,2～3,…,L_l,m-1～m,L_l,m～m+1}(L_l,m～m+1＝(J_l,m,E_l))代表了主手指L_l中所有的連桿，每個(gè)連桿都簡(jiǎn)化為一條線段；D_owd(L_l,i～i+1,e_l)表示連桿L_l,i～i+1到包絡(luò)邊e_l的單向距離，通過以下方程計(jì)算；

其中，D_point(p,e_l)表示連桿L_l,i～i+1上的任意一點(diǎn)p到包絡(luò)邊e_l的最短距離：

進(jìn)一步地，歐幾里得距離D_Euclid(p,q)＝||p-q||₂；

進(jìn)一步地，通過快速搜索隨機(jī)樹算法尋找使得主手指構(gòu)型與包絡(luò)邊間單向距離最小的主手指關(guān)節(jié)角取值θ_opt。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多指機(jī)構(gòu)的三維空間翻滾目標(biāo)包絡(luò)抓捕方法，其特征在于：S100中，所述多指機(jī)構(gòu)通過機(jī)械臂和服務(wù)衛(wèi)星連接；多指機(jī)構(gòu)包括手掌和n個(gè)手指，其中每個(gè)手指由m個(gè)連桿和m個(gè)單自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多指機(jī)構(gòu)的三維空間翻滾目標(biāo)包絡(luò)抓捕方法，其特征在于：第i個(gè)手指的基關(guān)節(jié)手指位置P_{b_i}和第j個(gè)手指的基關(guān)節(jié)手指位置P_{b_j}之間滿足如下關(guān)系：

P_{b_j}＝P_{b_i}+δ_ij(j≠i,i≤n,j≤n)

其中，δ_ij是由多指機(jī)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)決定的第i個(gè)手指的基關(guān)節(jié)手指位置P_{b_i}和第j個(gè)手指的基關(guān)節(jié)手指位置P_{b_j}之間的相對(duì)矢量關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多指機(jī)構(gòu)的三維空間翻滾目標(biāo)包絡(luò)抓捕方法，其特征在于：S100中，根據(jù)給定任意一個(gè)手指基關(guān)節(jié)的空間位置，結(jié)合基關(guān)節(jié)間的相對(duì)位置關(guān)系，確定其它手指基關(guān)節(jié)的位置；再根據(jù)各個(gè)手指自身的關(guān)節(jié)角范圍，確定各個(gè)手指自身可能的構(gòu)型，進(jìn)而確定整個(gè)多指機(jī)構(gòu)的可能構(gòu)型。