人手抓持识别与灵巧手的抓持规划

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1、第uw卷第y期机器人∂²¯quwo²qyΡΟΒΟΤussu年tt月²√qoussu文章编号}tssu2swwykussulsy2sxvs2sxΞ人手抓持识别与灵巧手的抓持规划李继婷张玉茹张启先k北京航空航天大学机器人研究所tsss{vl摘要}本文研究灵巧手采用指尖抓持方式时的抓持规划方法q在相同的操作环境和操作对象下o由人手决定抓持接触点的位置o利用人手运动测量装置测量人手抓持位置o通过一定的映射关系将其转换为灵巧手的抓持位置及其掌系的位姿o再根据灵巧手自身的结构通过运动学反解确定其抓持位形q关键词}灵巧手~人手抓持~运动学中图分类号}×°uw文献标识码}ΓΡ

2、ΑΣΠΙΔΕΝΤΙΦΙΧΑΤΙΟΝΟΦΗΥΜΑΝΗΑΝΔΣΑΝΔΓΡΑΣΠΠΛΑΝΝΙΝΓΟΦΔΕΞΤΕΡΟΥΣΗΑΝΔΣ¬2·¬±ª≠∏2µ∏±¬2¬¬¤±kΡοβοτιχσΙνστιτυτεοφΒειϕινγΥνιϖερσιτψοφΑεροναυτιχσανδΑστροναυτιχσoΒειϕινγtsss{vlΑβστραχτ}°¨·«²§©²µµ²¥²·¬¦§¨¬·¨µ²∏¶©¬±ª¨µ·¬³ªµ¤¶³³¯¤±±¬±ª¬¶³µ¨¶¨±·¨§q׫¨°¤¶·¨µ2¶¯¤√¨°¤±¬³∏¯¤·¬²±°¨·«²§¬¶¤§²³·¨§q׫¨ªµ¤¶³³²¬±·

3、¶¤µ¨§¨·¨µ°¬±¨§¥¼«∏°¤±«¤±§º¨¤µ¬±ª·«¨°¨¤¶∏µ¬±ª¤³³¤µ¤·∏¶q±§·«¨±·«¨§¤·¤¤µ¨°¤³³¨§¬±·²·«¨ªµ¤¶³³²¬±·³²¶¬·¬²±¶¤±§³¤¯°³²¶¨²©·«¨§¨¬·¨µ²∏¶«¤±§q׫¨ªµ¤¶³¦²±©¬ª∏µ¤·¬²±¬¶·«¨±¶²¯√¨§º¬·«¬±√¨µ¶¨®¬±¨°¤·¬¦¶²©·«¨§¨¬·¨µ²∏¶«¤±§qΚεψωορδσ}§¨¬·¨µ²∏¶«¤±§o©¬±ª¨µ·¬³ªµ¤¶³o®¬±¨°¤·¬¦¶1引言kΙντροδυχτιονlk≥l所属°实验室通过手上

4、佩带式运动测量装置o将人手关节的运动映射成灵巧手关节的运灵巧手的主要功能是抓持和操作物体o抓持是动≈t q≥的²«±¶²±空间中心通过在小臂处测操作的基础q灵巧手在什么位置以及采用什么方式量人手运动的肌电信号进行人手与灵巧手之间的运抓持物体o是抓持规划必须解决的问题q抓持规划的动映射≈u q德国宇航研究中心kl的机器人与系理想目标是实现自主规划o这需要对抓持任务!被抓统动力学研究所采用数据手套进行运动映射≈v q持物体形状!灵巧手等诸多抓持因素进行建模q然就灵巧手的抓持规划而言o实现主从操作的关而o在影响抓持规划的众多因素中o有些很难用准确键问题之一是如何将人

5、手的抓持转换为灵巧手的抓的数学模型描述o如抓持任务!某些形状复杂的物持≈t∗

6、 o较多的研究者就此进行了研究q人手与灵巧体!预抓持位形和不同抓持类型间的过渡q另一方手之间的运动映射可以在关节空间和直角空间进面o从应用的角度看o要实现对任意物体的抓取o对行o运动映射空间的选择应取决于抓持类型q对于指每一种被操作的物体都建立数学模型显然是不切实端抓持o物体与手指仅在指端接触o主要用于操作物际的q为了有效地解决灵巧手的抓持规划问题o目前体或对物体位姿进行微小精确调整o因而确定指端一些研究者采用了一种新的向人手学习的主从操作相对于物体的位置是一个重要因素o而关节位置可

7、策略o核心思想是将人纳入控制系统回路o由人作规看成指端位置的函数o由指端位置决定q因此对于指划o由灵巧手实施运动o从而使人的智能与机器人的端抓持而言o测量指端位置!进行直角空间映射是合机械运动能力有效结合q例如o美国国家航空航天局Ξ基金项目}国家自然科学基金kx

8、

9、{xsstl和国家教育部博士点基金kussssssysxl资助项目q收稿日期}ussupsxpuz第uw卷第y期李继婷等}人手抓持识别与灵巧手的抓持规划xvt理的选择q对灵巧手手掌位姿的规划o实现最优的抓持位形q实现主从操作的另一个关键是人手运动识别q2人手抓持识别kΦινγερτιπγρασπ目前

10、的研究大多通过人手佩带主操作装置或数据手ρεχογνιτιονl套来测量人手关节运动o建立人手或主操作装置的运动学模型o然后将其映射为灵巧手关节的运动o或为了提高人手运动测量系统的精度o一个重要是建立人手关节角与其指尖抓持位置的关系o再将的手段是采用尽量简单的测量系统和直接的测量手其映射为灵巧手的运动q佩带主操作装置使人手的段o这样既可以简化运动映射关系o又可以降低系统运动受到限制o灵活性减弱o同时因灵巧手与人手的的成本q我们采用由美国°²«¨¯°∏¶公司生产的空间差别o关节之间的运动映射精度不高q数据手套对人位置跟踪仪ƒ≥×o它包含一个发射器和四个手的运动限

11、制较少o但映射精度不高的问题更为突接收