一种基于可达空间的灵巧手优化与评估方法技术

本发明专利技术公开一种用于提高灵巧手性能与实用性的综合优化方法。该方法包括以下步骤：(1)单指内切圆半径分析；(2)手指关节长度最优分配求解；(3)应用相对形状封闭理论对手指根部的位置与角度优化；(4)应用遍历方法求解手指根部位置、手指根部角度以及抓球半径区域三维曲线的最优解。本发明专利技术专利技术高实践与应用性，对于不同种类、不同手指数、不同刚软性的灵巧手都具有通用的指导性，该方法不会因为灵巧手结构的特殊性而失效；高指导意义，灵巧手设计领域缺少相关的理论指导，该方法可以提供构型与优化方面的指导，提高灵巧手设计的抓取性能等。能等。能等。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可达空间的灵巧手优化与评估方法


[0001]本专利技术涉及灵巧手构型设计领域。设计了一种基于可达空间的灵巧手构型优化与评估的方法。

技术介绍

[0002]机器人在近几十年中对人类社会与工业领域带来了重大的影响与变革。尽管服务机器人能够提供多样的服务，但是实际应用的范围仍是十分有限。这样的应用受限其中一个很重要的原因就是机器人的末端执行器的性能无法满足要求。人手堪称是自然界最灵活的身体部位，即可完成一些复杂的操作，更进一步的可以使用工具来完成一些困难的任务。所以，在人手的启发下，世界范围内的研究人员对灵巧手有着大量的研究和成果。而绝大部分都是集中在机器人样机的研制以及抓取规划的研究，对于灵巧手构型的灵巧性评价及优化方法方面的理论还有所欠缺。
[0003]有鉴于此，本专利技术用一种基于可达空间的优化方法，以解决现有技术存在的缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有理论无法提供一种通用的、基础的、通途广泛的方法来对灵巧手的构型与性能进行优化与评估。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种二自由度手指简化工作空间系统，该系统包括手指简化仿生模型、拇指简化仿生模型与笛卡尔坐标系，用于表征可达空间模型。
[0007]一种可达空间模型，该模型包括了手指指节长度、手指末端点笛卡尔坐标位置、手指关节角度、手指内切圆。
[0008]可达空间模型用于构造手指特征圆，手指特征圆用于评价灵巧手的手指灵巧性，其特征在于，特征圆的半径越小，灵巧手可达的工作空间越大，灵巧手的手指灵巧性越好。
[0009]一种杆长优化方法，其特征在于使用可达空间模型，在手指总长不变的前提下，利用不等式求得可达空间模型中的最优杆长解。
附图说明
[0010]图1为本专利技术中二自由度手指简化工作空间系统与可达空间模型图；
[0011]图2为本专利技术中评估与优化方法核心公式图；
[0012]图3为本专利技术中杆长优化流程图；
[0013]图4为本专利技术中优化结果例程图；
具体实施方式
[0014]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面结合附图和实施例，对本专利技术进行详细说明。
[0015]本专利技术为一种基于可达空间的灵巧手构型优化与评估方法。其简化后的二自由度手指简化工作空间系统与可达空间模型如图1所示。将人手简化模型放置在笛卡尔坐标系下，以食指的指跟与手掌交界处为原点，简化出二自由度手指可达空间模型构图。在此模型中，手指机构只有两个自由度，其末端点的位置与两个旋转副的角度一一对应，因为没有冗余自由度，即不具备多个姿态，手指末端点位置与手指姿态唯一确定且相互对应。图1中的内切圆用来表征它的运动姿态，进而代表了末端点的位置，也就是手指的可达空间。
[0016]手指灵巧性的评估以可达空间模型中的圆直径为依据。可达空间模型的圆直径如图2公式所示计算。可达空间圆的直径只与关节角及指节长度L1有关，这个圆的圆心到指尖的距离与关节角及指节L1、L2有关，且一组确定的数据——关节角A、B和指节长度L1L2可以确定唯一的距离d，即一个确定的手指姿态和一个确定的距离d是一一对应的。当圆变化时，圆心坐标在变化，圆心到指尖的距离也在变化。当手指的总长固定时，此特征圆的变化范围越大，手指的灵巧性越好。
[0017]杆长优化流程如图3所示。优化的条件是手指总长不变，在此条件下，先给定手指各个指长的初始值，再将整个手指模型投影到工作平面，判断该状态能够满足形封闭。如果可以满足，则在满足条件的范围内遍历指节长度，寻找最优解。不满足条件则改变关节角度，直到满足条件。
[0018]在手指总长不变的条件下，用此方法优化的例程如图4所示，长度有效减少。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.设计了一种基于可达空间进行评估与优化灵巧手机构的方法。2.如权利要求1所述的优化方法，其特征在于：在建立的工作平面内，在恒定总长的条件下，通过分析内切圆验证手...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈殿生，王英涵，刘哲，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：