[发明专利]一种仿人多指灵巧手的拇指参数优化方法

摘要

一种仿人多指灵巧手的拇指参数优化方法，属于仿人多指灵巧手的参数优化技术领域，灵巧手的拇指与其中一手指可运动至同一抓取平面，该优化方法涉及到拇指第一、第二指节的“张开闭合”自由度，及与拇指“可运动至同一抓取平面”手指的三个指节的“张开闭合”自由度，步骤为首先，建立拇指和手指于同一抓取平面“恰好”完全包络抓取圆柱物体的平面简图；其次，分析平面简图中存在的几何关系，建立r与l0的函数关系式，求解函数f(r，l0)＝0的极值，选取各极值点中存在的最大值r，最大值r所对应的l0即为所优化得到的拇指参数之一；然后，求解l0与l6的夹角θ；最终确定仿人多指灵巧手拇指的位置及尺寸参数。本发明可以使仿人多指灵巧手获得最优的抓取物体尺寸范围。

主权项

一种仿人多指灵巧手的拇指参数优化方法，其特征在于，该方法中所述“手指”均不包括拇指，所述仿人多指灵巧手的拇指与其中一手指可运动至同一抓取平面，每个手指具有三个指节，每个手指分别与对应的手掌上的掌骨一端相连，拇指的两个指节从指尖开始依次为：第一指节、第二指节，拇指的第二指节一端与“可运动至同一抓取平面”的手指对应的手掌上的掌骨的另一端相连，拇指此段不具有“张开闭合”的自由度，掌骨不具有自由度；所述的拇指参数优化方法涉及到拇指第一、第二指节的“张开闭合”自由度，以及与拇指“可运动至同一抓取平面”手指的三个指节的“张开闭合”自由度，具体步骤如下：步骤1：建立拇指和手指于同一抓取平面“恰好”完全包络抓取圆柱物体的平面简图，指拇指与手指的指尖恰好重合，且掌骨、手指各指节都与圆柱物体表面相切的情况；圆柱物体的半径为r，拇指第二指节一端与掌骨一端相连的长度为l0，拇指第一、第二指节的长度顺次为l1和k2，与掌骨相连的手指指节的长度为l5，手指其余两指节的长度顺次为l4和l3，掌骨长度为l6；l0段与圆柱物体表面相切的切点与相连接的拇指第二指节一端、掌骨一端的距离分别为l′0、l″0，每段距离所对应的内切圆的夹角分别为θ′0、θ″0；拇指的第一、第二指节与圆柱物体表面相切的切点与指节两端点的距离分别为l′1、l″1、l′2、l″2，每段距离所对应的内切圆的夹角分别为θ′1、θ″1、θ′2、θ″2；手指的每个指节与圆柱物体表面相切的切点与指节两端点的距离分别为l′3、l″3、l′4、l″4、l′5、l″5，每段距离所对应的内切圆的夹角分别为θ′3、θ″3、θ′4、θ″4、θ′5、θ″5；掌骨与圆柱物体表面相切的切点与指节两端点的距离分别为l′6、l″6，每段距离所对应的内切圆的夹角分别为θ′6、θ″6；l0与l6的夹角为θ；步骤2：分析平面简图中存在的几何关系，建立r与l0的函数关系式，具体实现过程为；步骤2.1：分析平面简图中存在的各距离间的几何关系，如下；l″6＝l′0l″0＝l′1l″1＝l′2l″2＝l′3l″3＝l′4l″4＝l′5l″5＝l′6步骤2.2：分析平面简图中存在的各角度间的几何关系，如下；θ″6＝θ′0θ″0＝θ′1θ″1＝θ′2θ″2＝θ′3θ″3＝θ′4θ″4＝θ′5θ″5＝θ′6步骤2.3：依据步骤2.1和步骤2.2，建立各角度与各距离间的函数方程，如下；AX＝B其中，l1、l2、l3、l4、l5、l6为已知；求解得到tanθ′0、tanθ′1、tanθ′2、tanθ′3、tanθ′4、tanθ′5、tanθ′6的表达式；步骤2.4：依据步骤2.2，分析存在如下关系式；π＝θ′0+θ′1+θ′2+θ′3+θ′4+θ′5+θ′6步骤2.5：对步骤2.3得到的结果分别求解反三角函数，并带入步骤2.4，得到：π＝arctanθ′0+arctanθ′1+arctanθ′2+arctanθ′3+arctanθ′4+arctanθ′5+arctanθ′6；根据反三角函数间的求解关系，上述式子最终可化简为π＝arctanf(r，l0)的形式，即建立起r与l0的函数关系式f(r，l0)＝0；步骤2.6：求解函数f(r，l0)＝0的极值，选取各极值点中存在的最大值r，最大值r所对应的l0即为所优化得到的拇指参数之一；步骤3：依据步骤1和步骤2，求解l0与l6的夹角θ：由tanθ′0表达式及优化得到的r、l0值，求得θ′0，θ的求解表达式为θ＝180°‑2θ′0；至此，确定仿人多指灵巧手拇指的位置及尺寸参数。