[发明专利]提高在机械臂抓握行为中构建加性成本函数通用性的方法

摘要

本发明公开了一种提高在机械臂抓握行为中构建加性成本函数通用性的方法。本发明首先让臂抓住刚性物体并将其保持在空气中静止，刚性物体被施加各种外部扭矩，载荷；然后，使用ANIO方法确定基本的成本函数类型，并从所有试验记录的实验数据中，确定出4维手指力空间中的二维超平面上的趋势；最后，根据拉格朗日原理，调节成本函数类型参数，使得实验观察的平面接近由直接优化产生的平面，最终为机械臂成功地重建了成本函数。本发明利用ANIO方法可以在任意的五指型机械臂中重构成本函数，实现机械的高效精准抓取和路径最优规划。

主权项

1.提高在机械臂抓握行为中构建加性成本函数通用性的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一：建立人体抓握模型，该模型描述如下：其中是手指力向量是4×1非负值，下标in，mi，ri和li分别代表食指，中间，无名指和小指，J是成本函数标量值，上标n表示法向力，g_i是相应指力的标量函数，是四指法向力的总和，Y＝[Y_in,Y_mi,Y_ri,Y_li]^T代表法向手指力的力矩臂，Mⁿ是刚性物体被施加的外力矩；约束可写为CF＝B；步骤二：确定问题是否可分为子问题；计算步骤一中的C的扩展矩阵，通过观察4x4的矩阵来确定优化问题是否可分离；步骤三：应用ANIO定理；构建函数集合满足：则可以获得以下公式：其中，k_i和w_i是常数，i∈{in,mi,ri,li}；因此其中f_i(F_iⁿ)表示每个手指对应的目标函数类；步骤四：构建实验数据形成的超二维平面；固定刚性物体的重量和扭矩，构成向量b，对实验者进行N组实验，则得到N组C矩阵和F矩阵，采用主城分析法将N组C矩阵降维到2个主成分，构成2×4矩阵A；则在每一组实验中由数据得到的超平面可以定义为：AF＝b其中b的定义为是手指平均法向力的矢量；步骤五：优化参数k_i和w_i的值；将通过实验数据导出超平面与从唯一性定理导出的超平面进行比较，最小化上述两个平面之间的二面角来数值计算k_i的值：(i)最优解的平面，即其中K＝diag[k_in,k_mi,k_ri,k_li]和W＝[w_in,w_mi,w_ri,w_li]^T；(ii)实验数据形成的平面，即AF＝b；则得到步骤六：根据步骤一到五求期望的目标函数；目标函数是：其中g_i(F_iⁿ)＝rf_i(F_iⁿ)+q_iF_iⁿ+const_i，r是非零任意数值，const_i可以是任何实数，q＝[q_in,q_mi,q_ri,q_li]^T是方程的解；假设r＝1,const_i＝0,q_i＝0，于是可得实验者抓握的成本函数为：