[发明专利]实现多自由度假肢对随机目标进行空间定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及肩离断型残疾人假肢，尤其涉及上假肢(指上肢假肢)对其随机目标进行操作空间定位的方法。该方法也可以用在其它具有类似工作情形的机器人对随机目标的操作空间定位上。

背景技术

对用在非结构化环境中的“肩离断”型残疾人上假肢，尤其是可实现代偿功能的多自由度上假肢来说，如何实现其对随机目标的操作空间位置实时定位，以能按照要求完成操作任务，在以往的多自由度上假肢研究中，尚无对该技术方法的研究。通过本发明以获得求解假肢各关节运动量的必要条件，实现多自由度上假肢按任务要求完成操作任务，是本领域研究人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的，是为多自由度上假肢对随机目标能够实时操作空间定位，提出一种实现方法。

为达上述目的，本发明总的解决方案是，通过采用分别安装在佩戴者头部和假肢上的两个三维姿态传感器，对佩戴者头部的空间姿态相对于上假肢基础姿态的变化情况进行检测，并采用激光测距传感器对随机目标进行距离检测，再通过在不同坐标系中连续的坐标变换推演，计算出随机目标相对于多自由度上假肢的操作空间定位值。

具体方案如下：

1、在多自由度上假肢上安装一个三维姿态传感器，该传感器用作假肢基础的标准姿态校准；

2、在佩戴者的头部或帽子上安装另外一个三维姿态传感器，该三维姿态传感器用来检测佩戴者头部左右转动或上下俯仰时，其头部的空间姿态相对假肢基础标准姿态所产生的变化情况。

3、调整上述两个三维姿态传感器的初始状态，初始状态定为：当佩戴者头部端正平视正前方时，两个三维姿态传感器的三维姿态角相同。

4、在佩戴者的头部或帽子上再安装一个激光测距传感器，激光测距传感器以某种位姿固定在佩带者头部，通过调整佩戴者头部左右转动和上下俯仰，使该激光测距传感器发出的可见激光束指向需要操作的随机目标。

5、为佩戴者配备一个假肢控制器，假肢控制器存储有计算随机目标操作空间坐标值P的计算程序，P的计算式为：

P=KNS·KHN·KEH·M---(1)]]>

其中，S代表肩部坐标系(即假肢的基础坐标系)，N代表颈根部正中坐标系，H代表头部正中坐标系，E代表激光测距传感器的坐标系，M代表激光传感器测得的操作目标坐标值，可由激光传感器实时测得，K代表坐标变换矩阵。

它们的关系是：

在坐标系E中描述操作目标的坐标值M，M值由激光测距传感器获得；

在坐标系H中描述坐标系E的位姿，E相对H的位姿变换取决于激光测距传感器在头部的安装方位，可标定，属于定值，即：公式中的标定后属于定值。

在坐标系N中描述坐标系H的位姿，当佩戴者头部端正平视正前方时的坐标系H相对坐标系N的初始方位可标定，属于定值。它主要取决于佩戴者颈部与头的长度因素，当佩戴者头部左右转动时，相当于坐标系H绕坐标系N的z_n轴转动，坐标系H相对坐标系N的姿态就发生变化，通过比较两个三维姿态传感器该方向之间的姿态角偏差值，可以推导求得坐标系H相对坐标系N的姿态变化幅度，即：公式中的通过比较两个三维姿态传感器之间的相关姿态角偏差值，经实时换算、推导求出。