[发明专利]一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法

权利要求书

1.一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取人手和InMoov灵巧手的相关点坐标；

步骤2：执行映射算法，得到从人手空间到灵巧手空间映射的变换矩阵T(M)；

步骤3：重映射：通过Leap Motion实时采集人手五指指尖相对于参考坐标系的笛卡尔空间坐标^up_ds，根据步骤2映射算法得到的变换矩阵T(M)，将^up_ds变换到灵巧手的笛卡尔空间，变换后的笛卡尔空间坐标为即为灵巧手指尖的目标位置；

步骤4：根据步骤3得到的灵巧手指尖的目标位置信息，对灵巧手五指进行逆运动学解算，得到五指各关节角度值θ，通过灵巧手的驱动机构驱动五指各关节运动对应的角度值，使灵巧手指尖运动到目标位置，完成基于人手运动映射的灵巧手抓持规划；

所述步骤2中，所述映射算法具体流程为：

步骤2.1：计算变换矩阵T(M)：

从人手到灵巧手的运动映射包括笛卡尔空间的平移变换、旋转变换和线性比例缩放关系变换，定义运动映射参数矩阵：

M＝[S T_x T_y T_z R_x R_y R_z]

参数矩阵M的初始值为M₀＝[1000000]，在算法第一次迭代执行时使用，根据M中各参数具体值，计算从人手笛卡尔空间到灵巧手笛卡尔空间的变换矩阵T(M)：

T(M)＝T_scale(S)T_trans(T_x,T_y,T_z)T_rot(R_x,R_y,R_z)

其中T_scale(S)为在x，y，z方向进行线性缩放的齐次变换矩阵，T_trans(T_x,T_y,T_z)为进行平移变换的齐次变换矩阵，T_rot(R_x,R_y,R_z)为进行旋转变换的齐次变换矩阵；

步骤2.2：坐标变换：

根据步骤2.1得到的变换矩阵T(M)，将人手笛卡尔空间的指尖和指掌关节坐标变换到灵巧手笛卡尔空间中，变换操作如下：

其中，和分别为变换后的指尖和指掌关节坐标；

步骤2.3：计算误差向量e：

根据步骤1和步骤2.2得到的信息，计算灵巧手指尖和指掌关节的笛卡尔空间坐标与变换后人手指尖和指掌关节的笛卡尔空间坐标之间的误差向量e：

步骤2.4：计算逆雅可比矩阵

根据步骤2.2得到的对参数矩阵M求偏导，得到相对参数矩阵M中各元素变化的雅可比矩阵J，由于J非方阵，其不存在逆矩阵，因此取J的伪逆矩阵

步骤2.5：计算参数矩阵M；

步骤2.6：回到步骤2.1，计算变换矩阵T(M)，进行下一次迭代，映射算法的迭代终止条件是误差向量e为零向量。

2.根据权利要求1所述的基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：

步骤1.1：建立人手的参考坐标系；

步骤1.2：建立灵巧手的参考坐标系；

步骤1.3：使人手处于五指伸展状态，通过Leap Motion获取人手五指的指尖和指掌关节相对于参考坐标系的笛卡尔空间坐标，分别为^up_ds和^up_mc；

步骤1.4：使灵巧手处于五指伸展的状态，获取灵巧手指尖和指掌关节相对于灵巧手参考坐标系的笛卡尔空间坐标，分别为^rp_ds和^rp_mc。