[发明专利]一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法

说明书

本发明公开了一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法，在五指伸展的状态下获取人手和灵巧手的五指指尖和指掌关节位置信息，由这些信息执行映射算法，计算出实现人手与灵巧手之间精确的运动映射所需要的变换矩阵；接下来通过Leap Motion视觉传感器实时获取人手五指指尖在参考坐标系下的笛卡尔空间坐标，通过变换矩阵变换到灵巧手的笛卡尔空间，实现重映射，重映射得到的空间坐标就是灵巧手对应五指指尖的目标位置，然后根据重映射得到的灵巧手指尖的目标位置，对灵巧手五指进行逆运动学解算，得到五指各关节的角度值，最后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。

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，具体涉及一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法。

背景技术

灵巧手的抓持规划是灵巧手相关技术研究中的关键技术。由于灵巧手所处的工作环境具有高度复杂性、动态性和不可预测性，且灵巧手对于环境的感知也存在不可靠性，要求灵巧手实现完全自主的抓持规划是一项极具挑战性的课题。而主从控制则是通过人手直接控制灵巧手的一种抓持方案，该方案结合了人的经验智慧和灵巧手的智能，将人作为控制系统中的一个环节参与到灵巧手的控制中，利用人进行高层次的任务规划和命令设计，利用机器人完成任务执行工作，是目前较为成熟可行的方案。

主从控制中的一个关键问题是人手运动采集，传统的运动采集系统如数据手套，除了佩戴不方便以外，更严重的缺点是传感器采集的信息误差很大，而采用Kinect相机作为运动采集系统虽然摆脱了穿戴手套的不方便问题，但仍然存在精度低且对于手部的动作细节信息不够等问题。

主从控制中的一个关键问题是运动映射，即将人手的运动转换为灵巧手的运动。为了实现精确抓持，常采用基于笛卡尔空间的指尖位置映射。但由于人手和灵巧手在外形和结构尺寸上存在差异，导致二者指尖在笛卡尔空间的活动范围也存在差异，直接的运动映射无法实现精确的抓持规划，甚至出现目标位置不可解的情况。

因此，需要采用更为精确、方便的人手运动采集系统，同时也需要对运动映射的过程加以改进，以实现精确的抓持规划。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法，通过该方法对灵巧手进行主从控制，可以实现精确的人手与灵巧手之间的运动映射，完成精确的灵巧手抓持规划。

为达到上述目的，本发明构思如下：

本发明在五指伸展的状态下获取人手和灵巧手的五指指尖和指掌关节位置信息，由这些信息执行映射算法，计算出实现人手与灵巧手之间精确的运动映射所需要的变换矩阵；接下来通过Leap Motion视觉传感器实时获取人手五指指尖在参考坐标系下的笛卡尔空间坐标，通过变换矩阵变换到灵巧手的笛卡尔空间，实现重映射，重映射得到的空间坐标就是灵巧手对应五指指尖的目标位置，然后根据重映射得到的灵巧手指尖的目标位置，对灵巧手五指进行逆运动学解算，得到五指各关节的角度值，最后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。

根据上述构思，本发明采用如下技术方案：

一种基于Leap Motion的灵巧手主从控制方法，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；