[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

摘要

本发明公开了一种实现多自由度上假肢对随机目标进行空间定位的方法，它分别在多自由度上假肢上安装一个三维姿态传感器；在佩戴者的头部或帽子上安装另外一个三维姿态传感器；在佩戴者的头部或帽子上再安装一个激光测距传感器；为佩戴者配备一个假肢控制器，每当出现需要操作的随机目标时，通过佩戴者自主调整头部的姿态，将激光测距传感器发出的激光束对准目标，并由控制器发出指令，实时测出目标与激光测距传感器间的距离值，同时由控制器计算、转换为目标在假肢基础坐标系中实时的操作空间坐标值。本发明为工作在非结构化环境中的肩离断形残疾人多自由度上假肢对随机目标进行实时操作空间定位的方法。

主权项

1.一种实现多自由度上假肢对随机目标进行操作空间定位的方法，其特征在于，步骤如下：第一、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；第二、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；第三、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；第四、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；第五、为佩戴者配备一个假肢控制器，假肢控制器存储有计算操作随机目标空间坐标值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，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；在坐标系S中描述坐标系N的位姿，当佩戴者头部端正平视正前方时的坐标系N相对坐标系S的初始方位可标定，属于定值，它主要取决于佩戴者肩部的宽度及其与颈部中央的前后位置参数；当佩戴者头部上下俯仰时，相当于坐标系N绕坐标系S的y_s轴转动，坐标系N相对坐标系S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N相对坐标系S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；第六、每当出现需要操作的随机目标时，通过佩戴者自主调整头部的姿态，将激光测距传感器发出的激光束对准目标，并由控制器发出指令，实时测出目标与激光测距传感器间的距离值M，同时由控制器计算比较前述两个三维姿态传感器之间的相关姿态角偏差值，求得值与值，控制器再将实时获得的M值、与值，连同已经标定的代入公式(1)相乘，就可转换为目标在假肢基础坐标系中实时的操作空间坐标值P。