CN103192398B - 机器人手的控制方法 - Google Patents

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Abstract

在此公开一种机器人手的控制方法，所述控制方法包括下述步骤：使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；根据识别的预备姿势改变机器人手的形状；使用主控装置识别用户的手指的抓握动作；根据与识别的预备姿势对应的抓握姿势执行机器人手的抓握动作。

Description

机器人手的控制方法
技术领域
本发明的实施例涉及一种机器人手的控制方法，该机器人手通过由用户操作的主控装置(master device)再现用户期望的动作。
背景技术
一般来说，机器人设备指的是自动地执行期望的动作和操作的机器。近来，出现了机械手机器人，机械手机器人在用户操作对应于机器人手的末端执行器的同时执行各种动作和操作。这里，机器人手可包括以类似于人手的形状设置的拇指和其余手指。机器人手可根据预定程序执行动作，或者可通过存储的算法自主地控制机器人手。然而，机器人手可受由远程用户操作的主控装置的控制，并可在再现用户期望的动作的同时执行操作。
除了具有类似于人手的形状之外，机器人手还可具有各种形状，即，包括至少一对相对的手指以有效地抓握物体的形状。在这种情况下，机器人手的动作不同于人手(手指或手掌)的动作，因此，仅仅通过将人手指的关节的角度的变化或人手指的指尖的位置映射到机器人手，机器人手不能再现人手的各种动作。
发明内容
因此，本发明的一方面在于提供一种机器人手的控制方法，该控制方法识别用户的预备姿势，基于识别的用户的预备姿势改变机器人手的形状，识别用户的抓握动作，并根据期望的抓握姿势抓握物体。
本发明的其他方面将在下面的描述中进行部分阐述，部分将通过描述而显而易见，或者可通过实施本发明而了解。
根据本发明的一方面，一种机器人手的控制方法包括下述步骤：使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；根据识别的预备姿势改变机器人手的形状；使用主控装置识别用户的手指的抓握动作；根据与识别的预备姿势对应的抓握姿势执行机器人手的抓握动作。
改变机器人手的形状的步骤可包括：改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状。
改变机器人手的形状的步骤还可包括：在改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状之后，以指定刚度固定机器人手的进行内收和外展的关节。
执行机器人手的抓握动作的步骤可包括：将在识别的用户的手指的抓握动作中用户的拇指的指尖和其余手指的指尖之间的距离估计为物体的宽度；将在识别的用户的手指的抓握动作中从用户的手掌到抓握物体的手指的指尖的平均距离估计为物体距离手掌的高度。
执行机器人手的抓握动作的步骤还可包括：根据物体的宽度调节机器人手的相对的手指的指尖之间的距离；根据物体距离手掌的高度调节从机器人手的手指的基部到机器人手的手指的指尖的距离。
执行机器人手的抓握动作的步骤可包括：根据在识别的用户的手指的抓握动作中用户的手指的关节的角度调节机器人手的手指的关节的角度。
执行机器人手的抓握动作的步骤还可包括：根据用户的其余手指的关节的角度弯曲机器人手的相对的手指中的一侧的手指；根据用户的拇指的关节的角度弯曲机器人手的相对的手指中的另一侧的手指。
根据本发明的另一方面，一种机器人手的控制方法包括下述步骤：使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；由识别的预备姿势判断用户期望的抓握姿势；根据识别的预备姿势改变机器人手的形状；使用主控装置识别用户的手指的抓握动作；根据用户期望的抓握姿势执行机器人手的抓握动作。
改变机器人手的形状的步骤可包括：改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状。
在判断用户期望的抓握姿势的步骤中，用户期望的抓握姿势可被判断为捏握和紧握中的一种。
在判断用户期望的抓握姿势的步骤中，当在识别的预备姿势中用户的手指的近端指间关节弯曲参考角度或更大的角度时，用户期望的抓握姿势可被判断为紧握。
执行机器人手的抓握动作的步骤可包括：通过在机器人手的预备姿势和机器人手的紧握之间执行插补来执行机器人手的抓握动作。
在判断用户期望的抓握姿势的步骤中，当在识别的抓握动作中用户的手指的近端指间关节展开小于参考角度的角度时，用户期望的抓握姿势可被判断为捏握。
执行机器人手的抓握动作的步骤可包括：通过在机器人手的预备姿势和机器人手的捏握之间执行插补来执行机器人手的抓握动作。
根据本发明的另一方面，一种机器人手的控制方法包括：使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；存储与识别的预备姿势对应的机器人手的预备姿势；使用主控装置识别用户的手指的抓握姿势；存储与识别的抓握姿势对应的机器人手的抓握姿势；在机器人手的预备姿势和机器人手的抓握姿势之间执行插补。
在机器人手的预备姿势和机器人手的抓握姿势之间执行插补的步骤中，可对机器人手的手指的关节的角度进行插补。
在机器人手的预备姿势和机器人手的抓握姿势之间执行插补的步骤中，可对机器人手的手指的指尖的位置进行插补。
根据本发明的另一方面，一种机器人手的控制方法包括：使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；根据识别的预备姿势改变机器人手的形状；当在识别的预备姿势中用户的手指的关节的角度的改变量小于参考改变量时，维持机器人手的形状。
维持机器人手的形状的步骤可包括：当用户的手指的进行内收和外展的关节的角度的改变量小于参考改变量时，维持机器人手的进行内收和外展的关节的形状。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面将会变得清楚且更加易于理解，在附图中：
图1是示意性地示出根据本发明的一个实施例的机器人设备的控制方法的视图；
图2是示意性地示出根据本发明的实施例的主控手的结构的视图；
图3是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的结构的视图；
图4是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的构造的框图；
图5中的(a)至图9中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的用户抓握方式的视图；
图10中的(a)至图13中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的改变的形状的视图；
图14中的(a)和图14中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的捏握式抓握动作的视图；
图15中的(a)和图15中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的紧握式抓握动作的视图；
图16是示意性地示出根据本发明的一个实施例的机器人手的控制方法的流程图；
图17是示意性地示出根据本发明的另一实施例的机器人手的控制方法的流程图；
图18是示意性地示出根据本发明的又一实施例的机器人手的控制方法的流程图。
具体实施方式
现在，将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出，在附图中，相同的标号始终指示相同的元件。
图1是示意性地示出根据本发明的一个实施例的机器人设备的控制方法的视图。
参照图1，机器人设备1受主控装置2的控制。当用户通过操作主控装置2而使主控装置2运动时，主控装置2识别用户的动作。然后，由主控装置2识别的用户的动作信息被传输到机器人设备1，机器人设备1执行用户期望的动作。
为此，主控装置2包括主控手40、主控臂50和主控头单元60。对应于主控装置2，机器人设备1包括机器人手10、机器人臂20和机器人头单元30。
颈关节设置在机器人头单元30之下，图像传感器设置在机器人头单元30的前表面上。机器人设备1通过图像传感器获得机器人头单元30前方的图像。主控头单元60包括头戴式显示器，并安装在用户的头上。机器人头单元30根据由主控头单元60识别的用户的头的动作驱动颈关节，并因此执行用户期望的动作。通过图像传感器获得的图像被传输到主控头单元60，并通过头戴式显示器显示给用户。
机器人手10和机器人臂20根据由主控手40识别的用户的手(手指和手掌)的动作和由主控臂50识别的用户的臂的动作来驱动相应的关节，并因此执行用户期望的动作。例如，机器人手10可再现用户的手指的动作，并因此抓握物体。
图2是示意性地示出根据本发明的实施例的主控手的结构的视图。
参照图2，主控手40可包括手套式装置41，用以测量用户的手指的关节的角度。致动器结构42形成在手套式装置41的“外骨骼”上，可通过致动器执行对用户的力反馈。此外，主控手40可具有包括多个连接件的外骨骼形状的结构。在这种情况下，与用户的手指的关节的角度的测量值同时地，所述多个连接件将力反馈传输给用户。
主控手40不限于上述构造，而是可被形成为这样的形状，该形状可识别用户的手指的动作并可通过致动器将力反馈传输到用户的手。
图3是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的结构的视图。
参照图3，机器人手10包括旋转关节17、第一指间关节15和第二指间关节16。
旋转关节17可使用机器人手10的纵向方向作为轴线而旋转。旋转关节17对应于人手指的执行内收或外展的关节。这里，外展指的是基于人手的纵向剖面使手指展开的动作，与外展相反，内收指的是使手指合拢的动作。机器人手10的结构不同于人手的结构，但是可根据旋转关节17的旋转执行外展和内收，其中，在外展时，手指运动远离彼此，在内收时，手指运动靠近彼此。
第一指间关节15和第二指间关节16对应于人手指的远端指间关节、掌指关节和近端指间关节。因此，机器人手10可通过第一指间关节15和第二指间关节16执行使手指弯曲的动作及使手指伸展的动作。
因此，机器人手10可执行利用相对的手指的端表面18拾取物体的捏握(pinchgrip)以及利用手指的内表面和手掌表面围住物体的紧握(powergrip)。
机器人手10不限于上述构造，而是可被构造成类似于人手的多自由度类型，或者可被构造成以与人手的姿势不同的姿势操作而执行内收和外展的各种类型的关节。
图4是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的构造的框图。
参照图4，机器人手10包括：输入单元11，用户动作信息被输入到输入单元11；存储单元12，机器人手10的固定姿势存储在存储单元12中；控制器13，控制机器人手10的整体操作；驱动单元14，驱动机器人手10的各个关节。
输入单元11有线或无线地连接到主控手40，并从主控手40接收用户动作信息。此外，输入单元11将接收的用户动作信息传输到控制器13。
存储单元12设置有数据存储空间，并存储机器人手10的预备姿势、抓握姿势等。
控制器13根据通过输入单元11接收的用户动作信息判断用户的姿势。控制器13根据使用主控手40识别的用户的预备姿势改变机器人手10的形状。此外，通过判断在用户的预备姿势中用户的手指的关节的角度的改变量是否超过参考改变量，控制器13再次改变机器人手10的形状或者维持机器人手10的形状。此外，通过判断在用户的预备姿势中用户的手指的关节的角度是否超过参考角度，控制器13判断用户期望的抓握姿势。此外，控制器13在根据使用主控手40识别的用户的抓握动作对机器人手10的抓握路径进行插补的同时使机器人手10抓握物体。
图5中的(a)至图9中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的用户抓握方式的视图。
参照图5中的(a)至图9中的(b)，用户抓握方式总体上分成利用手指的端表面拾取物体的捏握以及利用手指的内表面和手掌表面围住物体的紧握。
参照图5中的(a)和图5中的(b)，普通捏握是这样一种方式：通过使用户的拇指和其余手指弯曲以使拇指和其余手指相对，由此来抓握物体的两个平行表面。
参照图6中的(a)和图6中的(b)，环形捏握是这样一种方式：通过展开用户的各个手指以使拇指的指尖和其余手指的指尖位于虚拟的圆周或球面上，由此来抓握物体的三个或更多表面。
此外，参照图7中的(a)和图7中的(b)，圆柱形紧握是这样一种方式：通过使手指弯曲以使拇指的内表面和其余手指的内表面相对，并使其余手指合拢，由此来围住圆柱形物体。
此外，参照图8中的(a)和图8中的(b)，杆式紧握是这样一种方式：通过以小角度执行用户的拇指的内收，并使得用户的拇指围住其余手指，由此来围住具有小直径的圆柱形物体或杆式物体，这种方式类似于圆柱形紧握方式。
此外，参照图9中的(a)和图9中的(b)，球形紧握是这样一种方式：通过展开各个手指以使拇指的内表面和其余手指的内表面位于虚拟的圆周或球面上，由此来围住球形物体，这种方式类似于环形捏握方式。
如图5中的(a)至图9中的(b)所示，在每种用户抓握方式中，抓握物体之前的姿势(被定义为预备姿势)和抓握物体之后的姿势(被定义为抓握姿势)被顺序地呈现。因此，机器人手10在抓握物体之前摆出预备姿势并在抓握物体之后摆出抓握姿势。机器人手10可与用户的抓握姿势类似地抓握物体，或者可与用户的抓握姿势不同地抓握物体。
图10中的(a)至图13中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手10的改变的形状的视图。
参照图10中的(a)至图13中的(b)，机器人手10的形状可根据旋转关节17、第一指间关节15和第二指间关节16的动作进行各种改变。
参照图10中的(a)和图10中的(b)，在机器人手10的第一形状的情况下，所有手指均合拢。机器人手10的第一形状对应于用户的预备姿势：用户的拇指内收以靠近食指，并且所有手指均平行地设置。
此外，参照图11中的(a)和图11中的(b)，在机器人手10的第二形状的情况下，一个手指位于其余手指的相对侧。机器人手10的第二形状对应于用户的预备姿势：用户的拇指外展以使用户的拇指的指尖与食指的指尖相对，并且其余手指弯曲以收拢。
此外，参照图12中的(a)和图12中的(b)，在机器人手10的第三形状的情况下，两个手指位于其余手指的相对侧，以使多对手指彼此相对。机器人手10的第三形状对应于用户的预备姿势：用户的拇指外展以使用户的拇指的指尖与食指的指尖及中指的指尖相对，并且其余手指内收以合拢。
此外，参照图13中的(a)和图13中的(b)，在机器人手10的第四形状的情况下，各个手指以相同的角度旋转远离彼此，各个手指的指尖位于虚拟的圆周上。机器人手10的第四形状对应于用户的预备姿势：用户的拇指外展以使用户的拇指的指尖与食指的指尖及中指的指尖相对，并且其余手指外展以展开。
与根据每种改变的形状的用户抓握方式对应，机器人手10可通过执行内收以使手指的指尖平行而利用手指的指尖表面抓握物体同时拾取物体，或者可通过使手指弯曲而利用手指的内表面和手掌表面在围住物体的同时抓握物体。
图14中的(a)和图14中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手10的捏握式抓握动作的视图。
参照图14中的(a)和图14中的(b)，在捏握的情况下，虽然用户没有直接抓握物体，但是可从用户的手指的指尖的位置估计物体的尺寸。首先，在使用主控手40识别的用户的手指抓握动作期间，用户的拇指的指尖和其余手指的指尖之间的距离被估计为物体的宽度，从用户的手掌到抓握物体的手指的指尖的平均距离被估计为物体距离用户的手掌的高度。然后，根据物体的宽度调节机器人手10的相对的手指的指尖之间的距离W，根据物体距离用户的手掌的高度调节从机器人手10的手指的基部b到机器人手10的手指的指尖的距离h。
如果利用机器人手10获得物体的最大接触表面比利用机器人手10通过再现物体距离用户的手掌的高度而抓握物体更重要，则可将机器人手10的相对的手指的指尖表面18调节至平行。
图15中的(a)和图15中的(b)是示意性地示出根据本发明的实施例的机器人手的紧握式抓握动作的视图。
参照图15中的(a)和图15中的(b)，由于紧握是利用用户的手指的内表面和手掌表面围住物体的用户抓握方式，所以不能有效地再现用户的手指的指尖表面或指尖的位置。对人的紧握的分析显示：手指的关节的角度根据将被围住的物体的宽度而增大，其次手指是弯曲的。这里，用手指的表面围住物体，因此，假设物体的位置相对于机器人手10来说是相对固定的。因此，根据使用主控手40识别的用户的手指的关节的角度来调节机器人手10的手指的关节的角度θ1、θ2、Φ1和Φ2。
当在机器人手10的一些手指彼此相对的条件下执行紧握时，多个手指可能会重叠。在这种情况下，为了防止手指碰撞，机器人手10将受到如下控制。首先，根据用户的其余手指的角度调节机器人手10的相对的手指中的一侧的手指的关节的角度θ1和θ2，以使所述一侧的手指向内弯曲，然后，根据用户的拇指的角度调节机器人手10的相对的手指中的另一侧的手指的关节的角度Φ1和Φ2，以使所述另一侧的手指向内弯曲，同时围住前面提到的所述一侧的手指。此外，对机器人手10的手指碰撞的情况进行预测，以向用户发出手指碰撞的警告，因此，用户可调节机器人手10，以防止机器人手10的手指发生碰撞。
图16是示意性地示出根据本发明的一个实施例的机器人手的控制方法的流程图。
参照图16，使用主控手40识别用户的手指的预备姿势(操作71)。用户的手指存在四种预备姿势。即，用户的手指的四种预备姿势包括用于普通捏握的预备姿势、用于杆式紧握的预备姿势、可执行普通捏握和圆柱形紧握的预备姿势以及可执行环形捏握和球形紧握的预备姿势。
之后，将与识别的用户的手指的预备姿势对应的机器人手10的预备姿势存储在存储单元12中(操作72)。这里，机器人手10的预备姿势对应于机器人手10的第一形状至第四形状中的一种且表示基本姿势，即，在机器人手10的各种改变的形状中的每种中，第一指间关节15和第二指间关节16不执行弯曲动作和伸展动作。
按照与预备姿势相同的方式，使用主控手40识别用户的手指的抓握姿势(操作73)。用户的手指存在五种抓握姿势。即，用户的手指的五种抓握姿势包括用于普通捏握的抓握姿势、用于环形捏握的抓握姿势、用于圆柱形紧握的抓握姿势、用于杆式紧握的抓握姿势以及用于球形紧握的抓握姿势。
之后，将与识别的用户的手指的抓握姿势对应的机器人手10的抓握姿势存储在存储单元12中(操作74)。这里，机器人手10的抓握姿势被设置为对应于用户的手指的抓握姿势。机器人手10的抓握姿势从机器人手10的预备姿势改变，杆式紧握适用于机器人手10的第一形状，普通捏握适用于机器人手10的第二形状和第三形状，圆柱形紧握适用于机器人手10的第三形状，环形捏握和球形紧握适用于机器人手10的第四形状。
因此，成对的用户的手指的预备姿势和机器人手10的预备姿势以及成对的用户的手指的抓握姿势和机器人手10的抓握姿势被存储。
之后，对机器人手10的抓握路径进行插补(例如，对机器人手10的手指的关节的角度进行插补，或者对机器人手10的手指的指尖的位置进行插补)，然后将插补的抓握路径存储在存储单元12中(操作75)。从用户的预备姿势到用户的抓握姿势的抓握动作包括多个部分。机器人手10的预备姿势和机器人手10的抓握姿势与机器人手10的手指的关节的角度和机器人手10的手指的指尖的位置一起被存储。因此，如果在机器人手10的预备姿势和机器人手10的抓握姿势之间对机器人手10的姿势进行插补，则在机器人手10的抓握动作中包括机器人手10的手指的关节的角度和机器人手10的手指的指尖的位置的抓握路径可被存储。因此，如果使用主控手40控制机器人手10，则机器人手10可根据预先存储的抓握路径执行抓握动作。
即使机器人手10的抓握路径没有被存储在存储单元12中，当机器人手10的预备姿势和抓握姿势被存储在存储单元12中时，机器人手10也可在机器人手10的预备姿势和抓握姿势之间实时地执行插补的同时根据抓握路径执行抓握动作。
图17是示意性地示出根据本发明的另一实施例的机器人手的控制方法的流程图。
参照图17，使用主控手40识别用户的手指的预备姿势(操作81)。这里，用户的手指的四种预备姿势中与机器人手10的改变的形状对应的一种预备姿势被识别。如果用户展开所有手指并使拇指内收以使拇指靠近食指，则用户的手指的预备姿势可被判断为用于杆式紧握的预备姿势。此外，如果用户使拇指外展以使拇指的指尖与食指的指尖相对，并使其余手指弯曲以向内收拢其余手指，则用户的手指的预备姿势可被判断为用于普通捏握的预备姿势。此外，如果用户使拇指外展以使拇指的指尖与食指的指尖和中指的指尖相对，并合拢其余手指，则用户的手指的预备姿势可被判断为用于普通捏握或圆柱形紧握的预备姿势。此外，如果用户使拇指外展以使拇指的指尖与食指的指尖和中指的指尖相对，并展开其余手指，则用户的手指的预备姿势可被判断为用于环形捏握或球形紧握的预备姿势。
之后，根据识别的用户的手指的预备姿势改变机器人手10的形状(操作82)。从存储在存储单元12中的机器人手10的预备姿势判断与用户的手指的预备姿势对应的机器人手10的预备姿势，并改变机器人手10的形状以对应于判断的机器人手10的预备姿势。因此，在用于杆式紧握的预备姿势的情况下，机器人手10的形状变成第一形状，在用于普通捏握的预备姿势的情况下，机器人手10的形状变成第二形状，在用于普通捏握或圆柱形紧握的预备姿势的情况下，机器人手10的形状变成第三形状，在用于环形捏握或球形紧握的预备姿势的情况下，机器人手10的形状变成第四形状。
之后，判断在识别的用户的手指的预备姿势中用户的手指的关节的角度的改变量是否超过参考改变量(操作83)。如果用户的手指的关节的角度的改变量没有超过参考改变量，则维持机器人手10的形状。更具体地说，如果用户的手指的进行内收和外展的关节的角度的改变量没有超过参考改变量，则维持机器人手10的进行内收和外展的旋转关节17的形状。这里，将指定的力施加到机器人手10的进行内收和外展的旋转关节17，以允许旋转关节17具有指定的刚度，因此，机器人手10的旋转关节17被固定而不进行内收和外展。另一方面，如果用户的手指的关节的角度的改变量超过参考改变量，则再次改变机器人手10的形状，以对应于用户的手指的预备姿势。
之后，使用主控手40识别用户的手指的抓握动作(操作84)。根据用户的手指的抓握路径，用户的手指的抓握动作包括多个部分。此外，可在机器人手10的预备姿势和抓握姿势之间执行插补，然后，可将机器人手10的抓握路径预先存储在存储单元12中，或者可在根据用户的手指的抓握路径在机器人手10的预备姿势和抓握姿势之间实时地执行插补的同时产生抓握路径。因此，可识别用户的手指的抓握动作，并可判断与机器人手10的抓握路径上的抓握动作的部分对应的机器人手10的姿势。
之后，根据与用户的手指的预备姿势对应的抓握姿势执行机器人手10的抓握动作(操作85)。这里，抓握姿势可以是杆式紧握或普通捏握。根据从机器人手10的预备姿势到机器人手10的抓握姿势的抓握路径来调节机器人手10的姿势。这里，可根据用户的手指的姿势实时地调节机器人手10的姿势。
图18是示意性地示出根据本发明的又一实施例的机器人手的控制方法的流程图。
参照图18，使用主控手40识别用户的手指的预备姿势(操作91)。
之后，从识别的用户的手指的预备姿势判断用户期望的抓握姿势(操作92)。如果可以按照用户的手指的预备姿势执行捏握或紧握，则用户期望的抓握姿势可被判断为捏握和紧握中的一种。如果在用户的手指的预备姿势中用户的手指的近端指间关节弯曲指定角度或更大的角度，则用户期望的抓握姿势可被判断为紧握。此外，如果在用户的手指的预备姿势中用户的手指的近端指间关节展开小于指定角度的角度，则用户期望的抓握姿势可被判断为捏握。
之后，根据识别的用户的手指的预备姿势改变机器人手10的形状(操作93)。之后，判断在识别的用户的手指的预备姿势中用户的手指的关节的角度的改变量是否超过参考改变量(操作94)。如果用户的手指的关节的角度的改变量没有超过参考改变量，则维持机器人手10的形状。另一方面，如果用户的手指的关节的角度的改变量超过参考改变量，则再次改变机器人手10的形状，以对应于用户的手指的预备姿势。
之后，使用主控手40识别用户的手指的抓握动作(操作95)。之后，根据用户期望的抓握姿势执行机器人手10的抓握动作(操作96)。根据从机器人手10的预备姿势到机器人手10的抓握姿势的抓握路径来调节机器人手10的姿势。这里，可根据用户的手指的姿势实时地调节机器人手10的姿势。如果用户期望的抓握姿势被判断为紧握，则通过在机器人手10的预备姿势和机器人手10的紧握之间执行插补来产生抓握路径，并根据产生的抓握路径执行机器人手10的抓握动作。此外，如果用户期望的抓握姿势被判断为捏握，则通过在机器人手10的预备姿势和机器人手10的捏握之间执行插补来产生抓握路径，并根据产生的抓握路径执行机器人手10的抓握动作。
从上面的描述清楚的是，在根据本发明的一个实施例的机器人手的控制方法中，根据识别的用户的手指的预备姿势改变机器人手的形状，因此，即使机器人手的形状不同于人手的形状，机器人手也可使用主控装置容易地抓握物体。此外，由于可根据物体的种类改变机器人手的形状，所以机器人手可有效地抓握物体，同时确保机器人手与物体的最大接触面积。此外，机器人手在根据通过识别用户的抓握动作而获得的期望的抓握姿势对机器人手的抓握路径进行插补的同时执行抓握动作，因此，机器人手可平稳地抓握物体，而无需在用户的手指的关节的角度和用户的手指的指尖的位置与机器人手之间建立一对一的映射。
虽然已经示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变。

Claims (14)

1.一种机器人手的控制方法，所述控制方法包括下述步骤：
使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；
判断与识别的用户的手指的预备姿势对应的机器人手的预备姿势，改变机器人手的形状以对应于所判断的机器人手的预备姿势；
使用主控装置识别用户的手指的抓握动作；
根据与识别的用户的手指的预备姿势对应的抓握姿势执行机器人手的抓握动作，
其中，改变机器人手的形状的步骤包括：改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中，改变机器人手的形状的步骤还包括：在改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状之后，以指定刚度固定机器人手的进行内收和外展的关节。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中，执行机器人手的抓握动作的步骤包括：将在识别的用户的手指的抓握动作中用户的拇指的指尖和其余手指的指尖之间的距离估计为物体的宽度；将在识别的用户的手指的抓握动作中从用户的手掌到抓握物体的手指的指尖的平均距离估计为物体距离手掌的高度。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其中，执行机器人手的抓握动作的步骤还包括：根据物体的宽度调节机器人手的相对的手指的指尖之间的距离；根据物体距离手掌的高度调节从机器人手的手指的基部到机器人手的手指的指尖的距离。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其中，执行机器人手的抓握动作的步骤包括：根据在识别的用户的手指的抓握动作中用户的手指的关节的角度调节机器人手的手指的关节的角度。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其中，执行机器人手的抓握动作的步骤还包括：根据用户的其余手指的关节的角度弯曲机器人手的相对的手指中的一侧的手指；根据用户的拇指的关节的角度弯曲机器人手的相对的手指中的另一侧的手指。
7.一种机器人手的控制方法，所述控制方法包括下述步骤：
使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；
从识别的用户的手指的预备姿势判断与识别的用户的手指的预备姿势对应的机器人手的预备姿势以及用户期望的抓握姿势；
改变机器人手的形状以对应于机器人手的判断的预备姿势；
使用主控装置识别用户的手指的抓握动作；
根据判断的用户期望的抓握姿势执行机器人手的抓握动作，
其中，改变机器人手的形状的步骤包括：改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其中，在判断用户期望的抓握姿势的步骤中，用户期望的抓握姿势被判断为捏握和紧握中的一种。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其中，在判断用户期望的抓握姿势的步骤中，当在识别的预备姿势中用户的手指的近端指间关节弯曲参考角度或更大的角度时，用户期望的抓握姿势被判断为紧握。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其中，执行机器人手的抓握动作的步骤包括：通过在机器人手的预备姿势和机器人手的紧握之间执行插补来执行机器人手的抓握动作。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其中，在判断用户期望的抓握姿势的步骤中，当在识别的抓握动作中用户的手指的近端指间关节展开小于参考角度的角度时，用户期望的抓握姿势被判断为捏握。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其中，执行机器人手的抓握动作的步骤包括：通过在机器人手的预备姿势和机器人手的捏握之间执行插补来执行机器人手的抓握动作。
13.一种机器人手的控制方法，所述控制方法包括下述步骤：
使用主控装置识别用户的手指的预备姿势；
判断与识别的用户的手指的预备姿势对应的机器人手的预备姿势，改变机器人手的形状以对应于所判断的机器人手的预备姿势，其中，改变机器人手的形状包括改变机器人手的进行内收和外展的关节的形状；
当在识别的用户的手指的预备姿势中用户的手指的关节的角度的改变量小于参考改变量时，维持机器人手的形状。
14.根据权利要求13所述的控制方法，其中，维持机器人手的形状的步骤包括：当用户的手指的进行内收和外展的关节的角度的改变量小于参考改变量时，维持机器人手的进行内收和外展的关节的形状。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2919948T3 (da) * 2012-11-14 2017-11-27 European Space Agency (Esa) Håndstyringsindretning
JP2016052697A (ja) * 2014-09-03 2016-04-14 インターマン株式会社 人型ロボット
KR101962889B1 (ko) * 2015-07-27 2019-03-28 한국전자통신연구원 작업환경 변화에 적응적인 로봇 동작 데이터 제공장치 및 그 방법
US9694494B1 (en) 2015-12-11 2017-07-04 Amazon Technologies, Inc. Feature identification and extrapolation for robotic item grasping
CN105945955B (zh) * 2016-07-26 2017-07-18 耿跃峰 一种自动机械臂
JP6514156B2 (ja) * 2016-08-17 2019-05-15 ファナック株式会社 ロボット制御装置
CN106808461B (zh) * 2017-03-16 2019-03-19 合肥工业大学 磁流变力反馈式数据手套及应用其实现远程操作的方法
EP3625462B8 (en) * 2017-05-17 2024-05-01 Exosapien Technologies Inc. Control system for and method of operating joints
CN110662631B (zh) * 2017-05-17 2023-03-31 远程连接株式会社 控制装置、机器人控制方法以及机器人控制系统
JP6902208B2 (ja) * 2017-11-14 2021-07-14 オムロン株式会社 把持方法、把持システム及びプログラム
CN108284444B (zh) * 2018-01-25 2021-05-11 南京工业大学 人机协作下基于Tc-ProMps算法的多模式人体动作预测方法
JP2023157679A (ja) * 2022-04-15 2023-10-26 川崎重工業株式会社 遠隔操作システム及び遠隔操作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042555A (en) * 1997-05-12 2000-03-28 Virtual Technologies, Inc. Force-feedback interface device for the hand
CN101804633A (zh) * 2010-04-06 2010-08-18 清华大学 腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手装置
CN102012740A (zh) * 2010-11-15 2011-04-13 中国科学院深圳先进技术研究院 人机交互方法及系统

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2416094A1 (fr) * 1978-02-01 1979-08-31 Zarudiansky Alain Dispositif de manipulation a distance
JPS58502189A (ja) * 1981-12-24 1983-12-22 ブロンベルグ　ロボテルテクニ−ク　ジ−エム　ビ−　エイチ 組立用ロボット
JPS6076986A (ja) * 1983-09-30 1985-05-01 株式会社東芝 ロボツト
JPS60221277A (ja) * 1984-04-13 1985-11-05 三菱電機株式会社 マスタ−ハンド
US6701296B1 (en) * 1988-10-14 2004-03-02 James F. Kramer Strain-sensing goniometers, systems, and recognition algorithms
US5047952A (en) * 1988-10-14 1991-09-10 The Board Of Trustee Of The Leland Stanford Junior University Communication system for deaf, deaf-blind, or non-vocal individuals using instrumented glove
US5004391A (en) * 1989-08-21 1991-04-02 Rutgers University Portable dextrous force feedback master for robot telemanipulation
US5631861A (en) * 1990-02-02 1997-05-20 Virtual Technologies, Inc. Force feedback and texture simulating interface device
US5548667A (en) * 1991-05-24 1996-08-20 Sony Corporation Image processing system and method thereof in which three dimensional shape is reproduced from two dimensional image data
JPH0557637A (ja) 1991-08-30 1993-03-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ロボツトハンドのマスタ・スレーブ対応動作制御装置
JPH0569374A (ja) * 1991-09-14 1993-03-23 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 指モジユール、指モジユール構造、ロボツトハンドおよび指モジユールの信号検出取出方法
JP2913611B2 (ja) 1991-10-22 1999-06-28 日本電信電話株式会社 学習型筋電パターン認識ロボットハンド制御装置
WO1997009153A1 (en) * 1995-09-08 1997-03-13 Ross-Hime Designs, Inc. Robotic manipulator
US6565563B1 (en) * 1996-09-23 2003-05-20 John M. Agee Method and apparatus for increasing the range of motion of one or more contracted joints through external forces independently transmitted to the skeleton
US6016385A (en) * 1997-08-11 2000-01-18 Fanu America Corp Real time remotely controlled robot
EP0905644A3 (en) 1997-09-26 2004-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hand gesture recognizing device
JP2000132305A (ja) 1998-10-23 2000-05-12 Olympus Optical Co Ltd 操作入力装置
US6924787B2 (en) * 2000-04-17 2005-08-02 Immersion Corporation Interface for controlling a graphical image
JP3884249B2 (ja) * 2001-08-24 2007-02-21 独立行政法人科学技術振興機構 人間型ハンドロボット用教示システム
JP3876234B2 (ja) * 2003-06-17 2007-01-31 ファナック株式会社 コネクタ把持装置、同装置を備えたコネクタ検査システム及びコネクタ接続システム
GB2424723B (en) * 2003-11-13 2007-09-19 Japan Science & Tech Agency Method for driving robot
JP4534015B2 (ja) 2005-02-04 2010-09-01 独立行政法人産業技術総合研究所 マスタ・スレーブ式ロボット制御情報確定方法
US7862522B1 (en) * 2005-08-08 2011-01-04 David Barclay Sensor glove
JP4456561B2 (ja) * 2005-12-12 2010-04-28 本田技研工業株式会社 自律移動ロボット
WO2007097548A1 (en) 2006-02-20 2007-08-30 Cheol Woo Kim Method and apparatus for user-interface using the hand trace
JP4238256B2 (ja) * 2006-06-06 2009-03-18 ファナック株式会社 ロボットシミュレーション装置
JP5105147B2 (ja) * 2006-08-28 2012-12-19 株式会社安川電機 ロボットおよび制御方法
JP4918004B2 (ja) * 2006-11-24 2012-04-18 パナソニック株式会社 多指ロボットハンド
JP4930100B2 (ja) * 2007-02-27 2012-05-09 ソニー株式会社 力触覚ディスプレイ、力触覚ディスプレイの制御方法、並びにコンピュータ・プログラム
JP4316630B2 (ja) * 2007-03-29 2009-08-19 本田技研工業株式会社 ロボット、ロボットの制御方法およびロボットの制御プログラム
CA2591808A1 (en) * 2007-07-11 2009-01-11 Hsien-Hsiang Chiu Intelligent object tracking and gestures sensing input device
JP4835616B2 (ja) 2008-03-10 2011-12-14 トヨタ自動車株式会社 動作教示システム及び動作教示方法
KR101479232B1 (ko) * 2008-05-13 2015-01-06 삼성전자 주식회사 로봇과 로봇 핸드, 로봇 핸드의 제어 방법
KR101549818B1 (ko) * 2008-12-02 2015-09-07 삼성전자 주식회사 로봇 핸드 및 그 제어방법
WO2010099034A1 (en) * 2009-02-25 2010-09-02 Honda Motor Co., Ltd. Capturing and recognizing hand postures using inner distance shape contexts
US8504198B2 (en) * 2009-05-14 2013-08-06 Honda Motor Co., Ltd. Robot hand and control system, control method and control program for the same
WO2010131605A1 (ja) * 2009-05-14 2010-11-18 本田技研工業株式会社 ５指型ハンド装置
US8483880B2 (en) * 2009-07-22 2013-07-09 The Shadow Robot Company Limited Robotic hand
US8467903B2 (en) * 2009-09-22 2013-06-18 GM Global Technology Operations LLC Tendon driven finger actuation system
US8255079B2 (en) * 2009-09-22 2012-08-28 GM Global Technology Operations LLC Human grasp assist device and method of use
KR20110055062A (ko) * 2009-11-19 2011-05-25 삼성전자주식회사 로봇 시스템 및 그 제어 방법
JP2011200948A (ja) * 2010-03-24 2011-10-13 Sony Corp 把持判別装置および把持判別方法
KR101778030B1 (ko) * 2010-09-27 2017-09-26 삼성전자주식회사 로봇 및 그 제어방법
KR101308373B1 (ko) * 2010-11-17 2013-09-16 삼성전자주식회사 로봇 제어방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6042555A (en) * 1997-05-12 2000-03-28 Virtual Technologies, Inc. Force-feedback interface device for the hand
CN101804633A (zh) * 2010-04-06 2010-08-18 清华大学 腱绳并联灵巧欠驱动仿生机器人手装置
CN102012740A (zh) * 2010-11-15 2011-04-13 中国科学院深圳先进技术研究院 人机交互方法及系统

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