CN112917474B - 人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台及提取方法 - Google Patents

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Abstract

人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台及提取方法，属于机械臂技术领域。该提取平台，包括桌面、安装在桌面上的可调角度平口钳，被夹持在可调角度平口钳上的平板，与平板上设有的螺纹孔螺纹连接的六角螺栓，用于拧动六角螺栓的扳手，以及用于罩设在眼睛上的眼罩。该提取方法，包括以下步骤：被试者佩戴眼罩，手持扳手；由监督者引导被试者持有扳手至起始位置；被试者从初始位置自行发挥，调整位置姿态，直到内六角扳手末端完全对准并插入内六角螺栓孔内；记录实验过程。本发明可以消除人与机器人之间差异带来的影响，便于将人的工具操作技能执行情况传递给机器人，提高机器人的学习效率。

Description

人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台及提取方法
技术领域
本发明属于机械臂技术领域，特别是涉及一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台及方法。
背景技术
精细的工具操作能力是未来机械臂广泛应用的重要基础。如果将人使用工具的操作技能转移到机械臂，机械臂可以较快学习灵巧的工具操作技能。但是人手臂的配置与机械臂不同，需要在提取人使用工具的操作技能时考虑机械臂的实际应用场景与具体配置，因此需要设计一种人使用工具的操作技能提取方法。此外，还需要针对机械臂进行工具操作时候的场景来设计一套技能提取实验台，以统计并归纳被试实验对象在执行特定工具操作任务时的行为特征与决策意识。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台及方法，用以解决上述问题。
本发明所采取的技术方案是：
一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台，包括桌面、安装在桌面上的可调角度平口钳，被夹持在可调角度平口钳上的平板，与平板上设有的螺纹孔螺纹连接的六角螺栓，用于拧动六角螺栓的扳手，以及用于罩设在眼睛上的眼罩。
一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取方法，包括以下步骤：
S1.组装提取平台，被试者站立；
S2.被试者佩戴眼罩，用于提取人的无视觉操作技能，被试者手持扳手；
S3.由监督者引导被试者持有扳手至起始位置；
S4.被试者从初始位置自行发挥，调整位置姿态，直到内六角扳手末端完全对准并插入内六角螺栓孔内；
S5.记录实验过程，监督者记录被试者沿x、y、z轴微小移动和绕x、y、z轴转动的过程；
S6.多次重复上述S4和S5，确定最优操作经验；
S7.多次重复最优操作经验，确定最优操作经验能否成功；
S8.将被试者的调整经验，在机械臂上进行验证，验证将被试者的操作经验传递到机械臂的效果。
本发明的有益效果在于：
1.本发明可以消除人与机器人之间差异带来的影响，便于将人的工具操作技能执行情况传递给机器人，提高机器人的学习效率。
2.能够在采集人操作工具的过程中，通过调姿试验台的姿态来提供不同的被操作的内六角螺栓的姿态，扩大实验数据的分布。
附图说明
图1是本发明示意图；
1、被试者；2、手臂；3、人手；4、扳手；5、扳手末端；6、六角螺栓孔；7、六角螺栓；8、桌面；9、可调角度平口钳；10、平板；11、螺纹孔；12、眼罩。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图1，对本发明做进一步详细的描述。
将人使用工具的操作技能转移到机械臂上，需要考虑人手臂在执行工具操作任务时和机械臂执行工具操作任务时的不同。在进行人使用工具的操作技能提取时要考虑根据机器人平台的实际情况对被试人员进行限制。
如机械臂要仅根据末端力传感器而不使用视觉传感器操作六角扳手插入内六角螺栓的六角孔内，在对应提取人持有六角扳手旋拧内六角螺栓的操作技能时，则需要使用眼罩来挡住人的眼镜，提取人的无视觉操作技能。
此外考虑到机械臂末端六角扳手工具和力传感器的配置情况，需要限制人持有扳手的姿势和抓取位置。由于人在进行六角扳手工具操作时，人手和扳手工具接触的部分，都是施力位置和受力位置，而对机械臂来说，六角扳手配置在末端六维力/力矩传感器的正中间，扳手有一定的长度。因此被试者进行实验时，手需要尽量远离六角扳手末端，且手指接触面积小，且几个手指位置尽量集中。
由于机械臂的最后一个关节轴线与末端安装的六维力/力矩传感器以及扳手的轴线共线，因此在进行被试者执行六角扳手工具操作的统计分析实验时，要求被试者手的夹紧方向尽量与扳手共线。
由于我们此次设计的人臂手操作六角扳手工具技能提取方法针对的任务是如何从扳手末端接触内六角螺钉的螺钉孔到扳手对准插入内六角螺钉孔中，因此在被试者进行实验时，设定实验的起始位置为人以特定方式持有六角扳手后，在监督者的引导下，六角扳手接触内六角螺钉的螺钉孔。
为了使内六角螺栓轴线方向可调，使用可调角度平口钳夹住平板，再在平板上加工螺纹孔。另将内六角螺栓与平板上的螺纹孔进行连接。以上构成人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台。在进行技能提取时，可调角度平口钳放置在水平桌面上，可根据实验需求在桌面平面上旋转，可调角度平口钳也可以调整所夹取的平板的姿态。这两种方式使被试者能够面对不同的内六角螺栓的姿态。
具体方案如下：
一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取平台，包括桌面8、安装在桌面8上的可调角度平口钳9，被夹持在可调角度平口钳9上的平板10，与平板10上设有的螺纹孔11螺纹连接的六角螺栓7，用于拧动六角螺栓7的扳手4，以及用于罩设在眼睛上的眼罩12。
使用可调角度平口钳9夹取平板10，平板10上钻螺纹孔11，并在螺纹孔11上旋拧对应尺寸的内六角螺栓7。可调角度平口钳9不仅可以调整平板10与水平面之间的夹角，还可以通过在水平面绕水平面的垂线旋转可调角度平口钳9来调整内六角螺栓7的姿态。监督者引导被试者手持内六角扳手4接近内六角螺栓7前，可以调整可调角度平口钳9在两个方向上的姿态，作为起始状态。
一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取方法，包括以下步骤：
S1.组装提取平台，被试者1站立、站立方便手臂2伸直；
具体为可调角度平口钳9放置在水平桌面8上，可调角度平口钳9夹住平板10，再在平板10上加工螺纹孔11，另将内六角螺栓7与平板上的螺纹孔11进行连接，完成提取平台的组装。
S2.被试者1佩戴眼罩12，用于提取人的无视觉操作技能，被试者1手持扳手4；
具体为：被试者1在实验前要按照监督者的要求进行准备，并被告知规则，需要做的准备：被试者闭上眼，并使用眼罩12将眼睛遮蔽。需要被告知的规则：被试者1持有扳手4时要尽量保持人手夹紧方向与扳手4的轴线共线，人手3抓取扳手4的位置尽量远离扳手末端5。被试者1在以规定位置姿势持有扳手4，并被眼罩12遮住眼睛后，由监督者拖拽被试者的手臂2，在监督者的观察下达到初始位置。
S3.由监督者引导被试者1持有扳手4至起始位置；
初始位置设定为内六角扳手末端5搭到内六角螺栓孔6的边缘，内六角扳手4姿态竖直，内六角螺栓孔6的轴线根据可调角度平口钳9来调整。如配图所示，通过俯仰和偏转来调节可调角度平口钳9的姿态和角度，进而控制内六角螺栓孔6的轴线，模拟在不同工况下内六角螺栓7的位置和姿态。
S4.被试者1从初始位置自行发挥，调整位置姿态，直到内六角扳手末端5完全对准并插入内六角螺栓孔6内；
如配图所示，被试者1在眼睛被遮蔽的情况下，通过人手3感知力的大小和方向，根据力的反馈控制扳手4沿x、y、z轴微小移动和绕x、y、z轴转动调整其位置姿态，直到被试者1认为内六角扳手4完全对准并插入内六角螺栓孔6内，并告知监督者，表示一次实验结束。
S5.记录实验过程，监督者记录被试者1沿x、y、z轴微小移动和绕x、y、z轴转动的过程；每次实验，无论成功失败，都记录下被试者自己口述的调整过程，并由被试者总结经验。经验总结尽可能详细，包括但不限于如何根据感知力的大小判定调整方式、优先调整哪一方向更容易使内六角扳手4顺利插入内六角螺栓孔6内。
S6.多次重复上述S4和S5，确定最优操作经验；
S7.多次重复最优操作经验，确定最优操作经验能否成功；
S8.将被试者1的调整经验，在机械臂上进行验证，验证将被试者1的操作经验传递到机械臂的效果。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (2)

1.一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.组装提取平台，被试者（1）站立； 所述提取平台包括桌面（8）、安装在桌面（8）上的可调角度平口钳（9），被夹持在可调角度平口钳（9）上的平板（10），与平板（10）上设有的螺纹孔（11）螺纹连接的六角螺栓（7），用于拧动六角螺栓（7）的扳手（4），以及用于罩设在眼睛上的眼罩（12），
S2.被试者（1）佩戴眼罩（12），用于提取人的无视觉操作技能，被试者（1）手持扳手（4），被试者（1）持有扳手（4）时保持人手夹紧方向与扳手（4）的轴线共线，人手（3）抓取扳手（4）的位置远离扳手末端（5）；
S3.由监督者引导被试者（1）持有扳手（4）至起始位置，初始位置设定为扳手末端（5）搭到内六角螺栓孔（6）的边缘，内六角扳手（4）姿态竖直，内六角螺栓孔（6）的轴线根据可调角度平口钳（9）来调整；
S4.被试者（1）从初始位置自行发挥，调整位置姿态，直到内六角扳手末端（5）完全对准并插入内六角螺栓孔（6）内，控制扳手（4）沿x、y、z轴微小移动和绕x、y、z轴转动调整其位置姿态，直到被试者（1）认为内六角扳手（4）完全对准并插入内六角螺栓孔（6）内，并告知监督者，表示一次实验结束；
S5.记录实验过程，监督者记录被试者（1）沿x、y、z轴微小移动和绕x、y、z轴转动的过程；
S6.多次重复上述S4和S5，确定最优操作经验；
S7.多次重复最优操作经验，确定最优操作经验能否成功；
S8.将被试者（1）的调整经验，在机械臂上进行验证，验证将被试者（1）的操作经验传递到机械臂的效果。
2.根据权利要求1所述的一种人臂手操作六角扳手工具的技能提取方法，其特征在于：在S1中，可调角度平口钳（9）放置在水平桌面（8）上，可调角度平口钳（9）夹住平板（10），再在平板（10）上加工螺纹孔（11），另将内六角螺栓（7）与平板上的螺纹孔（11）进行连接，完成提取平台的组装。
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