CN113183150B - 仿生手控制优化方法、系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种仿生手控制优化方法、系统及电子设备，涉及仿生机械手控制领域，该方法首先获取仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；然后从预设指令集中确定与运动模式相对应的运动指令；其中，运动指令包含多个仿生手的手指弯曲角度指令；再通过实时获取信号切换模式下的用户与仿生手之间的切换信号；并根据用户选择的执行模式，通过切换信号执行运动指令中的手指弯曲角度指令。该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作，能够实现快速复杂的手指动作，优化了仿生手运动轨迹，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

Description

仿生手控制优化方法、系统及电子设备

技术领域

本发明涉及仿生机械手控制领域，尤其是涉及一种仿生手控制优化方法、系统及电子设备。

背景技术

仿生手是较为常见的一种医疗辅助机械，仿生手是由多个电机驱动相应仿生手指的器械，作为上肢截肢者的辅助机械来执行类似人手的各种操作。随着技术的进步，此类仿生手的动作形式也更加多样化、人性化，但功能的增多带来了控制逻辑更加复杂，仿生手控制器的运动轨迹比较呆板，与真实手臂的流畅操作相比还有很大的优化空间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种仿生手控制优化方法、系统及电子设备，该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作，能够实现快速复杂的手指动作，优化了仿生手的运动轨迹效果，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

第一方面，本发明实施例提供了一种仿生手的控制优化方法，该方法包括：

获取仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；

从预设指令集中确定与运动模式相对应的运动指令；其中，运动指令包含仿生手中至少一个手指的运行动作；

实时获取信号切换模式下的用户与仿生手之间的切换信号；

根据用户选择的执行模式，通过切换信号执行运动指令，控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作。

在一些实施方式中，若运动指令中包含仿生手的单个手指弯曲角度，则通过切换信号执行运动指令，控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作，包括：

实时获取运动指令中的仿生手的单个手指弯曲角度，并根据单个手指弯曲角度确定单个手指的最终位置；

控制仿生手的单个手指从当前位置运动至单个手指的最终位置。

在一些实施方式中，控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作的过程，包括：

实时获取仿生手的手指闭合力度；其中，手指闭合力度为手指在抓取物体时手指表面产生的压力；

将手指闭合力度与预设力度阈值进行对比；若手指闭合力度小于预设力度阈值时，保持手指持续运动；若手指闭合力度不小于预设力度阈值时，停止手指的运动。

在一些实施方式中，若运动指令中包含仿生手的多个手指弯曲角度，则通过切换信号执行运动指令控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作，包括：

获取运动指令中包含仿生手的多个手指弯曲角度以及控制顺序的指令，并根据手指弯曲角度确定手指的最终位置；

按照多个手指的控制顺序，控制手指从当前位置运动至相应的最终位置。

在一些实施方式中，预设指令集包含多种与运动模式相对应的运动指令集；运动指令集是通过对仿生手的所有手指的运动指令进行指令编辑、打包、传输所生成的；

预设指令集从云端和/或本地获取；其中，从云端获取的预设指令集预先部署在云端服务器中；从本地的预设指令集预先部署在仿生手中。

在一些实施方式中，上述仿生手的运动模式，至少包括：抓取模式、握持模式、敲击模式、夹持模式、平推模式和伸展复位模式；

与仿生手的运动模式相对应的运动指令，至少包括：第一类指令、第二类指令或第三类指令；第一类指令用于控制仿生手的手指实现抓取动作；第二类指令用于控制仿生手的手指全部展开；第三类指令用于控制仿生手的手指闭合力度；

执行模式，至少包括：立刻执行模式、延时执行模式、周期执行模式、暂停执行模式、执行完成停止模式和立即停止模式。

在一些实施方式中，上述信号切换模式以及执行模式的模式选择过程，通过肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现。

第二方面，本发明实施例提供了一种仿生手的控制优化系统，该系统包括：

运动模式获取模块，用于获取仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；

运动指令获取模块，用于从预设指令集中确定与运动模式相对应的运动指令；其中，运动指令包含仿生手中至少一个手指的弯曲角度指令；

切换信号获取模块，用于实时获取信号切换模式下的用户与仿生手之间的切换信号；

动作控制模块，根据用户选择的执行模式，通过切换信号执行运动指令，控制仿生手的手指到达运动指令指定的弯曲角度；并控制所述仿生手的手指到达所述运动指令指定的手指闭合力度。

在一些实施方式中，仿生手的控制优化系统还包括：指令集生成模块；其中，指令集生成模块用于向运动指令获取模块中提供预设指令集；

预设指令集中，包含仿生手的多个手指的弯曲角度指令集合。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行计算机程序时实现上述第一方面提到的仿生手的控制优化方法的步骤。

在一些实施方式中，上述电子设备可以实现：预设指令集的编写，直连仿生手实时动作控制；从本地的预设指令集部署在仿生手中；上传指令集到云端进行指令集，进行指令集的共享；从云端获取的预先部署在云端服务器中的指令集；通过云端实时网络连接，实时仿生手远程实时动作控制。预设指令集从云端和/或本地获取；其中，从云端获取的预设指令集预先部署在云端服务器中；从本地的预设指令集预先部署在仿生手中。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其中，程序代码使处理器执行上述第一方面提到的仿生手的控制优化方法的步骤。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供了一种仿生手控制优化方法、系统及电子设备，该方法首先获取仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；然后从预设指令集中确定与运动模式相对应的运动指令；其中，运动指令包含仿生手中至少一个手指的弯曲角度；再通过实时获取信号切换模式下的用户与仿生手之间的切换信号；并根据用户选择的执行模式，通过切换信号执行运动指令，控制仿生手的手指到达运动指令指定的弯曲角度。该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作，能够实现快速复杂的手指动作，优化了仿生手的运动轨迹效果，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义的确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种仿生手控制优化方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，利用手指弯曲角度控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作的过程的流程图；

图3为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，步骤S202的流程图；

图4为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，利用指令集中的多个指令控制仿生手的流程图；

图5为本发明实施例提供的仿生手控制优化方法中，伸展复位模式下的仿生手的示意图；

图6为本发明实施例提供的采用仿生手控制优化方法对方块物体进行抓取的示意图；

图7为本发明实施例提供的采用仿生手控制优化方法对圆棒状物体进行抓取的示意图；

图8为本发明实施例提供的采用仿生手控制优化方法对方薄状物体进行抓取的示意图；

图9为本发明实施例提供的采用仿生手控制优化方法对易碎物体进行抓取的示意图；

图10为本发明实施例提供的采用仿生手控制优化方法对键盘进行操作的示意图；

图11为本发明实施例提供的一种仿生手的控制优化系统的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的另一种仿生手的控制优化系统的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

图标：

1110-运动模式获取模块；1120-运动指令获取模块；1130-切换信号获取模块；1140-动作控制模块；1150-指令集生成模块；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

仿生手是较为常见的一种医疗辅助机械，仿生手是由多个电机驱动相应仿生手指的器械，作为上肢截肢者的辅助机械来执行类似人手的各种操作。随着技术的进步，此类仿生手的动作形式也更加多样化、人性化，但功能的增多带来了控制逻辑更加复杂，仿生手控制器的运动轨迹比较呆板，与真实手臂的流畅操作相比还有很大的优化空间。

基于此，本发明实施例提供的一种仿生手控制优化方法、系统及电子设备，该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作，能够实现快速复杂的手指动作，优化了仿生手的运动轨迹效果，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种仿生手控制优化方法进行详细介绍。

参见图1所示的一种仿生手控制优化方法的流程图，该方法包括：

仿生手控制优化方法、系统及电子设备，该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作，能够实现快速复杂的手指动作，优化了仿生手的运动轨迹效果，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

第一方面，本发明实施例提供了一种仿生手的控制优化方法，该方法包括：

步骤S101，获取仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式。

仿生手的运动模式对应用户通过使用仿生手所实现的动作，例如：握持棒状物体、握持方块物体、握持片状物体、敲击键盘等动作即可对应相应的运动模式。运动模式为用户操作仿生手的基础参数，对应着仿生手的最终运动结果。上述运动模式，可以通过一套指令集进行完整描述，具体的说，指令集中包含着一套或多套完整的动作。

信号切换模式对应着用户在对仿生手运动进行控制过程中的切换动作，可通过相应的传感器的切换指令所实现，例如肌电传感器对应的切换动作即为用户的肌肉紧绷或松弛；重力加速度传感器对应的切换动作即为用户摆动部署有重力加速度传感器的身体部位，如摇头、点头，抬腿、转动身体等。当重力加速度传感器部署在用户的头部、腿部或身体其他部位时，用户执行上述动作即可被重力加速度传感器所捕获。

执行模式对应的是用户操作仿生手时的执行延时或周期，暂停或停止，可控制仿生手的多次周期操作以及延时操作。

步骤S102，从预设指令集库中导入相对应的运动指令集；其中，指令集包含至少一个运动指令；其中，运动指令包含仿生手中至少一个手指的弯曲角度指令。

预设的指令集可通过相应的指令编辑器获取得到，指令编辑器为可编辑运动指令的控制终端，包含但不限于手机、平板电脑、工控机、个人计算机等。通过指令编辑器中设置的相应控制软件实现编辑单个运动指令，具体的说，控制软件通过人机交互界面提供操作进行设计和编辑运动指令，或可进行监控指令运行状态。控制软件为运行在指令编辑器上的应用程序，该程序的作用是：设计和编辑待运行的控制单条指令，组合指令运行逻辑，设计运动指令；还可单独控制单条指令动作，发送单条指令给装置控制总成，暂停和停止动作指令的发送；监控指令发送、运行状态，记录运行数据并可进行上传数据到服务器进行分析。

指令编辑器生成的运动指令中包含多个仿生手的手指弯曲角度指令，每个手指弯曲角度指令单独控制仿生手中单个手指的动作，即仿生手的单个手指执行相应的单个动作。单个动作可以为仿生手的手指伸张、手指弯曲闭合、手指闭合力度。指令编辑器可以根据工作需求，预先将指令编辑编排，打包成对应的运动指令集，通过相关通信接口将指令集传输给仿生手，实现组合动作。通信接口所用的协议，至少包括：串口、USB、以太网、4G、wifi、蓝牙、5G、Zigbee、NB-IoT、LoRa、Sigfox、RS485上述一种或多种通讯协议。

步骤S103，实时获取信号切换模式下的用户与仿生手之间的切换信号。

在获取相应的运动指令、指令集后，表明仿生手初始化完毕，可开始执行相应的运动。此时的仿生手需要结合切换信号来依次执行仿生手的多个手指弯曲角度指令，因此需要实时过去该信号切换模式下，用户与仿生手的切换信号。信号切换模式的模式选择过程，可通过肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现。

例如，以重力加速度传感器作为切换器并佩戴在用户头部时，用户头部倾斜一段距离后并恢复到原有位置，即用户将摆头动作作为仿生手切换时，此时的切换信号为重力加速度传感器在倾斜并恢复时产生的重力加速度信号，该信号即为用户与仿生手的切换指令。用户通过多次摆头，即可对仿生手进行动作模式的切换，即完成指令集动作的切换。动作模式切换完成后，仿生手处于运行准备状态。

上述仿生手的运动模式，至少包括：抓取模式、握持模式、敲击模式、夹持模式和平推模式；

步骤S104，根据用户选择的执行信号所以对应的执行模式，通过切换信号执行运动指令，控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作。

通过运动指令中包含的手指弯曲角度指令来对仿生手进行控制。由于该运动指令中包含至少一个手指弯曲的角度指令、手指伸展指令或手指闭合力度指令，因此在切换信号的作用下实现了仿生手手指的控制。

通过上述仿生手控制优化方法可知，该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作，能够实现快速复杂的手指动作，优化了仿生手的运动轨迹效果，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

执行模式，至少包括：立刻执行模式、延时执行模式、周期执行模式，暂停支持模式、执行完成停止模式和立即停止模式。执行模式的模式选择过程，通过肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现。

用户停止运行后，系统重新进入指令切换监控模式。当有新的指令时仿生手可直接调用。如此往复，可以实现多套复杂动作的连贯执行。

在一些实施方式中，若运动指令中包含仿生手的单个手指弯曲角度，则通过切换信号执行运动指令控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作的过程主要针对于手指弯曲角度，具体如图2所示，包括：

步骤S201，获取运动指令中的仿生手的单个手指弯曲角度，并根据单个手指弯曲角度确定单个手指的最终位置。

单个手指弯曲角度可认为是单个指令动作，在获取仿生手中相关手指的弯曲角度后，结合手指的当前角度确定手指的最终运动位置，最终确定该手指是张开还是闭合。

步骤S202，控制仿生手的单个手指从当前位置运动至单个手指的最终位置。

在得到该手指的最终位置后，仿生手可控制该手指从当前位置运动至最终位置。由于是对仿生手的手指进行单个动作，便于实现仿生手执行简单场景，如点击按钮、敲击键盘时的点击键盘等操作。

在一些实施方式中，控制仿生手的单个手指从当前位置运动至单个手指的最终位置的步骤S202，还需要考虑手指闭合力度，具体如图3所示，包括：

步骤S301，实时获取仿生手的手指闭合力度；其中，手指闭合力度为手指在抓取物体时手指表面产生的压力。

手指闭合力度可通过部署在手指上的相关压力传感器和部署在手指转动转轴上的扭矩传感器来获得。

步骤S302，将手指闭合力度与预设力度阈值进行对比；若手指闭合力度小于预设力度阈值时，保持手指持续运动；若手指闭合力度不小于预设力度阈值时，停止手指的运动。

在手指运动的过程中，需要对手指处产生的闭合力度进行实时计算，防止出现力度过大造成对抓取物体的损坏。例如，利用仿生手在对鸡蛋等易碎物体进行抓取并运动的过程中，就需要在运动过程中实时对握持鸡蛋手指的压力进行持续监测。当握持鸡蛋手指的压力达到预设的压力阈值时，停止手指的运动，防止出现仿生手的手指施加过大的压力对鸡蛋等物体造成损坏。

在一些实施方式中，若运动指令中包含仿生手的多个手指弯曲角度，则通过切换信号执行运动指令控制仿生手的手指完成运动指令指定的运行动作，如图4所示，包括：

步骤S401，获取运动指令中包含仿生手的多个手指弯曲角度以及控制顺序的指令，并根据手指弯曲角度确定手指的最终位置。

运动指令为仿生手的运动模式相对应的指令集，指令集是根据仿生手的使用需求将单个手指的指令进行集合并打包生成的，指令集可认为是对应多个手指动作的指令组合，包含多个手指的控制指令，指令集中的指令需要严格按照控制顺序，对手指进行控制。

步骤S402，按照多个手指的控制顺序，控制手指从当前位置运动至相应的最终位置。

预设指令集包含多种与运动模式相对应的运动指令；运动指令通过对仿生手的所有手指的运动指令进行指令编辑、打包、传输所生成的；预设指令集可从云端和/或本地获取；其中，从云端获取的预设指令集预先部署在云端服务器中；从本地的预设指令集预先部署在仿生手中。通过指令集的方式实现仿生手的多个手指的控制，可实现较为复杂的运动，如对方块物体进行抓取、对圆棒状物品进行抓取、对方薄状物品进行抓取等复杂场景下的仿生手控制。

在一些实施方式中，与仿生手的运动模式相对应的运动指令，至少包括：第一类指令、第二类指令或第三类指令；第一类指令用于控制仿生手的手指实现抓取动作；第二类指令用于控制仿生手的手指全部展开；第三类指令用于控制仿生手的手指实现手指闭合力度。不同种类的指令中包含不同的用于操控手指的指令集，这些指令集中由多个手指的弯曲角度数据组合而成。下面结合第一指令、第二指令以及第三指令，分别对方块物体进行抓取、对圆棒状物品进行抓取、对方薄状物品进行抓取等复杂场景下的仿生手控制进行描述。

首先对仿生手伸展复位模式的实现过程进行描述。伸展复位模式下的仿生手如图5所示，具体的说伸展复位模式的伸展复位指令集包括：食指复位指令：食指恢复至伸展状态；中指复位指令：中指恢复至伸展状态；无名指复位指令：无名指恢复至伸展状态；小指复位指令：小指恢复至伸展状态；拇指基座复位指令：拇指基座恢复至初始位置。

此时仿生手伸展复位动作过程如下：

步骤1：操作者将预先设计好的伸展复位指令与指令集传递至相应的仿生手装置控制总成中。具体的，该指令与指令集包含：指令集H，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

步骤2：操作者佩戴仿生手装置控制总成于头部(或者身体其他部位)，并将包含的重力加速度陀螺仪作为切换器。

步骤3：操作者右手佩戴机仿生机械手，将摇杆或按键作为控制开关。该控制开关可使用但不限于：肌肉电传感器，按键，摇杆，角速度重力传感器。

步骤4：操作者拨动摇杆或按动按键后，控制开关会将信号传送给控制仿生手的相关仿生手装置控制总成中，通过仿生手装置控制总成的控制，依次进行运动指令的切换。当触发一次控制开关信号时，当前选择的动作指令集为指令集H，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

下面对仿生手对方块物体进行抓取的实现过程进行描述，具体如图6所示，如下：

步骤0：操作者将操作仿生手进行伸展复位模式，包括：食指复位指令：食指恢复至伸展状态；拇指复位指令：拇指恢复至伸展状态；拇指指节复位指令：拇指指节恢复至初始位置。完整伸展复位模式，仿生手处于复位准备状态。

步骤1：操作者将预先设计好对方块物体抓取的动作的指令与指令集传递至相应的仿生手装置控制总成。抓取模式时的指令集，用于控制仿生手的手指实现抓取动作；包括：食指动作指令：食指弯曲30°；拇指动作指令：拇指弯曲45°；拇指指节动作指令：拇指指节转动75°。

具体的，该指令及指令集包含：指令集A，“OK”手势动作，具体为：动作指令a，食指弯曲30°；动作指令b，拇指弯曲45°；动作指令c，拇指指节转动75°。指令集H，全部手指复位，手指伸展开，回到复位状态。

步骤2：操作者佩戴仿生手装置控制总成于头部(或者身体其他部位)，并将包含的重力加速度陀螺仪作为切换器。

步骤3：操作者头部轻轻往左侧倾斜一段距离并恢复原先位置。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度陀螺仪监测到对应动作信号时，把当前的动作指令切换到动作指令a，动作指令a指定动作为：食指弯曲30°。

步骤4：操作者右手佩戴机仿生机械手，将与操作者手臂接触的肌肉电传感器作为控制开关。操作者的右手肌肉由放松状态开始绷紧，肌肉电传感器持续采集用户右手肌肉的电信号V，判断右手肌肉绷紧程度F。肌肉电传感器不间断的把采样到的电信号V持续传送给仿生手装置控制总成。仿生手装置控制总成根据电信号V的大小对后续手指模块进行控制。

按照步骤1至4，依次对：动作指令b-拇指弯曲45°以及动作指令c-拇指指节转动75°进行控制，操作者实现单个指令的实时反馈控制，可以通过实时控制任意单个手指的预设动作指令的快速执行，多次切换组合，实现一套复杂的应用动作，实现了方块状物体的抓取。

仿生手对圆棒状物品进行抓取的实现过程，具体如图7所示，此时采用握持模式时的第一指令集和伸展复位模式的第二指令集；

第一指令集，包括：食指动作指令：食指弯曲30°；中指动作指令：中指弯曲30°；无名指动作指令：无名指弯曲30°；小指动作指令：小指弯曲30°；拇指基座第一动作指令：拇指基座转动80°；拇指基座第二动作指令：拇指基座转动40°。

第二指令集，包括：食指复位指令：食指恢复至伸展状态；中指复位指令：中指恢复至伸展状态；无名指复位指令：无名指恢复至伸展状态；小指复位指令：小指恢复至伸展状态；拇指基座复位指令：拇指基座恢复至初始位置。

此时仿生手对圆棒状物品进行抓取过程如下：

步骤1：操作者将预先设计好的握持棒状动作的指令与指令集传递至相应的仿生手装置控制总成中。具体的，该指令与指令集包含：

第一指令集，机械手棒状物体抓握动作。第一指令集中包含分解指令：动作指令a，食指弯曲30°；动作指令b，中指弯曲30°；动作指令c，无名指弯曲30°；动作指令d，小指弯曲30°；动作指令e，拇指基座转动80°，动作指令f，拇指基座转动40°。

第二指令集，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

步骤2：操作者佩戴仿生手装置控制总成于头部(或者身体其他部位)，并将包含的重力加速度陀螺仪作为切换器。

步骤3：操作者右手佩戴机仿生机械手，将摇杆或按键作为控制开关。该控制开关可使用但不限于：肌肉电传感器，按键，摇杆，角速度重力传感器。

步骤4：操作者拨动摇杆或按动按键后，控制开关会将信号传送给仿生手装置控制总成，通过仿生手装置控制总成的控制，依次进行运动指令的切换。当触发一次控制开关信号时，当前选择的指令集为第二指令集，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

步骤5：操作者头部轻轻往右侧倾斜一段距离并恢复原先位置。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度陀螺仪监测到对应动作信号，并将启动指令集动作信号传送至仿生手，仿生手启动执行第二指令集，并依次驱动仿生手的拇指达到伸展状态(闭合角为0°)，到达预定位置后自动停止运动。

步骤6：操作者再次拨动摇杆或按动按键；控制开关会将信号传送给仿生手装置控制总成，通过仿生手装置控制总成的控制，依次进行运动指令的切换。当触发一次控制开关信号时，当前选择的动作指令集为第一指令集，机械手棒状物体抓握动作。

步骤7：操作者头部再次轻轻往右侧倾斜一段距离并恢复原先位置。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度陀螺仪监测到对应动作信号，并将启动指令集动作信号传送至仿生手，仿生手启动执行动作第一指令集，并依次驱动仿生手的全部手指由伸展状态(闭合角为0°)开始闭合运动，当运动角度到30°时停止运动。同时，带动仿生手的拇指基座由伸展状态(闭合角为0°)开始旋转运动，当运动角度到80°时停止运动；然后带动的拇指由伸展状态(闭合角为0°)开始闭合运动，当运动角度到40°时停止运动。

经由上述步骤，操作者实现指令集的实时快速运，所设指令集控制精准且动作迅速；多次切换组合，实现一套复杂的应用动作，实现了圆棒状物体的抓取。

仿生手对方薄状物品进行抓取的实现过程，具体如图8所示，此时采用夹持模式的第三指令集和复位模式的第四指令集，第三指令集，包括：食指动作指令：食指弯曲60°；中指动作指令：中指弯曲60°；无名指动作指令：无名指弯曲60°；小指动作指令：小指弯曲60°；拇指基座第一动作指令：拇指基座转动76°；拇指基座第二动作指令：拇指基座转动25°。

第四指令集，包括：食指复位指令：食指恢复至伸展状态；中指复位指令：中指恢复至伸展状态；无名指复位指令：无名指恢复至伸展状态；小指复位指令：小指恢复至伸展状态；拇指基座复位指令：拇指基座恢复至初始位置。

具体的，对方薄状物品进行抓取时，所涉及的指令及指令集包含：

第三指令集，仿生手对方薄状物品进行抓取动作。第三指令集中包含分解指令：动作指令a，食指弯曲60°；动作指令b，中指弯曲60°；动作指令c，无名指弯曲60°；动作指令d，小指弯曲60°；动作指令e，拇指基座转动76°，动作指令f，拇指基座转动25°。

第四指令集，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

仿生手对恒定力抓取模式，抓取易碎鸡蛋等物体的实现过程：

具体如图9所示，此时采用夹持模式的第五指令集和复位模式的第六指令集。第五指令集，包括：食指动作指令：食指、中指、无名指、小指、大拇指同时缓慢弯曲动作，碰到物体后并持续维持0.2N的压力。第六指令集，包括：食指复位指令：食指恢复至伸展状态；中指复位指令：中指恢复至伸展状态；无名指复位指令：无名指恢复至伸展状态；小指复位指令：小指恢复至伸展状态；拇指基座复位指令：拇指基座恢复至初始位置。

仿生手使用对圆棒状物品进行抓取来实现对鸡蛋的抓取，具体如下：

步骤1：操作者将预先设计好的握持棒状动作的指令与指令集传递至相应的仿生手装置控制总成中。具体的，该指令与指令集包含第五指令集和第六指令集：

第五指令集，食指动作指令a：食指、中指、无名指、小指、大拇指同时以45°/s的速度弯曲动作；指令c，当手指碰到物体后并持续维持0.2N的指尖接触压力。

第六指令集，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

步骤2：操作者佩戴仿生手装置控制总成于头部(或者身体其他部位)，并将包含的重力加速度陀螺仪作为切换器。

步骤3：操作者右手佩戴机仿生机械手，将摇杆或按键作为控制开关。该控制开关可使用但不限于：肌肉电传感器，按键，摇杆，角速度重力传感器。

步骤4：操作者拨动摇杆或按动按键后，控制开关会将信号传送给仿生手装置控制总成，通过仿生手装置控制总成的控制，依次进行运动指令的切换。当触发一次控制开关信号时，当前选择的动作指令集为第六指令集，机械手全部手指复位，手指伸展开，恢复到复位状态。

步骤5：操作者头部轻轻往右侧倾斜一段距离并恢复原先位置。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度陀螺仪监测到对应动作信号，并将启动指令集动作信号传送至仿生手，仿生手启动执行第六指令集，并依次驱动仿生手的拇指达到伸展状态(闭合角为0°)，到达预定位置后自动停止运动。

步骤6：操作者再次拨动摇杆或按动按键；控制开关会将信号传送给仿生手装置控制总成，通过仿生手装置控制总成的控制，依次进行运动指令的切换。当触发一次控制开关信号时，当前选择的动作指令集为第五指令集，机械手棒状恒定力抓握动作。

步骤7：操作者头部再次轻轻往右侧倾斜一段距离并恢复原先位置。当操作者头部恢复正常姿势后，重力加速度陀螺仪监测到对应动作信号，并将启动指令集动作信号传送至仿生手，仿生手启动执行第五指令集，并同时驱动仿生手的全部手指有伸展状态(闭合角为0°)，以运动速度以45°/s的速度进行开始闭合运动；当各手指的压力、扭矩反馈传感器开始实时监控手指接触压力，当接触压力达到0.2N时，立即停止当前手指的运动。

经由上述步骤，操作者实现指令集的实时快速运，所设指令集控制精准且动作迅速；实现了恒定力抓取的动作，从而安全精准的抓取了鸡蛋。

当使用脑电波实现用户与仿生手连接的前提下，用户可通过脑电波控制仿生手实现对键盘操作。具体过程见图10所示，首先控制拇指之外的其它四指闭合15度；然后拇指旋转25度后再闭合50度，该状态作为初始状态。

如果需要敲击某个按键，移动仿生手，使得仿生手的掌心位于键盘正上方30mm处，并控制该按键附近的手指从15度闭合至20度，实现了对键盘的点按操作。依次通过脑电波进行控制，实现了仿生手对键盘的持续点击操作。

通过上述实施例中的仿生手控制优化方法可知，该方法可通过预设的指令集中的单个指令对仿生手的单个手指进行连续反馈控制动作，也可通过预设的指令集中的多个指令对仿生手的多个手指进行连续反馈控制动作。通过指令集方式，快速完成握持棒状物体、握持方块物体、握持片状物体、敲击键盘等复杂的动作，并通过预设指令集的方式优化了仿生手的运动轨迹效果，使得仿生手运动过程更加真实流畅。

本发明实施例提供了一种仿生手的控制优化系统，如图11所示，该系统包括：

运动模式获取模块1110，用于获取仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；

运动指令获取模块1120，用于从预设指令集中确定与运动模式相对应的运动指令；其中，运动指令包含仿生手中至少一个手指的弯曲角度指令；

切换信号获取模块1130，用于实时获取信号切换模式下的用户与仿生手之间的切换信号；

动作控制模块1140，用于根据用户选择的执行模式，通过切换信号执行运动指令，控制仿生手的手指到达运动指令指定的弯曲角度。

其中，运动模式获取模块可采用肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现，并作为运动模式切换单元。用户选择的执行模式，通过切换信号执行运动指令中指定手指的相应动作。其控制方式包含但不限于：立即执行，暂停、停止，周期执行，延时执行，延时停止。

如图12所示，在一些实施方式中，仿生手的控制优化系统还包括：指令集生成模块1150；其中，指令集生成模块1150用于向运动指令获取模块1120中提供预设指令集；预设指令集中，包含仿生手的多个手指的弯曲角度指令集合。

本发明实施例提供的仿生手的控制优化系统，与上述实施例提供的仿生手的控制优化方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述仿生手的控制优化方法实施例中相应内容。

本实施例还提供一种电子设备，该电子设备的结构示意图如图13所示，该设备包括处理器101和存储器102；其中，存储器102用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器执行，以实现上述仿生手的控制优化方法。

在一些实施方式中，上述电子设备可以实现：预设指令集的编写，直连仿生手实时动作控制；从本地的预设指令集部署在仿生手中；上传指令集到云端进行指令集，进行指令集的共享；从云端获取的预先部署在云端服务器中的指令集；通过云端实时网络连接，实时仿生手远程实时动作控制。预设指令集从云端和/或本地获取；其中，从云端获取的预设指令集预先部署在云端服务器中；从本地的预设指令集预先部署在仿生手中。

图13所示的电子设备还包括总线103和通信接口104，处理器101、通信接口104和存储器102通过总线103连接。

其中，存储器102可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图13中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口104用于通过网络接口与至少一个用户终端及其它网络单元连接，将封装好的IPv4报文或IPv4报文通过网络接口发送至用户终端。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本公开实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本公开实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器102，处理器101读取存储器102中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行前述实施例的方法的步骤。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以用软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种仿生手的控制优化方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；

从预设指令集中确定与所述运动模式相对应的运动指令；其中，所述运动指令包含所述仿生手中至少一个手指的运行动作；所述预设指令集从云端和/或本地获取得到；

实时获取所述信号切换模式下的用户与所述仿生手之间的切换信号；

根据所述用户选择的所述执行模式，通过所述切换信号执行所述运动指令，控制所述仿生手的手指完成所述运动指令指定的运行动作；所述信号切换模式以及所述执行模式的模式选择过程，通过肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现；

所述仿生手的运动模式，至少包括：抓取模式、握持模式、敲击模式、夹持模式、平推模式和伸展复位模式；

与所述仿生手的运动模式相对应的所述运动指令，至少包括：第一类指令、第二类指令或第三类指令；所述第一类指令用于控制所述仿生手的手指实现抓取动作；所述第二类指令用于控制所述仿生手的手指全部展开；所述第三类指令用于控制所述仿生手的手指闭合力度；

所述执行模式，至少包括：立刻执行模式、延时执行模式、周期执行模式、暂停支持模式、执行完成停止模式和立即停止模式。

2.根据权利要求1所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，若所述运动指令中包含所述仿生手的单个手指弯曲角度，则通过所述切换信号执行所述运动指令，控制所述仿生手的手指完成所述运动指令指定的运行动作，包括：

实时获取所述运动指令中的所述仿生手的单个手指弯曲角度，并根据所述单个手指弯曲角度确定所述单个手指的最终位置；

控制所述仿生手的单个手指从当前位置运动至所述单个手指的最终位置。

3.根据权利要求2所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，控制所述仿生手的手指完成所述运动指令指定的运行动作的过程，包括：

实时获取所述仿生手的手指闭合力度；其中，所述手指闭合力度为所述手指在抓取物体时手指表面产生的压力；

将所述手指闭合力度与预设力度阈值进行对比；若所述手指闭合力度小于所述预设力度阈值时，保持所述手指持续运动；若所述手指闭合力度不小于所述预设力度阈值时，停止所述手指的运动。

4.根据权利要求1所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，若所述运动指令中包含所述仿生手的多个手指弯曲角度，则通过所述切换信号执行所述运动指令控制所述仿生手的手指完成所述运动指令指定的运行动作，包括：

获取所述运动指令中包含所述仿生手的多个手指弯曲角度以及控制顺序的指令，并根据所述手指弯曲角度确定所述手指的最终位置；

按照所述多个手指的所述控制顺序，控制所述手指从当前位置运动至相应的最终位置。

5.根据权利要求1所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，所述预设指令集包含多种与运动模式相对应的运动指令；所述运动指令通过对所述仿生手的所有手指的运动指令进行指令编辑、打包、传输所生成的；

所述预设指令集从云端和/或本地获取；其中，从所述云端获取的所述预设指令集预先部署在云端服务器中；从所述本地的所述预设指令集预先部署在所述仿生手中。

6.根据权利要求1所述的仿生手的控制优化方法，其特征在于，所述执行模式的模式选择过程，通过肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现。

7.一种仿生手的控制优化系统，其特征在于，所述系统包括：

运动模式获取模块，用于获取所述仿生手的运动模式、信号切换模式以及执行模式；

运动指令获取模块，用于从预设指令集中确定与所述运动模式相对应的运动指令；其中，所述运动指令包含所述仿生手中至少一个手指的弯曲角度指令；所述预设指令集从云端和/或本地获取得到；

切换信号获取模块，用于实时获取所述信号切换模式下的用户与所述仿生手之间的切换信号；

控制模块，根据所述用户选择的所述执行模式，通过所述切换信号执行所述运动指令，控制所述仿生手的手指到达所述运动指令指定的弯曲角度；并控制所述仿生手的手指到达所述运动指令指定的手指闭合力度；所述信号切换模式以及所述执行模式的模式选择过程，通过肌电传感器、按键、摇杆以及重力加速度传感器上述一种或多种所实现；

所述仿生手的运动模式，至少包括：抓取模式、握持模式、敲击模式、夹持模式、平推模式和伸展复位模式；与所述仿生手的运动模式相对应的所述运动指令，至少包括：第一类指令、第二类指令或第三类指令；所述第一类指令用于控制所述仿生手的手指实现抓取动作；所述第二类指令用于控制所述仿生手的手指全部展开；所述第三类指令用于控制所述仿生手的手指闭合力度；所述执行模式，至少包括：立刻执行模式、延时执行模式、周期执行模式、暂停支持模式、执行完成停止模式和立即停止模式。

8.根据权利要求7所述的仿生手的控制优化系统，其特征在于，所述仿生手的控制优化系统还包括：指令集生成模块；其中，所述指令集生成模块用于向所述运动指令获取模块中提供所述预设指令集；

所述预设指令集中，包含所述仿生手的多个手指的弯曲角度指令集合。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储装置；所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时实现如权利要求1至6任一项所述的仿生手的控制优化方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时实现上述权利要求1至6任一项所述的仿生手的控制优化方法的步骤。

Images