发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种仿生手控制方法、装置、电子设备和计算机可读介质,以解决仿生手手指运动位置不协调问题。具体技术方案如下:
第一方面,提供了一种仿生手控制方法,其所述方法包括:
根据力反馈控制算法,控制第一手指运动;
通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随所述第一手指运动,其中,所述第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值;
判断所述第一手指是否接触到物体;
若检测到所述第一手指接触到物体,则根据力反馈控制算法,控制所述第二手指运动。
可选的,所述通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随所述第一手指运动,包括:
针对每个第二手指,通过位置采集装置采集所述第一手指和该第二手指的位置数据;
根据所述第一手指的位置数据,计算该第二手指对应的位置参考值;
根据该第二手指的位置数据、所述位置参考值以及所述位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置,以使该第二手指的位置数据与所述位置参考值之间的差值不大于所述预设阈值。
可选的,所述根据该第二手指的位置数据、所述位置参考值以及所述位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置包括:
计算所述位置参考值与该第二手指的位置数据的差值;
将所述位置参考值与该第二手指的位置数据的差值输入第一控制器;
通过所述第一控制器与所述位置反馈控制算法,调节该第二手指的电机转速,直至该第二手指的位置数据与所述位置参考值之间的差值不大于所述预设阈值。
可选的,所述根据所述第一手指的位置数据,计算该第二手指对应的位置参考值包括:
计算所述第一手指的位置数据与预设数据的差值,将所述第一手指的位置数据与预设数据的差值作为该第二手指对应的位置参考值,其中,所述预设数据为所述第一手指和该第二手指之间的间距变化量。
可选的,所述判断所述第一手指是否接触到物体包括:
判断所述第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量是否小于预设角位移变化量阈值;
若所述第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量小于预设角位移变化量阈值,则判定所述第一手指接触到物体;
若所述第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量不小于预设角位移变化量阈值,则判定所述第一手指未接触到物体。
可选的,所述根据力反馈控制算法,控制所述第二手指运动包括:
针对每个第二手指,通过压力采集装置,采集该第二手指的压力数据;
计算所述压力数据与预设压力数值的差值,其中,所述预设压力数值为物体被抓取时的标准压力数值;
将所述压力数据与预设压力数值的差值输入第二控制器;
通过所述第二控制器和所述力反馈控制算法,调节该第二手指的电机转速,直至所述压力数据与预设压力数值的差值在预设压力范围内。
第二方面,本申请提供了一种仿生手抓取装置,所述装置包括:
第一控制模块,用于根据力反馈控制算法,控制第一手指运动;
第二控制模块,用于通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随所述第一手指运动,其中,所述第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值;
判断模块,用于判断所述第一手指是否接触到物体;
第三控制模块,用于若检测到所述第一手指接触到物体,则根据力反馈控制算法,控制所述第二手指运动。
可选的,所述第二控制模块具体用于:
针对每个第二手指,通过位置采集装置采集所述第一手指和该第二手指的位置数据;
根据所述第一手指的位置数据,计算该第二手指对应的位置参考值;
根据该第二手指的位置数据、所述位置参考值以及所述位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置,以使该第二手指的位置数据与所述位置参考值之间的差值不大于所述预设阈值。
第三方面,提供了一种电子设备,包括处理器、通信接口、存储器和通信总线,其中,处理器,通信接口,存储器通过通信总线完成相互间的通信;
存储器,用于存放计算机程序;
处理器,用于执行存储器上所存放的程序时,实现任一所述的方法步骤。
第四方面,提供了一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的方法步骤。
本申请实施例有益效果:
本申请实施例提供了一种仿生手控制方法,控制器根据力反馈控制算法,控制第一手指运动;控制器通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随第一手指运动;控制器检测到第一手指接触到物体,则根据力反馈控制算法,控制第二手指运动。本申请可以控制第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值,保持各手指的运动位置协调,从而提高物体抓取精度。
当然,实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上的所有优点。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
本申请实施例提供了一种仿生手控制方法,可以应用于控制器,用于提高仿生手的抓取精度。
下面将结合具体实施方式,对本申请实施例提供的一种仿生手控制方法进行详细的说明,如图1所示,具体步骤如下:
步骤101:根据力反馈控制算法,控制第一手指运动。
在本申请实施例中,仿生手的五根手指上均设有电机、位置采集装置和压力采集装置,电机位于手指的底部关节处,用于控制手指的运动速度;位置采集装置用于采集电机位置;压力采集装置位于手指的指纹处,用于采集手指的触碰物体时的压力。
仿生手的大拇指可以做屈伸和旋转运动,食指、中指、无名指和小拇指只可以做屈伸运动。最初仿生手的五指张开,控制器控制大拇指向手掌方向旋转90°,与其余四指形成可抓握的初始姿势。然后控制器根据力反馈控制算法,控制大拇指和第一手指做抓取动作,其中,第一手指为食指、中指、无名指或小拇指中的一个。
控制器根据力反馈控制算法,控制大拇指和第一手指做抓取动作的过程与下文控制第二手指的抓取力度的过程相同,具体技术手段将在下文做详细描述。
步骤102:通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随第一手指运动。
其中,第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值。
在本申请实施例中,第二手指为食指、中指、无名指和小拇指中,除第一手指外的手指。控制器在控制大拇指和第一手指做抓取动作后,通过位置反馈控制算法,控制第二手指与第一手指之间的间距不变,以使第二手指与第一手指在运动过程中保持位置协调一致。其中,第二手指为食指、中指、无名指和小拇指中,除第一手指外的手指。
举例来说,若第一手指为食指,则第二手指为中指、无名指和小拇指。
步骤103:判断第一手指是否接触到物体。
在本申请实施例中,控制器判断第一手指是否接触到物体,若控制器判定第一手指接触到物体,则执行步骤104;若控制器判定第一手指未接触到物体,则重新执行步骤101。
步骤104:根据力反馈控制算法,控制第二手指运动。
在本申请实施例中,若控制器判定第一手指接触到物体,则控制器根据力反馈控制算法,控制第二手指运动。在本申请实施例中,第一手指和第二手指的抓取力度相同。
可选的,如2所示,通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随第一手指运动,包括:
步骤201:针对每个第二手指,通过位置采集装置采集第一手指和该第二手指的位置数据。
在本申请实施例中,针对每个第二手指,控制器通过位于第一手指上的位置采集装置采集第一手指的位置数据,控制器通过位于第二手指上的位置采集装置采集第二手指上的位置数据,具体的,位置采集装置可以为位置编码器。举例来说,第一手指为食指,该第二手指为中指,控制器分别通过位置编码器采集食指和中指的位置数据。
步骤202:根据第一手指的位置数据,计算该第二手指对应的位置参考值。
在本申请实施例中,控制器计算第一手指的位置数据与预设数据的差值,将第一手指的位置数据与预设数据的差值作为该第二手指对应的位置参考值,其中,预设数据为第一手指和该第二手指之间的间距变化量,该间距变化量是技术人员预先设置的。
步骤203:根据该第二手指的位置数据、位置参考值以及位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置,以使该第二手指的位置数据与位置之间的差值不大于预设阈值。
在本申请实施例中,控制器根据该第二手指的位置数据、位置参考值以及位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置,以使该第二手指的位置数据与位置参考值之间的差值不大于预设阈值,从而保证第二手指与第一手指的间距变化量不大于预设阈值,保持在运动过程中位置协调一致。
可选的,根据该第二手指的位置数据、位置参考值以及位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置的具体过程为:计算位置参考值与该第二手指的位置数据的差值;将位置参考值与该第二手指的位置数据的差值输入第一控制器;通过第一控制器与位置反馈控制算法,调节第二手指的电机转速,直至该第二手指的位置数据与位置参考值之间的差值不大于预设阈值。其中,第一控制器可以为PID控制器。
在本申请实施例中,如图3所示,图3为位置反馈控制原理框图。可以看到,位置采集装置、第一PID控制器和电机构成了位置反馈控制闭环。位置参考值和位置采集装置的数值的差值作为第一PID控制器的输入,第一PID控制器通过调节PWM占空比改变电机转速,从而改变位置采集装置的数值。
控制器在采集到第二手指的位置数据,并计算得到位置参考值后,控制器计算位置参考值与该第二手指的位置数据的差值,将位置参考值与该第二手指的位置数据的差值输入第一PID控制器,第一PID控制器根据位置反馈控制算法,实时调节PWM占空比,以改变第二手指的电机转速,其中,PWM占空比与电机转速成正比。由于第二手指的电机转速变化,会带动第二手指的运动位置的变化,因此,第一PID控制器可以通过调节第二手指的电机转速从而调节第二手指的运动位置。同时,第一手指的位置数据也在变化,因此位置参考值也在变化,控制器实时接收位置参考值和第二手指位置数据,并通过第一PID控制器改变第二手指的电机转速,直至该第二手指的位置数据与位置参考值之间的差值不大于预设阈值。
当该第二手指的位置数据与位置参考值之间的差值不大于预设阈值时,第一手指与第二手指之间的间距变化量为预设数据,即第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值,实现了第二手指对第一手指的位置跟随。
可选的,判断第一手指是否接触到物体可以包括多种方式,本申请实施例提供了两种方式:
方式一:判断第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量是否小于预设角位移变化量阈值;若第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量小于预设角位移变化量阈值,则判定第一手指接触到物体;若第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量不小于预设角位移变化量阈值,则判定第一手指未接触到物体。
判断第一手指是否接触到物体的过程为:判断第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量是否小于预设角位移变化量阈值,具体的,电机设于手指的底部关节处,若手指碰到物体后,手指不能再继续做屈伸运动,电机会逐渐停止转动,电机的角位移变化也会减小。
若第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量小于预设角位移变化量阈值,表示电机在单位时间内的角位移变化量小于预设角位移变化量阈值,说明手指几乎不再做屈伸运动,则判定第一手指接触到物体。
若第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量不小于预设角位移变化量阈值,表示电机在单位时间内的角位移变化量不小于预设角位移变化量阈值,说明手指还在做屈伸运动,则判定第一手指未接触到物体。
方式二:判断采集到的压力数据是否达到预设压力阈值;若采集到的压力数据达到预设压力阈值,则判定第一手指接触到物体;若采集到的压力数据未达到预设压力阈值,则判定第一手指未接触到物体。
仿生手在接触到物体后,控制器会采集压力采集装置的压力数据,控制器判断采集到的压力数据是否达到预设压力阈值,若控制器判定采集到的压力数据达到预设压力阈值,表示手指触碰物体的压力足够大,表示第一手指接触到物体;若控制器判定采集到的压力数据未达到预设压力阈值,表示手指触碰物体的压力不足够大,无法抓取物品,即第一手指未接触到物体,还需要继续增加触碰压力。
可选的,根据力反馈控制算法,控制第二手指的抓取力度包括:针对每个第二手指,通过压力采集装置,采集该第二手指的压力数据;计算压力数据与预设压力数值的差值,其中,预设压力数值为物体被抓取时的标准压力数值;将压力数据与预设压力数值的差值输入第二控制器;通过第二控制器和力反馈控制算法,调节该第二手指的电机转速,直至压力数据与预设压力数值的差值在预设压力范围内。其中,第二控制器可以为第二PID控制器。
在本申请实施例中,如图4所示,图4为力反馈控制原理框图。可以看到,压力采集装置、第二PID控制器和电机构成了位置反馈控制闭环。预设压力数值和压力采集装置的数值的差值作为第二PID控制器的输入,第二PID控制器通过调节PWM占空比改变电机转速,从而改变压力采集装置的数值。
针对每个第二手指,控制器根据通过采集该第二手指的压力数据,控制器计算压力数据与预设压力数值的差值,其中,预设压力数值为物体被抓取时的标准压力数值,该标准压力数值是用户每次使用前设定的。控制器将压力数据与预设压力数值的差值输入第二PID控制器;第二PID控制器根据力反馈控制算法,适时调节PWM占空比,以改变第二手指的电机转速,从而调节第二手指触碰到物体时的压力。
控制器实时接收压力采集装置的压力数据,并通过第二PID控制器改变第二手指的电机转速,直至压力数据与预设压力数值的差值在预设压力范围内。其中,若压力数据与预设压力数值的差值大于预设压力范围,则控制器控制第二手指的电机倒转,减小抓取力度,若压力数据与预设压力数值的差值小于预设压力范围,则控制器控制第二手指的电机转速加快,增加抓取力度。
当压力数据与预设压力数值的差值在预设压力范围内时,表示第二手指触碰到物体的压力与物体被抓取时的标准压力数值相差很小,实现了抓取力度的控制。
如图5所示,本申请以第一手指为食指,第二手指为中指为例,提供了一种仿生手抓取方式的流程图,包括如下步骤:
步骤501:根据力反馈控制算法,控制食指运动。
步骤502:通过位置采集装置采集食指和中指的位置数据。
步骤503:根据食指的位置数据,计算中指对应的位置参考值。
步骤504:将位置参考值与中指的位置数据的差值输入第一控制器,并通过第一控制器与位置反馈控制算法,调节中指的电机转速,直至位置参考值与中指的位置数据的差值不大于预设阈值。
步骤505:判断食指是否接触到物体,若接触到物体,则执行步骤506;若未接触到物体,则返回步骤501;
步骤506:通过压力采集装置采集中指的压力数据。
步骤507:将压力数据与预设压力数值的差值输入第二控制器,并通过第二控制器和力反馈控制算法,调节中指的电机转速,直至压力数据与预设压力数值的差值在预设压力范围内。
本申请实施例提供了一种仿生手控制方法,控制器根据力反馈控制算法,控制第一手指运动;控制器通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随所述第一手指运动;控制器检测到所述第一手指接触到物体,则根据力反馈控制算法,控制所述第二手指运动。本申请可以控制第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值,保持各手指的运动位置协调,从而提高物体抓取精度。
基于相同的技术构思,本申请实施例还提供了一种仿生手抓取装置,如图6所示,该装置包括:
第一控制模块601,用于根据力反馈控制算法,控制第一手指运动;
第二控制模块602,用于通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随所述第一手指运动,其中,所述第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值;
判断模块603,用于判断第一手指是否接触到物体;
第三控制模块604,用于若检测到第一手指接触到物体,则根据力反馈控制算法,控制第二手指运动。
可选的,第二控制模块具体用于:
针对每个第二手指,通过位置采集装置采集第一手指和该第二手指的位置数据;
根据第一手指的位置数据,计算该第二手指对应的位置参考值;
根据该第二手指的位置数据、位置参考值以及位置反馈控制算法,调节该第二手指的位置,以使该第二手指的位置数据与位置参考值之间的差值不大于所述预设阈值。
可选的,第二控制模块具体用于:
计算位置参考值与该第二手指的位置数据的差值;
将位置参考值与该第二手指的位置数据的差值输入第一PID控制器;
通过第一PID控制器与位置反馈控制算法,调节第二手指的电机转速,直至位置参考值与该第二手指的位置数据之间的差值不大于所述预设阈值。
可选的,第二控制模块具体用于:
计算第一手指的位置数据与预设数据的差值,将第一手指的位置数据与预设数据的差值作为该第二手指对应的位置参考值,其中,所述预设数据为所述第一手指和该第二手指之间的间距变化量。
可选的,判断模块603包括:
判断第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量是否小于预设角位移变化量阈值;
若第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量小于预设角位移变化量阈值,则判定第一手指接触到物体;
若第一手指的底部关节在单位时间内的角位移变化量不小于预设角位移变化量阈值,则判定第一手指未接触到物体。
可选的,第三控制模块604包括:
针对每个第二手指,通过压力采集装置,采集该第二手指的压力数据;
计算压力数据与预设压力数值的差值,其中,预设压力数值为物体被抓取时的标准压力数值;
将压力数据与预设压力数值的差值输入第二PID控制器;
通过第二PID控制器和力反馈控制算法,调节该第二手指的电机转速,直至压力数据与预设压力数值的差值在预设压力范围内。
本申请实施例提供了一种仿生手控制方法,控制器根据力反馈控制算法,控制第一手指运动;控制器通过位置反馈控制算法,控制第二手指跟随所述第一手指运动;控制器检测到所述第一手指接触到物体,则根据力反馈控制算法,控制所述第二手指运动。本申请可以控制第二手指与第一手指之间的间距变化量不大于预设阈值,保持各手指的运动位置协调,从而提高物体抓取精度。基于相同的技术构思,本发明实施例还提供了一种电子设备,如图7所示,包括处理器701、通信接口702、存储器703和通信总线704,其中,处理器701,通信接口702,存储器703通过通信总线704完成相互间的通信,
存储器703,用于存放计算机程序;
处理器701,用于执行存储器703上所存放的程序时,实现上述步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect,PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture,EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示,图中仅用一条粗线表示,但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM),也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory,NVM),例如至少一个磁盘存储器。可选的,存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器,包括中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、网络处理器(Network Processor,NP)等;还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,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。
在本发明提供的又一实施例中,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内存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法的步骤。
在本发明提供的又一实施例中,还提供了一种包含指令的计算机程序产品,当其在计算机上运行时,使得计算机执行上述实施例中任一方法。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时,可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。