CN1528571A - 多边形对象多指抓取规划方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人灵巧手多指抓取规划方法与装置。本抓取规划的步骤是：由图像获取与处理器利用数字摄像机获取目标的图像，并将其转化成便于计算机表示的三维实体图形，最后输出的是抓取平面上的多边形。然后由抓取规划器确定四手指的抓手对工件的全部可行的抓取方案，并确定最佳抓取方案输出给控制与驱动器来控制驱动多指抓手实现抓取工作。其装置由图象获取与处理器、抓取规划器、控制与驱动器和多指灵巧手手组成。本发明的多指抓取规划，能够使拟人机器人具有对各种形状的物体的灵巧操作和精确的力控制和运动控制能力，实现类人行为。

Description

多边形对象多指抓取规划方法与装置

技术领域

本发明涉及一种多指抓取规划方法与装置，特别涉及一种多边形对象的多指抓取规划方法及装置。

背景技术

人们在对智能机器人的研究中，把拟人机器人作为机器人研究的最高境界，也一直把实现类人行为作为梦寐以求的目标。具有精细操纵能力且在结构与功能上模仿人手的多指灵巧手，是机器人研究领域最复杂、最关键的研究内容。目前，多指灵巧手已在世界各地研制成功，具有位置和力感知能力，可实现灵巧抓持和操作。

但是，机器人多指灵巧手的手指运动的控制与操纵还处于人机交互阶段，通常是使用人员通过佩戴上具有多个传感器的数据手套后，通过数据手套中手指的动作，利用计算机网络，实现对灵巧手进行远距离控制操作。目前的多指灵巧手还仅仅是人手的机械延伸，还不能脱离人而独立完成基本的动作控制与操作。因此，多指灵巧手的多指抓取规划方法对拟人机器人的应用与研究十分关键，多指抓取规划也是人工智能技术的标志性应用领域之一，该技术一经突破，就能够使得拟人机器人具有对各种形状的物体的灵巧操作和精确的力控制与运动控制能力，实现类人行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多边形对象多指抓区规划方法及装置，对于具有四个手指的多指灵巧手抓取多边形对象时，能自动确定以最佳抓取方案进行抓取操作，实现多指灵巧手抓取多边形的智能化操作。

在机器人多指抓取规划中，形封闭是判断机器人多指抓取方案合理性的基本准则，满足形封闭要求的手指在被抓取对象的接触位置，就能够保证被抓取物体的稳定和平衡。在这种布置形式下，作用在被抓取物体上的任何外部干扰力都能够被与物体接触的机械手手指承受。对于平面对象的无摩擦抓取问题，通常只需要四个手指经过适当布置就可以达到形封闭要求。

本发明公开一个平面多边形对象的保证形封闭的多指抓取规划方法，即具有四个手指的多指灵巧手的手指在工件的抓取边界上的分布位置的自动规划和控制问题。本发明的抓取对象为一种棱柱形形状的工件，即工件的抓取表面是垂直于抓取平面的平面、工件的所有抓取点位于同一个平面上。根据形封闭要求，不考虑手指与被抓取对象接触处的摩擦力。

本发明的构思是：瞬心三角形概念对形封闭要求做了一种新的几何解释，即利用瞬心三角形概念来建立满足形封闭要求的四个手指与多边形的位置关系的表示方法。并根据这种表示方法确定四个手指在任意多边形对象上的接触区域，每一个手指的接触区域都有独立性，即每一个手指在自己的区域的独立移动都可以保证与其余三个手指一起构成形封闭的抓取方案。

下面对相关的理论作介绍：

1.瞬心三角形的定义及其性质

点与平面图的接触问题可以用瞬心三角形的特性来描述。瞬心三角形是用多指手中任意三个手指对工件的接触力的方向线的交点形成的一个三角形。瞬心的概念来自于平面运动学，瞬心是指两个做相对运动的对象的瞬时同速点，如果其中一个对象是固定的，则瞬心是另一个对象的瞬时转动中心。三个手指的两两组合存在三个瞬心。瞬心三角形具有下列性质：

·  瞬心三角形的边具有方向性，其正向与该边所在的接触力方向相同。

·  瞬心三角形的同向边和异向边。如果瞬心三角形的两条边对三角形内部任意一点的矩的方向相同，则称这两条边为同向边，另一条边称为异向边。

·瞬心三角形具有两种形态：三条边均同向的瞬心三角形和两条同向边、一条异向边的瞬心三角形。

·对于两条同向边的瞬心三角形，异向边的正向一定在两条同向边的正向所夹的扇形范围内。

2.根据瞬心三角形性质确定第四个手指满足形封闭要求的位置范围

在不考虑手指与被抓取物体间的摩擦的情况下，利用瞬心三角形可以确定第四个手指接触点在保证抓取平衡(满足形封闭要求)条件下的相对于瞬心三角形的位置。以下给出满足形封闭条件的第四个手指的接触力方向和位置条件有关的两个定理。

定理1：对于两条同向边的瞬心三角形，第四个手指的接触力的方向线位置必须与瞬心三角形的两条同向边相交，接触力的方向必须在两条同向边的负方向所围成的扇形。

定理2：对于三条边均同向的瞬心三角形，第四个手指的接触力的方向线位置不能与瞬心三角形的任何边相交。第四个手指的接触力的方向条件：接触力的正向关于瞬心三角形内部一点的矩的方向必须与瞬心三角形任何边关于同一点的矩的方向相反。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多边形对象多指抓取规划方法，其特征在于抓取规划的步骤是：

a.由图象获取与处理器摄取棱柱形形状工件的图象，并处理转化为便于计算机表示的三维实体图形，最后输出抓取平面上的多边形；

b.由抓取规划器确定四个手指的灵巧手关于给定工件的全部可行的抓取方案，并确定最佳的抓取方案；

c.由抓取规划器输出最佳抓取方案的手指位置信号给手指抓手的控制与驱动器实行抓取工作。

上述的抓取器规划确定可行抓取方案的步骤为：

a.用多指灵巧手中任意三个手指对工件工作接触力方向线的交点形成一个瞬心三角形；

b.根据瞬心三角形确定第四个手指在工件多边形上满足形封闭要求的位置范围。

上述的根据工件的多边形确定第四个手指在多边形上的满足形封闭要求的接触位置范围的步骤为：

a.判断边界四元组是否存在满足形封闭要求的抓取方案；

b.对于存在满足形封闭要求的抓取方案的4条抓取边，建立可行的抓取方案，其步骤为：

(a)根据前三条边以及其上的两个端点处的内法线所组成的具有两条同向边的瞬心三角形，确定第4条边上的可行抓取区段；

(b)确定一条异向边所对应的抓取边上满足形封闭要求的抓取位置区段；

(c)确定两条同向行边所对应的抓取边上满足形封闭要求的抓取位置区段

c.根据手指空间位置分布情况和手指接触力的大小保持均衡条件，确定满足形封闭要求的四条抓取位置区段上的最佳抓取位置。

上述的判断边界四元组是否存在满足形封闭要求的抓取方案的步骤为：

a.选择三条抓取边，用每一条边上两个端点处的内法线构造8个具有两条同向边的瞬心三角形，若不能构造出同向边的瞬心三角形，则该边界四元组不存在满足形封闭要求的抓取方案；

b.若第四条边满足以下两个条件，则这第四条边存在满足形封闭条件的抓取方案：

(a).方向条件：第四边的内法线与瞬心三角形的异向边正向之间的夹角大于90度；

(b).位置条件：若8个瞬心三角形中至少一个以上的瞬心三角形的两条同向边在第四条边上的投影的交非空。

上述的确定边界四元组第4条边上满足形封闭要求的可行抓取区段的方法为：所有瞬心三角形的两条同向边在第4条抓取边上投影的交之和，就是第4条边上能保证形封闭条件的可行抓取区段。

上述的确定异向边上满足形封闭要求的抓取位置区段的步骤为：

a.先对抓取边进行命名：对于能够形成瞬心三角形的边界四元组，命名瞬心三角形的异向边所在的多边形边界为E2，两条同向边所对应的抓取边分别命名为E1和E3，具体根据在两条边的内法线的交点相对于瞬心三角形两条同向边的位置确定，若交点是同向边的起点，则与该同向边重合的内法线所在的抓取边为E3，另一条边为E1，否则为E，另已条边为E3，第4条边为E4；

b.确定瞬心三角形异向边所对应的抓取边上满足形封闭要求的抓取位置区段的方法为：

(A).用E1、E2和E3的起点位置处的内法线构造瞬心三角形，求出E2的起点位置的内法线与E1、E3起点位置内法线n1与n3的交点J21、J23，求出E2起点位置内法线n2与n4的交点J42；

(a)若交点J21、j23与交点J31分别位于n4的两侧，则E2从起点位置到终点位置均为可行的形封闭抓取区段；

(b)否则沿E2的正向移动n2，使n2与n1和n3的交点J21、J23与交点J31分别位于n4的两侧，则n2从当前位置移动直至E2边的终点，这一区段就满足形封闭要求的第一个可行区段；n4的可行位置也是从当前位置到E4边的终点；

(c)如果移动n2后不能使得J21、J23与交点J31恰好位于n4的两侧，说明包含起点极限位置交点的瞬心三角形不存在；

或者；

(B).用E1、E2和E3的终点位置处的内法线构造瞬心三角形，求出E2终点极限位置法线与E1、E3终点位置内法线n1与n3的交点J21’、J23’，求出E2起点位置内法线n2和n4的交点J42；

(a).若交点J21’、J23’与交点J31’分贝为与n4的两侧，则E2从终点到起点均为可行的形封闭抓取区段；

(b).否则沿E2的终点指向起点位置方向移动n2，使得J21’、J23’与交点J31’恰好位于n4的两侧，则从n2的当前位置开始到E2的起点位置，这一区段均为E2的形封闭接触点的可行抓取区段；

(c).若移动n2后不能使得J21’、J23’与交点J31’恰好位于n4的两侧，则说明包含终点极限交点的瞬心三角形不存在。

上述的确定同向边所对应的抓取边上满足形封闭要求的抓取位置区段的方法为：过J42点作E1和E3的垂线，得相应的垂足P1、P3，折线P1-J42-P3可能将E1和E3分成两部分，折线P1-J42同样也将E2和E4上的内法线n2与n4分成两部分，在这两部分上均存在可行的抓取位置区段：

a.折线P1-J42-P3剖开的空间区域中包含E2的部分：

E3中n3可行抓取区段：E3中被折线P1-J42-P3剖开而所余下的部分；

E1中n1可行抓取区段：P1’-P1”，其中P1’位置的确定：对于E3上任意给定接触点；P”的位置为n3当前位置与n4的交点在E1上的投影点；P”的位置为E1的端点或P1；

b.折线P1-J42-P3剖开的空间区域中包含E1的部分：

E1中n1的可行抓取区段：从E1被折线P1-J42-P3剖开的部分；

E3中n3的可行抓取区段：P3’-P3”，其中P3’位置的确定：对于E1上任意给定接触点位置，P3’为n1的当前位置与n4的交点在E3的投影点；P3”的位置为E3的E3的端点或P3。

上述的确定最佳的抓取方案的方法是：以手腕运动幅度、手指运动幅度，手指接触点向对位置和手指接触力相对大小为评价指标，从全部可行的抓取方案中找出最佳抓取方案。

一种用于多边形对象多指抓取规划方法的装置，包括一个控制与驱动器控制驱动一个多指灵巧手，其特征在于有一个图象获取与处理器的输出连接一个抓取规划器的输入，抓取规划器的输出连接控制与驱动器的输入。

本发明与现有技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著优点：本发明采用图象获取与处理器摄取棱柱形形状工件的图象，并处理后输出抓取平面上的多边形给抓取规划器，抓取规划器进行抓取规划并确定最佳的抓取方案，从而输入给控制与驱动器，来控制驱动多指灵巧手，实现多指灵巧手指抓取多边形对象的智能化操作。本发明的多指抓取规划，能够使拟人机器人具有对各种形状的物体的灵巧操作和精确的力控制和运动控制能力，实现类人行为。

附图说明

图1是本实施例的装置结构方框图。

图2是图1示例的抓取规划器的工作程序图。

图3是由三个接触点形成的瞬心三角形。

图4是具有两条同向边的瞬心三角形及其四个手指的接触点位置关系图

图5是具有三条同向边的瞬心三角形及其四个手指的接触点位置关系图

图6是三条抓取边构成的瞬心三角形图

图7是确定第四条边可行抓取接触点区段的图

图8是确定异向边的可行抓取接触点区段，以三条抓取边的起点位置内法线建立瞬心三角形的求解图。

图9是确定异向边的可行抓取接触点区段，以三条抓取边的终点位置内法线建立瞬心三角形的求解图。

图10、图11、图12和图13是确定同向边的可行抓取接触点区段的求解图。

具体实施方式

本发明的一个优先实施例是：

参见图1，本多边形对象多指抓取规划方法的装置，包括一个控制与驱动器3控制驱动一个多指灵巧手4，有一个图象获取与处理器1的输出连接一个抓取规划器2的输入，抓取规划器2的输出连接控制与驱动器3的输入。

参见图1，本多边形对象多指抓取规划的方法是：由图像获取与处理器1利用数字摄像机获取目标的图像，并将其转化成便于计算机表示的三维实体图形，最后输出抓取平面上的多边形。抓取规划器根据图像获取与处理器1送来的多边形和多指灵巧手的具体几何尺寸产生抓取方案，其键盘输入抓取约束、质量评价指标等体现用户要求的信息，最后输出最佳抓取方案给控制与驱动器3来控制驱动多指抓手4。

为了说明抓取规划器2的工作，先对图3-图13作较详细的说明：

图3解释由三个接触点形成的瞬心三角形，图中的三个小圆圈表示三个手指，虚线表示抓取对象的平面轮廓，实线表示平面轮廓上可抓取的边界，大写字母A、B、C表示手指与多边形的接触位置，小写字母a、b、c就是三个手指与工件的接触力方向线(即工件边界上手指接触点处内法线)所形成的瞬心三角形。

图4具有两条同向边的瞬心三角形及其四个手指的接触点位置关系，瞬心三角形为a-b-c，两条同向边分别为ab和bc。根据定理1，满足形封闭的第四个接触力的作用线必须与瞬心三角形的两条同向边bc和ab相交，并且根据定理1的方向要求，在接触力的受力方向上，作用线必须先与bc相交，然后再与ab相交。

图5具有三条同向边的瞬心三角形及其四个手指的接触点位置关系。三条边关于三角形内部一点的距的方向均相同。图中的大箭头表示了第四个接触力的可行位置和方向。

图6三条抓取边的端点处内法线所构成的瞬心三角形，对于任意给定的多边形的三条边，分别在这三条边的端点处作出内法线，这样三条边的两个端点处作出工件的内法线，称为工件极限位置内法线。三条边共有6条极限位置内法线，在三条边上各取出一条极限位置内法线，就可以构成一个瞬心三角形，6条内法线可以构成8个瞬心三角形。这8个瞬心三角形要么全是两条同向边的瞬心三角形，要么全是三条同向边的瞬心三角形。图中为两条同向边的瞬心三角形。

图7判断给定四条边是否存在形封闭抓取方案，确定第四条边的可行接触点范围。图7中瞬心三角形Q1-Q2-Q4的两条同向边Q1Q2、Q2Q4向E4的投影的交为t1t2，且E4的内法线n4与瞬心三角形的异向边所在边界E2的内法线n2的夹角大于90度，因此这个多边形对象的4条边E1、E2、E3、E4存在满足形封闭要求的抓取方案。

图8确定异向边的可行手指接触区段，当两条同向边位于所在抓取边的起点位置时，异向边的可行区域求解方法。

图9确定异向边的可行手指接触区段，当两条同向边位于所在抓取边的终点位置时，异向边的可行区域求解方法。

图10确定同向边的可行手指接触区段，折线p1-J42-p3剖开的区域中包含E2的部分，n4靠近E3，故以n3的在E3上的位置为自变量参数，n1的位置范围随n3位置的变化而变化。

图11确定同向边的可行手指接触区段，折线p1-J42-p3剖开的区域中包含E2的部分，n4靠近E1，故以n1在E1上的起点位置为自变量参数，n3的位置范围随n1位置的变化而变化。

图12确定同向边的可行手指接触区段，折线p1-J42-p3剖开的区域中包含E4的部分，n4靠近E1，故以n1在E1上的起点位置为自变量参数，n3的位置范围随n1位置的变化而变化。

图13确定同向边的可行手指接触区段，折线p1-J42-p3剖开的区域中包含E4的部分，n4靠近E3，故以n3在E3上的起点位置为自变量参数，n1的位置范围随n3位置的变化而变化。

图2给出抓取规划器的工作程序。

抓取规划器的工作步骤如下：

1.判断给定边界四元组是否存在满足形封闭条件的抓取方案

包括建立边界四元组，即从多边形中找出四条边，这是从n条边的多边形中选出4条边的组合问题。判断边界四元组是否存在抓取方案的方法为：1)选择三条边构造8个具有两条同向边的瞬心三角形；如果不能构造出两条同向边的瞬心三角形，则该边界四元组不存在满足形封闭要求的抓取方案。否则进行下一步判断。2)如果第4条边满足以下两个条件，则这4条边存在满足形封闭要求的抓取方案。在两个条件为：

·  方向条件：第四条边的内法线方向与瞬心三角形的异向边方向之间的夹角大于90度。

·  位置条件：如果8个瞬心三角形中至少一个以上的瞬心三角形的两条同向边在第四条抓取边上的投影的交非空。

图7中瞬心三角形Q1-Q2-Q4的两条同向边Q1Q2、Q2Q4向E4的投影的交为t1t2，且E4的内法线n4与瞬心三角形得以向边所在多边形边界边E2的内法线n2的夹角大于90度，因此这多边形的这4条边E1、E2、E3、E4存在满足形封闭要求的抓取方案。

2.抓取边命名

对于能够形成瞬心三角形的边界四元组，前三条边的命名方法为：瞬心三角形的异向边所在的边界为E2，第4条边为E4。E1和E3根据在两条边的内法线的交点相对于瞬心三角形两条同向边的位置来规定，如交点是同向边的起点，则与该同向边重合的内法线所在的抓取边为E3，另一条边为E1，否则相反。

3 确定边界四元组第四条边上满足形封闭抓取条件的可行抓取区段

所有瞬心三角形的两条同向边在第四条边上投影的交之和，就是第四条边上能保证形封闭抓取的可行区间。在图7中，由于瞬心三角形P1-Q2-P4的两条同向边在第四条抓取边E4上的投影的交已经完全覆盖了E4，故E4在全长范围内均是可行抓取区段。

4 确定异向边上的接触点可行抓取区段。

构成瞬心三角形的三条内法线所在边为E1、E2和E3，其中E2为瞬心三角形的异向边所在的抓取边。对于E4上可行抓取位置上的任意一点，该点处手指接触力的方向线(即E4的内法线)为n4，过E1和E3的两端点分别作各自的内法线，则共有4条内法线。这4条内法线存在四个交点，如果四个交点分列在n4的两边，则E2上的可行抓取区段由两部分组成，否则只存在一个E2上的可行抓取区段。具体计算可行抓取位置的方法如下：

1)用E1、E2和E3的起点位置处的内法线构造瞬心三角形。

求出E2的起点位置内法线与E1、E3起点位置内法线n1与n3的交点J21、J23，求出E2起点位置内法线n2与n4的交点J42。

·如果交点J21、J23与交点J31分别位于n4的两侧，则E2从起点位置到终点位置均为可行的形封闭抓取区段。

·否则沿E2的正向移动n2，使n2与n1和n3的交点J21、J23与交点J31分别位于n4的两侧，则n2从当前位置移动直到终点，这一区域就是E2满足形封闭抓取的第一个可行抓取区段。n4的可行抓取位置也是从当前位置到E4边的终点。

·如果移动n2后不能使得J21、J23与交点J31恰好位于n4的两侧，则说明包含起点极限交点的瞬心三角形不存在。

2)用E1、E2和E3的终点位置处的内法线构造瞬心三角形。

·求出E2的终点极限位置法线与E1、E3终点位置内法线n1与n3的交点J21’、J23’，求出E2起点位置内法线n2与n4的交点J42。

·如果交点J21’、J23’与交点J31’分别位于n4的两侧。则E2从终点位置到起点位置均为可行的形封闭抓取区段。

·否则从E2的终点开始朝着起点位置方向移动，使得J21’、J23’与交点J31’恰好位于n4的两侧，则从n2的当前位置开始到E2的起点位置，这一区域均为E2的形封闭接触点的可行抓取区段。n4的可行抓取位置也是从E4边的起点到当前位置。

·如果移动n2后不能使得J21’、J23’与交点J31’恰好位于n4的两侧，则说明包含终点极限交点的瞬心三角形不存在。

5 同向边上满足形封闭条件的可行抓取接触点区段。

在确定了E2的可行抓取区段之后，根据给定的E2和E4上的接触点位置，确定两条同向边E1和E3上的可行抓取区段。这两条同向边上的可行区段大小互相依存，即E1上的可行区段确定之后，对于E1上给定的内法线n1的某一个位置，E3上的可行区段也随之而定。根据n4和n2的交点J42位置与E1、E3边端点的内法线之间的位置关系，同向边上的可行区段可能由两部分组成，每一部分的求解方法如下。

过J42点作关于E1和E3垂线，分别得相应的垂足为p1，p3。根据J42是否位于E1、E3的内法线极限区段之内，折线p1-J42-p3可能将E1和E3剖分为两个部分，折线p1-J42-p3同样也将E2和E4上的内法线n2与n4分成两部分。在这两部分上均存在可行接触点区段，求解方法如下。如图13所示。

1)第一部分(折线p1-J42-p3剖开的平面区域中包含E2的部分)求解如下：如果在该区域中n4靠近E3，故以n3的位置为自变量参数，n1的位置范围随n3位置的变化而变化，见图10。否则，以n1的位置为自变量参数，n3的位置范围随n1位置的变化而变化，见图11。

E3中n3可行抓取区段：E3中被折线p1-J42-p3剖开而所余下的部分。

E1中n1的可行抓取区段为P1’-P1”。P1’位置的求解方法为，对于E3上任意给定接触点位置的内法线n3，P1’的位置为n3的当前位置与n4的交点在E1上的投影点。P1”的位置取决于以下条件：设n1与n3的交点为J13、n3与n4的交点为J34、n3与n2的交点为J32，则n1的可行区域为保证在内法线n3上J34位于J13和J32之间，因此P1”的位置为E1的端点或p1。如图8所示。

2)第二部分(折线p1-J42-p3剖开的平面区域中包含E4的部分)求解如下：如果在该区域中n4靠近E3，故以n3的位置为自变量参数，n1的位置范围随n3位置的变化而变化，见图12。否则，以n1的位置为自变量参数，n3的位置范围随n1位置的变化而变化，见图13。

E1中n1的可行抓取区段：从E1被折线p1-J42-p3剖开的部分。

E3中n3的可行抓取区段P3’-P3”，其中P3’确定方法：对于E1上任意给定接触点位置，p3为n1的当前位置与n4的交点在E3的投影。P3”的位置取决于以下条件：设在内法线n1上，n1与n3的交点为J13、n1与n4的交点为J14、n1与n2的交点为J12，则n3的可行抓取区段为保证在内法线n1上J14位于J13和J12之间，因此P3”的位置为E3的端点或p3。如图12所示

图12和图13分别为第一区域中n4靠近E1、第二区域中n4靠近E3时的可行接触位置确定情况。

6 确定最优抓取位置

经过以上步骤得到一个可行的抓取区间，即每一条边上的保证形封闭的手指接触位置区间。每一条边上的可行区间随着n4位置的变化而变化，根据手指空间位置分布情况、手指接触力的大小保持均衡等条件确定出当前4条抓取边界上的最优抓取位置。

7 确定最优抓取方案

当给定多边形对象的所有边界四元组全部处理完之后，由于每一个边界四元组都有可能存在一个抓取方案，因此必须从全部可行的方案中找出最优的抓取方案。本发明以手腕运动幅度、手指的运动幅度、手指接触点相对位置，手指接触力相对大小等因素作为评价指标，对全部方案进行评价，从中求出最优的抓取方案。

Claims (9)

1.一种多边形对象多指取规划方法，其特征在于抓取规划的步骤是：

a.由图象获取与处理器获取棱柱形形状工件的图象，并处理转化为便于计算机表示的三维实体图形，最后输出抓取平面上的多边形；

b.由抓取规划器确定四手指的抓手对工件的全部可行的抓取方案，并确定最佳的抓取方案；

c.由抓取规划器输出最佳抓取方案的手指位置信号给手指抓手的控制与驱动器实行抓取动作。

2.根据权利要求1所述的多边形对象多抓取规划方法，其特征在于抓取器规划确定可行的抓取方案步骤为：

a.用多指灵巧手中任意三个手指对工件工作接触力方向线的交点形成一个瞬心三角形；

b.根据瞬心三角形确定第四个手指满足形封闭要求的位置范围。

3.根据权利要求2所述的多边形对象多指抓取规划方法，其特征在于根据工件的多边形形状确定第四指在多边形上的满足形封闭要求的接触位置范围的步骤为：

a.判断边界四元组是否存在满足形封闭要求的抓取方案；

b.对于存在满足形封闭要求的抓取方案的4条抓取边，建立可行的抓取方案，其步骤为：

(a)根据前三条边以及所组成的瞬心三角形，确定第4条边上的可行抓取区段；

(b)确定一条异向边上满足形封闭要求的抓取位置区段；

(c)确定两条同向行边上满足形封闭要求的抓取位置区段

c.根据手指空间位置分布情况和手指接触力的大小保持均衡条件，确定满足形封闭要求的四条抓取位置区段上的最佳抓取位置。

4.根据权利要求3所述的多边形对象多抓取规划方法，其特征在于判断边界四元组是否存在满足形封闭要求的抓取方案的步骤为：

a.选择三条边构造8个具有两条同向边的瞬心三角形，若不能构造出两条同向边的瞬心三角形，则该边界四元组不存在满足形封闭要求的抓取方案；

b.若第四条边满足以下两个条件，则这第四条边存在满足形封闭的抓取方案：

(a)方向条件：第四边的内法线与瞬心三角形的异向边方向之间的夹角必须大于90度；

(b)位置条件：若8个瞬心三角形中至少一个以上的瞬心三角形的两条同向边在第4条边上的投影的交非空。

5.根据权利要求3所述的多边形对象多指抓取规划方法，其特征在于确定边界四元组第4边上满足形封闭要求的可行抓取区段的方法为：边界四元组第4条边上满足形封闭要求的可行抓取区段的确定：所有瞬心三角形的两条同向边在第4条边上投影的交之和，就是第4边上能保证形封闭抓取的可行区段。

6.根据权利要求3所述的多边形对象多指抓取规划方法，其特征在于确定异向边上满足形封闭要求的抓取位置区段的步骤为：

a.先将抓取边命名：对于能够形成瞬心三角形的边界四元组，命名瞬心三角形的异向边所在的多角形边界为E2，两条同向边分别命名为E1和E3，具体根据这两条边的内法线的交点相对于瞬心三角形两条同向边的位置确定，若交点是同向边的起点，则与该同向边重合的内法线所在的抓取边为E3，另一条边为E1，否则为E1，另一条边为E3，第4条边为E4；

b.确定异向边上满足形封闭要求的抓取位置区段的方法为：

(A).用E1、E2和E3的起点位置处的内法线构造瞬心三角形，求出E2的起点位置的内法线与E1、E3起点位置内法线n1与n3的交点J21、J23，求出E2起点位置内法线n2与n4的交点J42；

(a)若交点J21、J23与交点J31分别位于n4的两侧，则E2从起点位置到终点位置均为可行的形封闭抓取区段；

(b)否则沿E2的正向移动n2，使n2与n1和n3的交点J21、J23与交点J31分别位于n4的两侧，则n2从当前位置移动直至终点，这一区段就是满足形封闭抓取的第一个可行区段；n4的可行位置也是从当前位置到E4边的终点；

(c)如果这样的法线不存在，说明包含起点极限交点的三角形不存在；或者；

(B).用E1、E2和E3的终点位置处的内法线构造瞬心三角形，求出E2终点极限位置法线与E1、E3终点位置内法线n1与n3的交点J21’、J23’，求出E2起点位置内法线n2和n4的交点J42；

(a)若交点J21’、J23’与交点J31’分贝为与n4的两侧，则E2从终点位置到起点均为可行的形封闭抓取区段；

(b)否则沿E2的终点指向起点位置方向移动n2，使得J21’、J23’与交点J31’恰好位于n4的两侧，则从n2的当前位置开始到E2的起点位置，这一区段均为E2的形封闭接触点的可行抓取区段；

(c)若移动与E3起点位置内法线n3与n4的交点重合的n2不存在，则说明包含终点极限交点的瞬心三角形不存在。

7.根据权利要求3或5所述的多边形对象多抓取规划方法，其特征在于确定同向边上满足形封闭要求的抓取位置区段的方法为：过J42点作E1和E3的垂线，得相应的垂足P1、P3，折线P1-J42-P3可能将E1和E3分成两部分，折线P1-J42同样也将E2和E4上的内法线n2与n4分成两部分，在这两部分上均存在可行的抓取位置区段：

a.折线P1-J42-P3剖开区段中包含E2的部分：

E3中n3可行抓取区段：E3中被折线P1-J42-P3剖开而所余下的部分，E1中n1可行抓取区段：P1’-P1”，其中P1’位置的确定：对于E3上任意给定接触点；P”的位置为n3当前位置与n4的交点在E1上的投影点；P”的位置为E1的端点或P1；

b.折线P1-J42-P3剖开区段中包含E1的部分：

E1中n1的可行抓取区段：从E1被折线P1-J42-P3剖开的部分；

E3中n3的可行抓取区段：P3’-P3”，其中P3’位置的确定：对于E1商人一规定接触点位置，P3’为n1的当前位置与n4的交点在E3的投影点；P3”的位置为E3的E3的端点或P3。

8.根据权利要求1所述的多边形对象多指抓取规划方法，其特征在于确定最佳的抓取方案的方法是：以手腕运动幅度、手指运动幅度，手指接触点向对位置和手指接触力相对大小为评价指标，从全部可行的抓取方案中找出最佳抓取方案。

9.根据权利要求1所述的多边形对象多指抓取规划方法的装置，包括一个控制与驱动器(3)控制驱动一个多指抓手(4)，其特征在于有一个图象获取与处理器(1)的输出连接一个抓取规划器(2)的输入，抓取规划器(2)的输出连接控制与驱动器(3)的输入。

Images