目标位置引导的五指灵巧手手内重定向

作     者：张玲俊 汤亮 刘磊 ZHANG Lingjun;TANG Liang;LIU Lei

作者机构：北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术全国重点实验室北京100094 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2025年第47卷第1期

页      面：10-21页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 080202[工学-机械电子工程] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主　　题：灵巧操作 手内操作 物体重定向 五指灵巧手 强化学习 

摘      要：重定向是指将物体旋转至期望姿态,其中,将物体从任意初始姿态旋转到任意期望姿态是最具挑战性的场景。为引导不同驱动自由度的五指拟人灵巧手以更加类人的方式高效完成手内重定向任务,提出了一种目标位置引导的手内物体重定向策略生成方法。首先,受人手在手内重定向过程中操作特性的启发,并根据五指拟人灵巧手驱动自由度的分布特性,提出了一种设计目标位置的可行原则。将重定向过程中物体实际位置与目标位置的差值作为即时奖励的一部分,以引导五指拟人灵巧手将物体保持在目标位置附近。其次,受人手在准备执行重定向任务前预备状态的启发,设计了一种在每次状态重置时采样五指拟人灵巧手关节位置的方法,以提高操控能力;最后,采用基于长短期记忆(LSTM)网络与非对称演员-评论家架构的近端策略优化(PPO)算法训练重定向策略。仿真结果表明,所提出的方法使9驱动自由度雄克SVH灵巧手、13驱动自由度BICE(北京控制工程研究所)灵巧手和18驱动自由度Shadow灵巧手在执行重定向操作时,均能逼近预设的最大连续成功次数。此外,相较于不包含目标位置引导的手内物体重定向方法,所提出的方法有效降低了完成重定向任务所需的平均步数。综上所述,所提出的方法使得具有不同驱动自由度的五指拟人灵巧手能够通过手掌和手指的协同作用,以类人的方式高效完成物体重定向任务,显著提升了操作效率。