時間(jiān)：2021-09-22來源：無

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高質量發明(míng)專利、快速授權，成功案例系列之七：

 

14個月發證：一(yī)種基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量方法（廣州納麗生物(wù)科技有限公司）

 

一(yī)、發明(míng)專利案件(jiàn)基本信息

技術領域：計算機及生物(wù)

專利号：CN202010456602.3  

專利名稱：一(yī)種基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量方法

專利申請日：2020-05-26

專利授權日：2021-08-17

專利申請人(rén)：廣州納麗生物(wù)科技有限公司

發明(míng)人(rén)：陳彥彪 翟敬梅 曾獻文 唐骢 陳家骊

專利代理機構：廣州高炬知(zhī)識産權代理有限公司

專利代理師：孫明(míng)科

 

 

二、發明(míng)專利申請文件(jiàn)信息

 

申請文件(jiàn)：29頁，0.98萬字，附圖4

授權權利要求：8，其中(zhōng)獨立權利要求：1

權項結構：

 

三、發明(míng)內(nèi)容摘要：

 

本發明(míng)公開了一(yī)種基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量方法，首先搭建遠(yuǎn)程監控平台實現對(duì)多(duō)自(zì)由度機器人(rén)運動(dòng)狀态的(de)監測和(hé)控制(zhì)，使用該機器人(rén)遠(yuǎn)程監控平台對(duì)肌膚材質的(de)受力-變形數據采集，同時建立肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型，并基于自(zì)擾動(dòng)遞推最小二乘算法對(duì)肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型進行(xíng)線性化處理和(hé)模型參數的(de)辨識，從而确定肌膚材質力學(xué)特性的(de)明(míng)确數學(xué)表征。發明(míng)從硬件(jiàn)平台和(hé)監控、辨識算法多(duō)重層面提供了肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量的(de)完整方法，可(kě)用于爲機器人(rén)力控等控制(zhì)算法提供準确的(de)環境動(dòng)力學(xué)參考，從而提高控制(zhì)系統快速響應性和(hé)精确性，最終實現對(duì)肌膚材質力學(xué)性能(néng)的(de)快速、準确測量。

 

四、發明(míng)摘要附圖：

 

五、獨立權利要求1：

 

1.一(yī)種基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量方法，其特征在(zài)于，其包括以下步驟：步驟1：将肌膚作(zuò)業對(duì)象空間(jiān)位置坐(zuò)标及力學(xué)性能(néng)測量所需的(de)肌膚表面下壓深度輸入PC主機端控制(zhì)程序；步驟2：機器人(rén)在(zài)PC端遠(yuǎn)程位置控制(zhì)程序的(de)控制(zhì)下移動(dòng)到作(zuò)業對(duì)象表面；步驟3：控制(zhì)程序按照設定的(de)下壓深度計算目标運動(dòng)位置，輸入位置控制(zhì)模塊控制(zhì)機器人(rén)末端從肌膚表面沿着肌膚法向進行(xíng)下壓，保證最終的(de)按壓深度達到設定值；步驟4：機器人(rén)沿肌膚法向進行(xíng)下壓運動(dòng)的(de)同時，機器人(rén)狀态采集與發送程序以125HZ高頻(pín)率地采集機器人(rén)末端法向受力及位置信息，并實時發送回PC端；步驟5：根據肌膚力學(xué)性能(néng)的(de)研究建立肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型，并使用基于肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)自(zì)擾動(dòng)遞推最小二乘算法在(zài)步驟4獲取機器人(rén)末端法向受力及位置信息的(de)同時，實時辨識肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型，得(de)出具有确定參數的(de)肌膚力學(xué)性能(néng)數學(xué)表征；步驟6：機器人(rén)完成受力及位置信息采集并退出接觸，運動(dòng)到安全位置。

 

七、本發明(míng)主要的(de)有益效果：

 

1、本發明(míng)提供的(de)基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量方法通(tōng)過接觸動(dòng)力學(xué)模型描述肌膚材質力學(xué)特性，通(tōng)過機器人(rén)自(zì)動(dòng)化地采集肌膚對(duì)象的(de)受力-變形數據，根據采集得(de)到的(de)數據基于自(zì)擾動(dòng)遞推最小二乘算法進行(xíng)接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)線性化處理和(hé)參數辨識。最終得(de)出肌膚力學(xué)性能(néng)的(de)明(míng)确數學(xué)表征。本發明(míng)能(néng)夠用于面向肌膚工(gōng)作(zuò)的(de)阻抗控制(zhì)器等控制(zhì)系統，爲其提供準确的(de)前饋預測，具有較高的(de)實用價值。

2、發明(míng)從硬件(jiàn)平台和(hé)監控、辨識算法多(duō)重層面提供了肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量的(de)方法，還具備如(rú)下優點：

（1）所提UR-3e機器人(rén)控制(zhì)平台能(néng)夠使控制(zhì)操作(zuò)擺脫機器人(rén)Playscope面闆的(de)距離約束，實現對(duì)肌膚受力-變形數據的(de)高效、自(zì)動(dòng)化采集；

（2）所提基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)自(zì)擾動(dòng)遞推最小二乘算法可(kě)實現對(duì)非線性對(duì)象的(de)線性化處理，并保證肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型參數辨識的(de)收斂性與跟蹤性。

 

八、本案專利代理師經驗分(fēn)享：

 

随着“中(zhōng)國制(zhì)造2025”制(zhì)造強國戰略的(de)不斷推進，機器人(rén)已經在(zài)工(gōng)業、服務(wù)業領域獲得(de)越來越廣泛的(de)應用，所面臨的(de)工(gōng)作(zuò)任務(wù)也(yě)不再僅僅需要位置控制(zhì)，在(zài)面對(duì)諸多(duō)作(zuò)業場合如(rú)人(rén)體(tǐ)按摩、美(měi)容護理、輔助康複訓練等操作(zuò)時，需要進行(xíng)機器人(rén)位置和(hé)力的(de)雙重控制(zhì)如(rú)阻抗控制(zhì)，上述作(zuò)業對(duì)象爲人(rén)體(tǐ)肌膚，具有典型的(de)柔順材料的(de)非線性、粘滞性等特征，且其力學(xué)特性在(zài)不同肌膚區域間(jiān)由于生物(wù)體(tǐ)征、組織結構等因素而存在(zài)變化，肌膚環境的(de)上述未知(zhī)性往往導緻阻抗控制(zhì)力跟蹤誤差較大甚至失去(qù)力跟蹤能(néng)力。現有相(xiàng)關研究在(zài)機器人(rén)柔順控制(zhì)中(zhōng)采用純剛度模型描述機器人(rén)與環境之間(jiān)的(de)接觸動(dòng)力學(xué)特征，上述研究的(de)接觸動(dòng)力學(xué)模型是線性的(de)，适用于線彈性材料特征，但對(duì)于柔順材料，則無法描述其非線性彈性特征。對(duì)環境接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)研究不僅包括模型結構的(de)确定，還包括對(duì)模型參數的(de)辨識，傳統遞推最小二乘辨識算法進行(xíng)參數辨識時無法适用于非線性模型且無法對(duì)時變對(duì)象進行(xíng)跟蹤辨識。

針對(duì)這(zhè)一(yī)情況，本發明(míng)人(rén)團隊提出一(yī)種新的(de)基于接觸動(dòng)力學(xué)模型的(de)肌膚材質力學(xué)性能(néng)測量方法，構建肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型以描述肌膚材質的(de)力學(xué)性能(néng)，同時利用機器人(rén)遠(yuǎn)程監控平台控制(zhì)機器人(rén)自(zì)動(dòng)化地采集肌膚受力-變形數據，爲解決遞推最小二乘算法對(duì)非線性對(duì)象的(de)适用性問(wèn)題，首先對(duì)肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型進行(xíng)線性化處理，然後基于自(zì)擾動(dòng)遞推最小二乘算法對(duì)和(hé)肌膚接觸動(dòng)力學(xué)模型參數跟蹤辨識，能(néng)夠同時滿足參數辨識的(de)收斂性和(hé)跟蹤性。

本專利涉及多(duō)個學(xué)科和(hé)技術領域，包括機器人(rén)控制(zhì)、計算機數學(xué)模型、算法、生物(wù)美(měi)容、數據采集與處理等，對(duì)專利代理師的(de)跨領域的(de)專業能(néng)力、綜合水平，對(duì)計算機、生物(wù)技術領域的(de)經驗要求較高。我(wǒ)公司派出專利代理師孫明(míng)科與研發團隊對(duì)接，反複多(duō)次與研發團隊深入交流，共同分(fēn)析技術問(wèn)題和(hé)發明(míng)要點，在(zài)深度檢索和(hé)多(duō)次撰寫修改的(de)基礎上，完成了本項發明(míng)專利的(de)申請文件(jiàn)。本案專利代理師通(tōng)過與研發團隊成員密切溝通(tōng)，認真聽取發明(míng)人(rén)的(de)構思和(hé)技術方案，并且進行(xíng)了深入的(de)技術挖掘，準确縮短(duǎn)技術問(wèn)題和(hé)技術效果，從而得(de)到了本發明(míng)呈現的(de)較爲完善的(de)技術方案。

本案件(jiàn)由于涉及機器人(rén)及計算機算法技術，屬于新一(yī)代信息技術領域，專利代理師在(zài)提交、審查意見(jiàn)答(dá)複、繳費等多(duō)個環節均做了快速處理，最終使本發明(míng)按照正常審查流程，能(néng)夠在(zài)14個月的(de)時間(jiān)頒發了發明(míng)證書，創下該公司科研團隊多(duō)年(nián)以來最快的(de)發明(míng)發證時間(jiān)記錄（我(wǒ)國發明(míng)專利通(tōng)常的(de)發證時間(jiān)爲24-36個月）。

   本專利是專利代理師撰寫的(de)跨領域高質量專利申請案件(jiàn)，反複討(tǎo)論、修改了多(duō)稿才最終定稿，發明(míng)人(rén)科研團隊及代理師對(duì)本發明(míng)均付出了辛苦的(de)勞動(dòng)。

本發明(míng)專利作(zuò)爲高質量的(de)發明(míng)專利，與申請人(rén)布局的(de)其他發明(míng)專利相(xiàng)互配合，對(duì)醫療美(měi)容機器人(rén)相(xiàng)關的(de)計算機數據采集、核心算法、美(měi)容機器人(rén)控制(zhì)等進行(xíng)了合理的(de)保護，采用快速的(de)申請和(hé)審查答(dá)複，大幅縮短(duǎn)了審查時間(jiān)。本發明(míng)專利獲得(de)授權後，有利于該申請人(rén)對(duì)該專利技術成果進行(xíng)轉化、實施，盡早投入使用，産生更好的(de)社會(huì)和(hé)經濟效益。