高質量發(fā)明專利、快速授權，成功案例系列之七：

 

14個月發(fā)證：一種基于接觸動力學模型的肌膚材質力學性能測量方法（廣州納麗生物科技有限公司）

 

一、發(fā)明專利案件基本信息

技術領域：計算機及生物

專利號：CN202010456602.3  

專利名稱：一種基于接觸動力學模型的肌膚材質力學性能測量方法

專利申請日：2020-05-26

專利授權日：2021-08-17

專利申請人：廣州納麗生物科技有限公司

發(fā)明人：陳彥彪 翟敬梅 曾獻文 唐驄 陳家驪

專利代理機構：廣州高炬知識產(chǎn)權代理有限公司

專利代理師：孫明科

 

 

二、發(fā)明專利申請文件信息

 

申請文件：29頁，0.98萬字，附圖4

授權權利要求：8，其中獨立權利要求：1

權項結構：

 

三、發(fā)明內容摘要：

 

本發(fā)明公開了一種基于接觸動力學模型的肌膚材質力學性能測量方法，首先搭建遠程監(jiān)控平臺實現(xiàn)對多自由度機器人運動狀態(tài)的監(jiān)測和控制，使用該機器人遠程監(jiān)控平臺對肌膚材質的受力-變形數(shù)據(jù)采集，同時建立肌膚接觸動力學模型，并基于自擾動遞推最小二乘算法對肌膚接觸動力學模型進行線性化處理和模型參數(shù)的辨識，從而確定肌膚材質力學特性的明確數(shù)學表征。發(fā)明從硬件平臺和監(jiān)控、辨識算法多重層面提供了肌膚材質力學性能測量的完整方法，可用于為機器人力控等控制算法提供準確的環(huán)境動力學參考，從而提高控制系統(tǒng)快速響應性和精確性，最終實現(xiàn)對肌膚材質力學性能的快速、準確測量。

 

四、發(fā)明摘要附圖：

 

五、獨立權利要求1：

 

1.一種基于接觸動力學模型的肌膚材質力學性能測量方法，其特征在于，其包括以下步驟：步驟1：將肌膚作業(yè)對象空間位置坐標及力學性能測量所需的肌膚表面下壓深度輸入PC主機端控制程序；步驟2：機器人在PC端遠程位置控制程序的控制下移動到作業(yè)對象表面；步驟3：控制程序按照設定的下壓深度計算目標運動位置，輸入位置控制模塊控制機器人末端從肌膚表面沿著肌膚法向進行下壓，保證最終的按壓深度達到設定值；步驟4：機器人沿肌膚法向進行下壓運動的同時，機器人狀態(tài)采集與發(fā)送程序以125HZ高頻率地采集機器人末端法向受力及位置信息，并實時發(fā)送回PC端；步驟5：根據(jù)肌膚力學性能的研究建立肌膚接觸動力學模型，并使用基于肌膚接觸動力學模型的自擾動遞推最小二乘算法在步驟4獲取機器人末端法向受力及位置信息的同時，實時辨識肌膚接觸動力學模型，得出具有確定參數(shù)的肌膚力學性能數(shù)學表征；步驟6：機器人完成受力及位置信息采集并退出接觸，運動到安全位置。

 

七、本發(fā)明主要的有益效果：

 

1、本發(fā)明提供的基于接觸動力學模型的肌膚材質力學性能測量方法通過接觸動力學模型描述肌膚材質力學特性，通過機器人自動化地采集肌膚對象的受力-變形數(shù)據(jù)，根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)基于自擾動遞推最小二乘算法進行接觸動力學模型的線性化處理和參數(shù)辨識。最終得出肌膚力學性能的明確數(shù)學表征。本發(fā)明能夠用于面向肌膚工作的阻抗控制器等控制系統(tǒng)，為其提供準確的前饋預測，具有較高的實用價值。

2、發(fā)明從硬件平臺和監(jiān)控、辨識算法多重層面提供了肌膚材質力學性能測量的方法，還具備如下優(yōu)點：

（1）所提UR-3e機器人控制平臺能夠使控制操作擺脫機器人Playscope面板的距離約束，實現(xiàn)對肌膚受力-變形數(shù)據(jù)的高效、自動化采集；

（2）所提基于接觸動力學模型的自擾動遞推最小二乘算法可實現(xiàn)對非線性對象的線性化處理，并保證肌膚接觸動力學模型參數(shù)辨識的收斂性與跟蹤性。

 

八、本案專利代理師經(jīng)驗分享：

 

隨著“中國制造2025”制造強國戰(zhàn)略的不斷推進，機器人已經(jīng)在工業(yè)、服務業(yè)領域獲得越來越廣泛的應用，所面臨的工作任務也不再僅僅需要位置控制，在面對諸多作業(yè)場合如人體按摩、美容護理、輔助康復訓練等操作時，需要進行機器人位置和力的雙重控制如阻抗控制，上述作業(yè)對象為人體肌膚，具有典型的柔順材料的非線性、粘滯性等特征，且其力學特性在不同肌膚區(qū)域間由于生物體征、組織結構等因素而存在變化，肌膚環(huán)境的上述未知性往往導致阻抗控制力跟蹤誤差較大甚至失去力跟蹤能力?，F(xiàn)有相關研究在機器人柔順控制中采用純剛度模型描述機器人與環(huán)境之間的接觸動力學特征，上述研究的接觸動力學模型是線性的，適用于線彈性材料特征，但對于柔順材料，則無法描述其非線性彈性特征。對環(huán)境接觸動力學模型的研究不僅包括模型結構的確定，還包括對模型參數(shù)的辨識，傳統(tǒng)遞推最小二乘辨識算法進行參數(shù)辨識時無法適用于非線性模型且無法對時變對象進行跟蹤辨識。

針對這一情況，本發(fā)明人團隊提出一種新的基于接觸動力學模型的肌膚材質力學性能測量方法，構建肌膚接觸動力學模型以描述肌膚材質的力學性能，同時利用機器人遠程監(jiān)控平臺控制機器人自動化地采集肌膚受力-變形數(shù)據(jù)，為解決遞推最小二乘算法對非線性對象的適用性問題，首先對肌膚接觸動力學模型進行線性化處理，然后基于自擾動遞推最小二乘算法對和肌膚接觸動力學模型參數(shù)跟蹤辨識，能夠同時滿足參數(shù)辨識的收斂性和跟蹤性。

本專利涉及多個學科和技術領域，包括機器人控制、計算機數(shù)學模型、算法、生物美容、數(shù)據(jù)采集與處理等，對專利代理師的跨領域的專業(yè)能力、綜合水平，對計算機、生物技術領域的經(jīng)驗要求較高。我公司派出專利代理師孫明科與研發(fā)團隊對接，反復多次與研發(fā)團隊深入交流，共同分析技術問題和發(fā)明要點，在深度檢索和多次撰寫修改的基礎上，完成了本項發(fā)明專利的申請文件。本案專利代理師通過與研發(fā)團隊成員密切溝通，認真聽取發(fā)明人的構思和技術方案，并且進行了深入的技術挖掘，準確縮短技術問題和技術效果，從而得到了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術方案。

本案件由于涉及機器人及計算機算法技術，屬于新一代信息技術領域，專利代理師在提交、審查意見答復、繳費等多個環(huán)節(jié)均做了快速處理，最終使本發(fā)明按照正常審查流程，能夠在14個月的時間頒發(fā)了發(fā)明證書，創(chuàng)下該公司科研團隊多年以來最快的發(fā)明發(fā)證時間記錄（我國發(fā)明專利通常的發(fā)證時間為24-36個月）。

   本專利是專利代理師撰寫的跨領域高質量專利申請案件，反復討論、修改了多稿才最終定稿，發(fā)明人科研團隊及代理師對本發(fā)明均付出了辛苦的勞動。

本發(fā)明專利作為高質量的發(fā)明專利，與申請人布局的其他發(fā)明專利相互配合，對醫(yī)療美容機器人相關的計算機數(shù)據(jù)采集、核心算法、美容機器人控制等進行了合理的保護，采用快速的申請和審查答復，大幅縮短了審查時間。本發(fā)明專利獲得授權后，有利于該申請人對該專利技術成果進行轉化、實施，盡早投入使用，產(chǎn)生更好的社會和經(jīng)濟效益。