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高質(zhì)量發(fā)明專利、快速授權(quán)，成功案例系列之七：
14個月發(fā)證：一種基于接觸動力學(xué)模型的肌膚材質(zhì)力學(xué)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(shù)領(lǐng)域：計算機(jī)及生物
專利號：CN202010456602.3
專利名稱：一種基于接觸動力學(xué)模型的肌膚材質(zhì)力學(xué)性能測量方法
專利申請日：2020-05-26
專利授權(quán)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(xiàn)文 唐驄 陳家驪
專利代理機(jī)構(gòu)：廣州高炬知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
專利代理師：孫明科
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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(quán)權(quán)利要求：8，其中獨立權(quán)利要求：1
權(quán)項結(jié)構(gòu)：
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三、發(fā)明內(nèi)容摘要：
本發(fā)明公開了一種基于接觸動力學(xué)模型的肌膚材質(zhì)力學(xué)性能測量方法，首先搭建遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺實現(xiàn)對多自由度機(jī)器人運動狀態(tài)的監(jiān)測和控制，使用該機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺對肌膚材質(zhì)的受力-變形數(shù)據(jù)采集，同時建立肌膚接觸動力學(xué)模型，并基于自擾動遞推最小二乘算法對肌膚接觸動力學(xué)模型進(jìn)行線性化處理和模型參數(shù)的辨識，從而確定肌膚材質(zhì)力學(xué)特性的明確數(shù)學(xué)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(zhì)力學(xué)性能測量的完整方法，可用于為機(jī)器人力控等控制算法提供準(zhǔn)確的環(huán)境動力學(xué)參考，從而提高控制系統(tǒng)快速響應(yīng)性和精確性，最終實現(xiàn)對肌膚材質(zhì)力學(xué)性能的快速、準(zhǔn)確測量。
四、發(fā)明摘要附圖：
五、獨立權(quán)利要求1：
1.一種基于接觸動力學(xué)模型的肌膚材質(zhì)力學(xué)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(biāo)及力學(xué)性能測量所需的肌膚表面下壓深度輸入PC主機(jī)端控制程序；步驟2：機(jī)器人在PC端遠(yuǎn)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(shè)定的下壓深度計算目標(biāo)運動位置，輸入位置控制模塊控制機(jī)器人末端從肌膚表面沿著肌膚法向進(jìn)行下壓，保證最終的按壓深度達(dá)到設(shè)定值；步驟4：機(jī)器人沿肌膚法向進(jìn)行下壓運動的同時，機(jī)器人狀態(tài)采集與發(fā)送程序以125HZ高頻率地采集機(jī)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(xué)性能的研究建立肌膚接觸動力學(xué)模型，并使用基于肌膚接觸動力學(xué)模型的自擾動遞推最小二乘算法在步驟4獲取機(jī)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(xué)模型，得出具有確定參數(shù)的肌膚力學(xué)性能數(shù)學(xué)表征；步驟6：機(jī)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(xué)模型的肌膚材質(zhì)力學(xué)性能測量方法通過接觸動力學(xué)模型描述肌膚材質(zhì)力學(xué)特性，通過機(jī)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(jìn)行接觸動力學(xué)模型的線性化處理和參數(shù)辨識。最終得出肌膚力學(xué)性能的明確數(shù)學(xué)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(zhǔn)確的前饋預(yù)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(zhì)力學(xué)性能測量的方法，還具備如下優(yōu)點：
（1）所提UR-3e機(jī)器人控制平臺能夠使控制操作擺脫機(jī)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(xué)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(xué)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(jìn)，機(jī)器人已經(jīng)在工業(yè)、服務(wù)業(yè)領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用，所面臨的工作任務(wù)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(hù)理、輔助康復(fù)訓(xùn)練等操作時，需要進(jìn)行機(jī)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(xué)特性在不同肌膚區(qū)域間由于生物體征、組織結(jié)構(gòu)等因素而存在變化，肌膚環(huán)境的上述未知性往往導(dǎo)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(guān)研究在機(jī)器人柔順控制中采用純剛度模型描述機(jī)器人與環(huán)境之間的接觸動力學(xué)特征，上述研究的接觸動力學(xué)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(xué)模型的研究不僅包括模型結(jié)構(gòu)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(jìn)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(jìn)行跟蹤辨識。
針對這一情況，本發(fā)明人團(tuán)隊提出一種新的基于接觸動力學(xué)模型的肌膚材質(zhì)力學(xué)性能測量方法，構(gòu)建肌膚接觸動力學(xué)模型以描述肌膚材質(zhì)的力學(xué)性能，同時利用機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺控制機(jī)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(xué)模型進(jìn)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(xué)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(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，包括機(jī)器人控制、計算機(jī)數(shù)學(xué)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(lǐng)域的專業(yè)能力、綜合水平，對計算機(jī)、生物技術(shù)領(lǐng)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(tuán)隊對接，反復(fù)多次與研發(fā)團(tuán)隊深入交流，共同分析技術(shù)問題和發(fā)明要點，在深度檢索和多次撰寫修改的基礎(chǔ)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(tuán)隊成員密切溝通，認(rèn)真聽取發(fā)明人的構(gòu)思和技術(shù)方案，并且進(jìn)行了深入的技術(shù)挖掘，準(zhǔn)確縮短技術(shù)問題和技術(shù)效果，從而得到了本發(fā)明呈現(xiàn)的較為完善的技術(shù)方案。
本案件由于涉及機(jī)器人及計算機(jī)算法技術(shù)，屬于新一代信息技術(shù)領(lǐng)域，專利代理師在提交、審查意見答復(fù)、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(tuán)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(lǐng)域高質(zhì)量專利申請案件，反復(fù)討論、修改了多稿才最終定稿，發(fā)明人科研團(tuán)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(zhì)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(jī)器人相關(guān)的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集、核心算法、美容機(jī)器人控制等進(jìn)行了合理的保護(hù)，采用快速的申請和審查答復(fù)，大幅縮短了審查時間。本發(fā)明專利獲得授權(quán)后，有利于該申請人對該專利技術(shù)成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化、實施，盡早投入使用，產(chǎn)生更好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
