项目技术说明 · 2026 年 10 月

灵巧手异构运动重定向

DOGlove × ORCA · 运动学建模、空间标定与离线评估

以指尖空间关系为主要目标,将可穿戴手套的动作映射到 ORCA 灵巧手。技术探索重点是构型差异、重新佩戴后的零位变化,以及指尖位置与关节姿态之间的取舍。

问题定义

人手、手套机构与机器人手具有不同的关节结构、指长和可达工作空间。逐关节直接复制角度时,可能保留局部弯曲趋势,却无法保留捏合或抓握所需的指尖关系。

因此,本项目将运动重定向分解为传感输入一致性、掌坐标中的空间映射和机器人逆运动学三个问题,并分别分析误差来源。

方法与实现

当前技术路径

  1. 传感采集与本次平手
  2. 手套正运动学
  3. 逐指掌坐标映射
  4. 受限指尖 IK
  5. 姿态平滑与回放评估

利用当前佩戴的平手姿态作为锚点,在两侧掌坐标中建立逐指空间映射。历史采集保留各自的零点与传感器增益,避免把不同佩戴状态下的原始角度直接混用。

p目标,i = pORCA,平手,i + Ai (p手套,i − p手套,平手,i)

其中 i 表示手指,Aᵢ 表示该指在掌坐标中的空间变换。机器人侧以目标指尖位置求解 IK,并约束关节范围;在指尖误差允许的范围内,利用可信采集的关节模式提供弱姿态偏好。

当前实现将姿态偏好投影到指尖任务雅可比的零空间;若偏好更新使指尖误差超出容许范围,则拒绝该更新。由此分析保持指尖关系与参考姿态之间的折中。

我的工作

数据与离线结果

本轮资料包含 223 条原始逐指记录。整理后的划分为 155 条训练记录、50 条保留测试记录和 5 条诊断记录;其余记录涉及替换或排除。模型拟合与选择不使用保留测试;按姿态留出时,同一 pose_id 的重复动作整体留出。

同一保留测试集上的离线回放结果
评价指标基础指尖 IK加入弱姿态偏好
相对 ORCA 参考的关节 RMSE23.56°23.20°
指尖到 IK 目标的平均残差2.84 mm2.86 mm
最终指尖到参考的平均误差32.22 mm32.05 mm

弱姿态偏好使参考关节 RMSE 从 23.56° 降至 23.20°,最终指尖到参考的平均误差也略有下降,同时 IK 目标残差由 2.84 mm 变为 2.86 mm。该对照呈现了空间目标与姿态偏好之间的权衡。

评估条件:表中为现有数据的离线运动学回放,参考姿态来自对屏幕 ORCA 姿态的模仿;指标衡量模型映射与解算表现。

下载离线结果摘要 JSON ↓

研究展望

联系:chenxuwang.chn@outlook.com

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