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        高質量發明專利、快速授權,成功案例系列之七
        時間:2021-09-22來源:無

        高質量發明專利、快速授權,成功案例系列之七:

         

        14個月發證: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、發明專利案件基本信息

        技術領域:計算機生物

        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:廣州高炬知識產權代理有限公司

        專利代理師:孫明科

         

         

        二、發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、發明內容摘要:

         

        本發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,首先搭建遠程監控平臺實現對多自由度機器人運動狀態的監測和控制,使用該機器人遠程監控平臺對肌膚材質的受力-變形數據采集,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的辨識,從而確定肌膚材質力學特性的明確數學表征。發明從硬件平臺和監控、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境動力學參考,從而提高控制系統快速響應性和精確性,最終實現對肌膚材質力學性能的快速、準確測量。

         

        、發明摘要附圖

         

        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,機器人狀態采集與發送程序以125HZ高頻率地采集機器人末端法向受力及位置信息,并實時發送回PC端;步驟5:根據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,得出具有確定參數的肌膚力學性能數學表征;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、本發明主要的有益效果:

         

        1、本發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-變形數據,根據采集得到的數據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辨識。最終得出肌膚力學性能的明確數學表征。本發明能夠用于面向肌膚工作的阻抗控制器等控制系統,為其提供準確的前饋預測,具有較高的實用價值。

        2、發明從硬件平臺和監控、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,實現對肌膚受力-變形數據的高效、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辨識的收斂性與跟蹤性。

         

        八、本案專利代理師經驗分享:

         

        隨著“中國制造2025”制造強國戰略的不斷推進,機器人已經在工業、服務業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域間由于生物體征、組織結構等因素而存在變化,肌膚環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,還包括對模型參數的辨識,傳統遞推最小二乘辨識算法進行參數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控平臺控制機器人自動化地采集肌膚受力-變形數據,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跟蹤辨識,能夠同時滿足參數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、計算機數學模型、算法、生物美容、數據采集與處理等,對專利代理師的跨領域的專業能力、綜合水平,對計算機、生物技術領域的經驗要求較高。我公司派出專利代理師孫明科與研發團隊對接,反復多次與研發團隊深入交流,共同分析技術問題和發明要點,在深度檢索和多次撰寫修改的基礎上,完成了本項發明專利的申請文件。本案專利代理師通過與研發團隊成員密切溝通,認真聽取發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,從而得到了本發明呈現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、繳費等多個環節均做了快速處理,最終使本發明按照正常審查流程,能夠在14個月的時間頒發了發明證書,創下該公司科研團隊多年以來最快的發明發證時間記錄(我國發明專利通常的發證時間為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,發明人科研團隊及代理師對本發明均付出了辛苦的勞動。

        本發明專利作為高質量的發明專利,與申請人布局的其他發明專利相互配合,對醫療美容機器人相關的計算機數據采集、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,產生更好的社會和經濟效益。

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