洗浴机器人擦洗轨迹规划与实时控制

针对目前辅助洗浴机器人无法对人体复杂的表面轮廓进行精准擦洗的问题，本研究提出了一种机械臂自适应于人体表面轮廓实时轨迹规划的擦洗控制方法。首先采用三次B样条插补对获取的点云轨迹进行优化得到精度更高的轨迹，然后采用三角剖分对偶关系法对擦洗区域进行法矢量估计，结合人体擦洗区域轮廓提出了末端工具位姿自适应更新策略，提出了一种分段式插补处理方法，融合上述过程最终完成洗浴机器人擦洗轨迹规划，最后以假人为对象进行实验，结果验证了机器人可自适应于人体表面轮廓并调整擦洗工具轴向与接触区域垂直且与皮肤紧密贴合，误差范围在±3 mm，可以在60 s内即可完成视觉引导机械臂运动规划完成擦洗，控制方法具有良好的擦洗效果和擦洗的精准性。

根据国家统计局数据统计，2021 年我国65 岁及以上老年人口数量为2.10 亿，占总人口的14.9%， 其中失能老人数量众多[1]。

根据国家统计局数据统计， 2021 年我国65 岁及以上老年人口数量为2.10 亿， 占总人口的14.9%，其中失能老人数量众多并仍在增长[2]。调查显示，多数失能老人在洗浴过程中遇到极大不便，同时护理人员的短缺使得洗浴护理工作负担过大[3]。因此，研发面向失能老人的洗浴机器人对于减轻护理人员工作量具有重要意义[4] [5]。

目前，国内外许多学者对辅助洗浴机器人的执行机构与人体接触擦洗的方式进行了研究。Dometios等人提出了一种基于在线点云的洗浴机器人末端执行器实时运动规划[6]，该方法通过导航函数来调整在二维空间中预定义的擦洗路径，以使其垂直于人体表面方向上的距离得到调整，然而该方法并不能达到区域的精确擦洗。李林锋设计的个人卫生机器人辅助老人以站立姿态进行洗浴[7]，搓澡机构由伺服电机驱动多个搓澡头做上下往复运动，但并不能调整角度与身体表面进行贴合，擦洗的效果有待验证。陈雅设计出一种通过滑块上的电机驱动，使得沐浴海绵通过弹性绳紧贴人体皮肤表面进行接触性擦洗的洗浴机器人系统[8]，其能够去除人体表面油脂污渍并从效果来看比无擦洗方式洗浴效果更好，但是此种擦洗方式的精度和舒适度都无法保证。

Dometios 等提出一种将视觉感知和CC-DMP 相融合的运动规划方法[9]， 该方法能够在完成洗浴机器人末端执行器路径规划的同时配有专业化的擦洗动作以提高舒适性，但面对不同的人体表面结构时无法做到精准擦洗。

Huang 等[10]研发了一种利用深度摄像头和软触觉传感器跟踪人体轮廓的机器人洗浴擦洗系统，擦洗过程中末端执行器与人体始终保持一定压力相接触，但末端没有