灵巧手异构运动重定向

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

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。

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

• 分析手套与 ORCA 构型差异，开展正运动学、坐标对齐和逐指动作映射。
• 整理平手基准、零点与指尖接触点的标定流程，分析重新佩戴和输入漂移。
• 对照不同映射与姿态约束方案，组织逐指数据、离线回放和误差诊断。
• 将训练、模型选择、保留测试与真机验证分开，避免仅凭训练误差判断效果。

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。

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。

研究展望

• 独立采集重新佩戴、不同动作速度及拇食指接触序列，检验跨采集条件的稳定性。
• 分别记录空间映射误差、IK 残差和真实执行误差，定位性能瓶颈。
• 在统一测试协议下比较直接角度映射、数据拟合与指尖任务求解，增加单指消融和误差分布分析。
• 结合抓握、捏合与示教采集任务，评估映射方法在具体操作中的表现。