一种基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法、电子设备及介质与流程

本发明涉及柔性触觉传感、人机示教、具身智能机器人数据处理，具体为一种基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法、电子设备及介质。

背景技术：

1、具身智能、机器人灵巧操作高度依赖人手示教产生的触觉数据集，现有柔性触觉采集手套普遍存在柔性基底形变、用户手型尺寸差异、佩戴预紧力度不同、触觉模组滑移、手指无接触屈伸撑开等干扰因素，仅依靠原始传感器通道输出的数据无法直接用于跨本体模型训练。现有公开技术存在诸多固有缺陷，结合检索对比文献逐一说明：

2、现有相近专利技术局限性

3、（1）us10831272b1仅利用形变传感器做手部姿态估计，未构建手套本体形变基准，无法分离任务触觉与佩戴形变干扰，也不能输出统一坐标的标准化触觉样本；

4、（2）us20190357811a1公开双层传感手套同步采集压力与形变，但未采用拓扑走廊构建全局本体基准，无法恢复多触觉区相对六自由度位姿，不能完成跨手形坐标统一映射；

5、（3）cn121018517a、wo2025085232a1仅实现遥操作数据同步与任务原语切片，缺少实体柔性结构带来的形变校正链路，依赖纯数据域适配，物理可解释性差；

6、（4）cn113124746a仅完成单传感器自校准，校准目标为单通道测量精度，未将形变基准作为数据标准化、跨手形映射的核心条件，无标准化样本输出链路；

7、（5）us10481689b1、us10884496b2仅优化动作捕捉、适配手型骨架，仅处理关节角运动学，未针对贴附在柔性基底上的触觉采样点、接触法向、接触面积、压力密度做几何校正；

8、（6）现有域适配类专利us20200279134a1、us20240338081a1为通用算法层面域迁移，不依托实体手套形变物理观测，无法量化样本置信度，无标定版本追溯机制，低质量干扰样本无法识别剔除。

9、现有技术整体六大核心缺陷

10、①通道编号与物理接触位置无固定对应关系：不同手撑开手套后，同一传感器单元空间位置发生偏移，原始信号无法直接合并入同一数据集；

11、②佩戴、姿态干扰无分离机制：腕带预紧、无接触屈指、模组滑移会造成触觉零点、增益漂移，现有数据格式不记录形变干扰条件，干扰与真实接触无法区分；

12、③仅做关节骨架重定向，忽略触觉几何参量映射：传统运动学映射仅转换关节角度，未校正触觉采样点三维坐标、接触法向、接触面积、压力密度；

13、④静态一次性标定失效：任务执行过程中手套持续形变，单次前置标定无法动态补偿运行过程中的模组相对位姿变化；

14、⑤数据无物理追溯与质量量化：数据集不存储标定版本、形变残差、样本置信度，模型泛化失败时无法区分是传感器硬件故障还是算法域适配问题；

15、⑥跨设备迁移成本高：人手、不同型号手套、机器人机械手之间缺少统一中间标准坐标系，需要重复采集大量示教样本，成本极高。

16、综上，行业内缺少一套依托实体拓扑走廊形变建立物理本体基准、动态恢复多触觉区六自由度位姿、分离本体干扰、统一跨手形坐标、输出可追溯标准化触觉样本的完整处理方法，为此，提出一种基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法、电子设备及介质。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法、电子设备及介质，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本方法依托专用柔性触觉采集手套，手套结构特征：

3、1）划分多个独立局部触觉基准区，每个基准区内置触觉传感单元（压阻/电容/视触觉阵列），每个基准区分配唯一reference_region_id；

4、2）相邻两个局部触觉基准区之间布置拓扑应变路由走廊，走廊内置分布式形变传感器，输出连续形变向量；

5、3）手套集成时钟同步模块，触觉传感、形变传感共享统一硬件时间戳，保证信号时序对齐。2.2方法整体流程（对应权利要求1s1-s8，mermaid流程图见下文）1）同步采集：同一时钟并行采集全部触觉、走廊形变原始信号，录入硬件标识、手形、预紧、环境参数；

6、2）构建本体形变基准：无接触标准姿态下，基于走廊静态形变、手形、安装参数生成绑定标定版本v的多维基准向量；

7、3）动态恢复基准区位姿：利用走廊形变求解相邻基准区变换矩阵，图优化闭环得到全局掌部基准变换；

8、4）分离任务触觉分量：基于条件观测模型，减去本体干扰得到纯净任务触觉；

9、5）标准手形坐标映射：通过

10、将局部触觉几何统一至标准坐标系，法向、面积、力基于雅可比矩阵同步校正，支持二次映射至机械手；

11、6）置信度量化：多维度加权计算样本置信度；

12、7）生成标准触觉样本：输出包含固定标准化字段的数据对象，关联原始数据哈希、标定版本、变换链；

13、8）样本分流：置信度达标入库训练，不达标降权剔除或重新标定；基准漂移超标自动生成新标定版本隔离数据。。

14、本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：

15、一、本发明将手套撑开、佩戴预紧、模组滑移从不可控误差源转化为可观测、可校正的走廊形变观测量，建立永久绑定标定版本的本体基准，区别于无硬件支撑的纯数据域适配，具备完整物理可追溯性，通过拓扑图闭环优化动态恢复全部触觉基准区六自由度位姿，完整校正接触点三维坐标、接触法向、接触面积、压力密度全部触觉几何参量，突破传统仅校正关节角度的局限。

16、二、本发明设置标准手形作为通用中间坐标系，小/中/大尺寸人手、不同型号采集手套、各类灵巧机械手数据均可统一映射，大幅减少重复示教采集工作量，降低数据集制作成本，标准触觉样本固化统一数据字段，每个样本绑定标定版本、完整空间变换链、原始数据哈希、多维度置信度，模型训练泛化失败时可快速区分传感器硬件故障、标定漂移、算法缺陷，便于故障定位。

17、三、本发明方法适配压阻、电容、导电纱线、视触觉全类型柔性传感手套，形变-位姿映射算子支持解析、有限元、回归、神经网络多种实现方式，无硬件绑定限制，无接触标准姿态自动构建本体基准，模组更换、基准漂移场景自动生成新标定版本，无需人工手动记录标定参数，降低运维门槛。

18、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

1.一种基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法，其特征在于，应用于搭载多个局部触觉基准区、连接相邻基准区的拓扑应变路由走廊的柔性触觉采集手套，所述拓扑应变路由走廊内置形变传感器，所述局部触觉基准区内置触觉传感器阵列/视触觉单元；所述方法包括如下步骤：s1同步采集步骤：基于统一时间基准同步采集全部局部触觉基准区输出的局部触觉测量信号、全部拓扑应变路由走廊输出的走廊形变向量，同步录入手套id、触觉模组id、用户手形形态参数、腕带预紧状态、环境温湿度；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中无任务接触的标准姿态至少包含：手部自然放松、完全张开、握拳三种基础姿态；采集过程全程无外部物体接触手套触觉基准区，采集窗口覆盖形变传感器稳定响应区间；所述本体形变基准永久关联当前手套硬件编号、触觉模组型号、标定算法版本，形成唯一可追溯标定索引，基准构建公式为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中形变-位姿映射算子的实现方式选自：解析运动学求解、有限元降阶回归、查找表插值、线性/非线性回归、浅层神经网络拟合中的任意一种；所述闭环一致性优化采用图优化算法，最小化多走廊观测带来的位姿残差，消除拓扑环路累计误差，求解公式为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中本体干扰分量包含三类干扰：腕带预紧带来的零点偏移、手指屈伸无接触撑开带来的弹性增益漂移、触觉模组沿手套柔性基底滑移带来的空间偏移；针对电容、压阻阵列传感器采用加性偏移校正，针对视触觉传感器采用图像背景动态替换+像素坐标重映射联合校正，原始触觉信号满足：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s5中分段非线性配准映射实现方式包括：薄板样条插值、关键点弹性配准、尺度分段仿射变换、图匹配、深度学习形变配准；针对多个人手采样点映射至同一机械手触觉区的场景，对力、压力、面积物理量加权聚合；单一标准手形区域映射至多个机械手区域时，随空间距离衰减降低对应样本置信度，映射公式：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s7生成的标准触觉样本兼容三类下游应用：1）以本体形变基准、手形参数为条件输入训练触觉感知模型；2）以标准坐标触觉数据为主输入完成灵巧操作策略训练；3）将不同手形、手套划分为独立域，基于样本置信度加权完成跨域迁移学习；下游模型包括卷积网络、循环神经网络、transformer、图神经网络、强化学习策略网络、扩散模型，方法不限制下游模型结构。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括跨手形批量标定子流程：对小、中、大三种典型手形分别执行s2构建对应本体形变基准与配准映射；采用统一标准标定件采集接触真值，计算不同手形样本映射至标准坐标系后的一致性残差，迭代优化各手形对应的参数，缩小跨手形数据分布偏差。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括触觉模组替换适配子流程：当局部触觉基准区内传感器模组拆卸更换后，读取新模组唯一标识与安装定位形变数据；若模组定位重复精度高于预设阈值，仅更新模组至基准区的局部固定变换；若定位偏差超标，自动生成全新calibration_version，新旧标定版本样本独立存储，禁止混合参与模型训练。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器；所述存储器存储计算机可执行程序；所述处理器调用存储器存储的程序，执行权利要求1~8任意一项所述基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~8任意一项所述基于本体形变基准的跨手形触觉数据标定、映射与标准样本生成方法。