[發明專利]一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法

有效

• 申請號: 201710977516.5
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107953331B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 張智軍;牛雅儒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 44245 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 李斌

1.一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的人體姿態映射方法包括下列步驟：

S1、通過深度攝像頭獲取人體骨骼節點的三維位置信息；

S2、根據人體骨骼節點構建人體骨骼向量，并依據人體骨骼向量和機器人關節結構建立人體虛擬關節，形成人體骨骼模型；

S3、建立基于人體骨骼模型各連桿的連桿參考坐標系；

S4、根據機器人關節結構特點利用人體骨骼向量計算人體映射關節角度；

S5、根據機器人各關節角度限制，將人體映射關節角度應用到相應的機器人關節上。

2.根據權利要求1所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的步驟S1中提取示教人員的四肢末端節點和各關節點的信息。

3.根據權利要求1所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的步驟S2中將人形機器人與人體骨骼模型的軀干、頭部、左上臂、左下臂、左手、左大腿、左小腿、左腳、右上臂、右下臂、右手、右大腿、右小腿、右腳定義為連桿；將靠近軀干的連桿定義為遠離軀干的連桿的母連桿；將遠離軀干的連桿定義為靠近軀干的連桿的子連桿；將頸部、左肩、左肘、左腕、左髖、左膝、左踝、右肩、右肘、右腕、右髖、右膝、右踝定義為主關節；將人形機器人的從屬于主關節的、且對應于主關節不同自由度的關節定義為該主關節的次關節；將靠近軀干的主關節或次關節定義為遠離軀干的主關節或次關節的母關節，將遠離軀干的主關節或次關節定義為靠近軀干的主關節或次關節的子關節。

4.根據權利要求1所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的步驟S2中將與一個關節相連的兩個連桿中靠近軀干的連桿定義為該關節的母連桿，遠離軀干的連桿定義為該關節的子連桿；將與一個連桿相連的兩個關節中靠近軀干的關節定義為該連桿的母關節，遠離軀干的關節定義為該連桿的子關節。

5.根據權利要求3所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的步驟S2中在人體骨骼模型中建立與人形機器人數量和類型相同的虛擬關節，其中，類型包括：翻滾、俯仰、偏航，根據人形機器人的關節特點，在初始姿態時，虛擬關節的次關節旋轉軸與該關節的母連桿的骨骼向量共線或垂直，若兩個次關節同屬一個主關節，則兩個次關節相互垂直，其中，所述的初始姿態定義為雙臂下垂的直立姿態。

6.根據權利要求3所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的步驟S3中建立人體骨骼模型連桿參考坐標系的具體過程為：對于子關節是含有兩個次關節的主關節的連桿，其參考坐標系的兩個軸分別與兩個子關節的旋轉軸共線，另一個旋轉軸與這兩個軸構成的平面垂直，形成右手直角坐標系，在初始姿態時，X軸指向人體骨骼模型的正前方，Y軸指向人體骨骼模型的正左方，Z軸指向人體骨骼模型的正上方，其中，所述的初始姿態定義為雙臂下垂的直立姿態；

對于子關節是含有一個次關節的主關節的連桿，其參考坐標系的一個坐標軸與子關節的旋轉軸共線，一個坐標軸與該連桿骨骼向量共線或垂直，另一個旋轉軸與這兩個軸構成的平面垂直，形成右手直角坐標系，在初始姿態時，X軸指向人體骨骼模型的正前方，Y軸指向人體骨骼模型的正左方，Z軸指向人體骨骼模型的正上方，連桿坐標系的坐標原點均位于連桿末端點，即連桿的子關節中心點處。

7.根據權利要求3所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，所述的步驟S4中將兩連桿之間的主關節的旋轉軸定義為次母關節的旋轉軸，對于每一個主關節的次母關節，人體映射關節角度通過該主關節連接的子連桿對應的骨骼向量，在該主關節連接的母連桿對應的參考坐標系和主關節旋轉軸垂直的坐標系平面上的投影角計算得到；對于每一個主關節的次子關節，人體映射關節角度通過該主關節連接的子連桿對應的骨骼向量，與該主關節連接的母連桿對應的參考坐標系和主關節旋轉軸垂直的坐標系平面的夾角計算得到。

8.根據權利要求3或4所述的一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，其特征在于，在連桿-關節鏈中衡量連桿或關節與軀干的距離，而非在全空間中衡量連桿或關節與軀干的距離。