[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

本發明公開了一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，包括如下步驟：1)通過深度攝像頭獲取人體骨骼節點的三維位置信息；2)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；3)建立基于人體骨骼模型各連桿的連桿參考坐標系；4)根據機器人關節結構特點利用人體連桿骨骼向量計算人體映射關節角度；5)根據機器人各關節角度限制，將人體映射關節角度應用到機器人關節上。本發明采用基于連桿骨骼向量和人體虛擬關節的幾何解析法精確計算人體映射關節角度，通過關節角度將人體姿態映射到機器人端，具有計算損耗低，精確度高的特點。

技術領域

本發明涉及人機交互技術領域，具體涉及一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法。

背景技術

近年來，機器人技術快速發展，并越來越廣泛地應用于工業、醫療、科學研究與教育培訓和家庭日常生活等領域當中。與此同時，愈加復雜和多樣的應用環境對機器人的適應性和智能化提出了更高的要求。機器人模仿學習技術可以提高機器人學習效率，提升機器人智能化程度，將開發者從繁重的編程工作中解脫出來。對獲取到的人體示教信息進行恰當的表征，以應用到機器人端，是模仿學習的重要環節。表征環節需要確立對示教動作的表征方式以及將觀察到的動作映射到機器人端。傳統的方法是根據示教動作末端執行器的位置使用數值方法解決逆運動學問題，從而得到待驅動的機器人關節角度。這種方法可以較好地控制機器人末端在工作空間的位置，但獲取關節角度的方式是不直接和不精確的，因此會影響模仿姿態的相似度，并且，該類方法的計算量較大。另外一些研究人員通過幾何分析的解析法直接得到人體映射關節角度，以驅動機器人。這類方法可以得到對應于示教姿態的較為精確的關節角度，使得機器人的模仿姿態達到與人較高的相似度，并且計算量較小。目前，應用幾何分析的解析法的研究大多沒有結合人體特點和機器人關節結構特點對關節角度的計算進行精確的分析，因此在一定程度上限制了人形機器人模仿人體姿態動作的相似性。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法。

本發明的目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種應用于人形機器人動作模仿的人體姿態映射方法，包括如下步驟：

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。

進一步地，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。

進一步地，所述的步驟S2中根據人體骨骼節點的三維信息構成了組成人體骨骼模型的人體骨骼向量。

進一步地，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。