[發明專利]基于深度相機的太極推手機器人

在審

• 申請號: 201810445447.8
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108621164A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 王松;李曉坤;李啟鵬;考永貴;郭榮生;袁憲鋒;董曉劍;俞軍濤;邢燕彬;吳立業;曹蕾
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00;B25J19/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所(普通合伙) 37104
• 代理人: 宋文學

本發明提供一種基于深度相機的太極推手機器人，包括人形機器人、深度相機、慣性導航模塊、上位機和嵌入式控制器，人形機器人的四肢和軀干設有多個旋轉裝置，旋轉裝置設有控制旋轉角度的舵機；深度相機用于采集人體骨骼圖，經上位機傳輸信息到機器人；慣性導航模塊用于采集人體細微動作與難識別動作；嵌入式控制器對慣性導航模塊的數據進行處理。本發明能夠通過深度相機傳感器采集人體動作信息傳到人形機器人并使其做出適當反應；慣性導航模塊采集人體手臂的位姿，提高對人體復雜動作的識別準確性，實現智能化太極推手動作。本發明提供一種基于深度相機的太極推手機器人，為太極愛好者提供了一種自己鍛煉太極的途徑。

技術領域

本發明涉及機器學習控制技術領域，特別是涉及一種基于深度相機的太極推手機器人。

背景技術

在各種形式的機器人當中，仿人機器人是系統結構最復雜、集成度最高、與人類最為相似的一類機器人。

仿人機器人研究涉及到多門學科的交叉融合，以及傳感器信息融合等眾多領域，是機器人研究領域最高研究成果的代表。

太極推手的運動，得到還多太極愛好者的青睞，練習太極推手能改善呼吸系統的功能。

機器人動作模仿系統的研究已取得一定進展，但大多是在仿真環境下的實現，物理環境下的實現，利用傳感器進行數據的采集，實現機器人的動作模仿，取得了良好的效果，但其數據采集所需的硬件代價較高，文獻能夠實現基本動作的模仿，但對復雜動作，例如太極推手的緩慢動作，識別效果不是很好.

人機交互學科逐漸形成了自己的理論體系和實踐范疇的架構，從人機界面(人機接口)拓延開來，強調計算機對于人的反饋交互作用。

發明內容

本發明的目的是為了克服機器人對外界復雜動作以及高難度動作的數據獲取不準確的問題，本文發明提供了一種基于深度相機的太極推手機器人。

本發明的技術方案是：

基于深度相機的太極推手機器人，包括人形機器人和控制系統，所述控制系統包括用于采集人體骨骼圖的深度相機、至少兩個用于采集人體細微動作與難識別動作的慣性導航模塊、上位機和嵌入式控制器，深度相機設置于人體前方2-3m處，慣性導航模塊設置于實驗者的手臂和/或軀干難識別部位，深度相機的信號輸出端與上位機相連接，慣性導航模塊的信號輸出端與嵌入式控制器相連接，嵌入式控制器的信號輸出端與上位機相連接，人形機器人的四肢和軀干分別設有多個旋轉裝置，旋轉裝置設有控制旋轉角度的舵機，上位機與舵機相連接。

3D深度相機是區別于我們平時用到的2D相機。與傳統相機不同之處在于該相機可同時拍攝景物的灰階影像資訊及包含深度的3維資訊。其設計原理系針對待測場景發射一參考光束，藉由計算回光的時間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產生深度資訊，此外再結合傳統的相機拍攝，以獲得2維影像資訊。

深度相機包含RGB彩色攝像機及由紅外線發射器和紅外線CMOS攝像機所構成的3D深度傳感器。深度相機可以很好的應用到視覺數據的獲取過程中。深度相機相機具有采集深度圖像的功能，利用它可以完成對實驗者人體雙手位置的檢測，將檢測到的坐標在上位機中，經坐標變換，轉換到人形機器人坐標系中。

所述上位機為電腦。

人形機器人在跟蹤實驗者完成太極推手動作時，人形機器人在實現動作模仿的過程中，人形機器人關節自由度接受的發送數據由于存在噪聲影響會出現抖動，導致機器人的姿態與實驗者姿態之間出現差異。機器人控制系統加入了慣性導航模塊，放在人體難以檢測的部位，手臂與軀干，時時檢測這些部位的位姿。

慣性導航模塊集成高精度的陀螺儀、加速度計和地磁場傳感器，高精度的陀螺儀、加速度計和地磁場傳感器的信號輸出端分別與嵌入式控制器相連接。

慣性導航模塊采用高性能的微處理器和先進的動力學解算與卡爾曼動態濾波算法，能夠快速求解出模塊當前的實時運動姿態。