[發明專利]一種應用于人形機器人的人體轉體和位移映射方法

有效

• 申請號: 201810633050.1
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108858188B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 張智軍;牛雅儒;王浩
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種應用于人形機器人的人體轉體和位移映射方法，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左髖部到右髖部的骨骼向量；3)將所構建的骨骼向量投影到水平面上；4)根據投影到水平面上的骨骼向量計算人體轉體角度及方向；5)根據脊柱底部的骨骼節點以及投影到水平面上的骨骼向量計算在人體基坐標系中的位移；6)將計算得到的轉體角度和方向以及在人體基坐標系中的位移應用到人形機器人上。本發明利用人體骨骼節點及向量將人體轉體和位移映射到人形機器人上，具有操作簡便、實時性強的特點。

技術領域

本發明涉及機器人控制、人機交互技術領域，特別涉及一種應用于人形機器人的人體轉體和位移映射方法。

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，愈加多樣的應用環境和更加復雜的機器人結構對機器人控制提出了更高的要求。機器人模仿技術的發展提供了一種新型的機器人控制方式，提升了機器人編程的效率，將開發者從繁重的編程工作中解脫出來。機器人模仿技術使得機器人可以模仿示教者的肢體動作和空間移動等行為，而空間移動是控制機器人完成特定任務的關鍵。當前使用模仿技術控制人形機器人實現空間移動的方法有步態模仿法和位移映射法。其中步態模仿法可以較好地還原示教者的步態，但是示教過程較為繁瑣，對人形機器人的平衡控制要求高，操作不夠便捷；位移映射法則將示教者在一定時間內發生的位移映射到人形機器人上，使得人形機器人以預先設定的步態完成空間移動，操作便捷，但是現有應用中并沒有考慮人體在空間移動中軀干朝向的變化。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種應用于人形機器人的人體轉體和位移映射方法，利用人體骨骼節點及向量將人體轉體和位移映射到人形機器人上，具有操作簡便、實時性強的特點。

為實現以上目的，本發明采取如下技術方案：

一種應用于人形機器人的人體轉體和位移映射方法，包括下述步驟：

S1、通過深度攝像頭獲取人體骨骼節點的三維位置信息；

S2、根據步驟S1獲得的人體骨骼節點的三維位置信息構建左髖部到右髖部的骨骼向量；

S3、將步驟S2所構建的左髖部到右髖部的骨骼向量投影到水平面上；

S4、根據步驟S3獲得的投影到水平面上的骨骼向量計算人體轉體角度及方向；

S5、根據脊柱底部的骨骼節點以及投影到水平面上的骨骼向量計算在人體基坐標系中的位移；

S6、將步驟S4計算得到的轉體角度和方向以及步驟S5計算得到的在人體基坐標系中的位移傳遞給機器人，機器人執行相應的指令以完成相同轉體角度的轉體動作與在機器人基坐標系中相同位移的空間移動。

作為優選的技術方案，步驟S1中，所述通過深度攝像頭獲取人體骨骼節點的三維位置信息，包括人體的四肢和脊柱各關節點的信息。

作為優選的技術方案，步驟S2中深度攝像頭前一有效幀的左髖部到右髖部的骨骼向量表示為當前有效幀的左髖部到右髖部的骨骼向量表示為

作為優選的技術方案，步驟S3中深度攝像頭前一有效幀的投影在水平面上的左髖部到右髖部的骨骼向量表示為當前有效幀的投影在水平面上的左髖部到右髖部的骨骼向量表示為

作為優選的技術方案，步驟S4的過程如下：

計算人體轉體角度|ω|：

為確定人體轉體方向，引入前一有效幀用來表示人體軀干朝向的輔助向量

其中為垂直于水平面豎直方向上的單位向量；

引入輔助角θ_ω：