[發明專利]一種基于人體姿態控制的仿人機器人動作系統及控制方法

有效

• 申請號: 202110466880.1
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113305830B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 陳萬忠;王嘉琪;鄭驍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J3/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;張晶

本發明公開了一種基于人體姿態控制的仿人機器人動作系統及控制方法；系統，包括操作者、上位機、機器人本體；控制方法，步驟如下：對機器人本體各個舵機進行逐一標號，記錄機器人姿態信息，如以及操作者打開各個陀螺儀藍牙，逐一連接至上位機，操作者做出姿態變化，各陀螺儀進行空間定位。上位機記錄此時的和將人體姿態信息進行整合，求出人體姿態與機器人姿態之間的轉換矩陣，并與動作組數據庫中的標準轉換矩陣依次進行相關系數計算；搜索出最優相關系數，并讀取動作組數據庫中對應存儲的舵機信息，將存儲的舵機信息編譯成控制指令；仿人機器人接收動作控制指令，執行相應的關節運動，各舵機達到預定角度，完成仿人機器人動作控制。

技術領域

本發明涉及一種基于人體姿態控制的仿人機器人動作系統及控制方法，更確切地說，本 發明涉及一種利用九軸MEMS陀螺儀記錄人體姿態信息實現仿人機器人動作控制的系統及 方法。

背景技術

機器人技術在近些年得到了迅速發展，已對世界各個國家的經濟、文化、軍事等各個方 面產生了重要影響，仿人機器人是時下機器人研究領域的一個重要的研究熱點，仿人機器人 是一個包含多個自由度的復雜系統，由于其本體的自由度很高，使得開發人員對其進行編程 控制具有一定的難度，其性能好壞主要取決于開發人員的編程技能、用戶的操作技能、以及 廣泛經驗的可用性等因素。

仿人機器人的動作控制是仿人機器人研究中的重要領域之一。仿人機器人動作控制的應 用領域有很多，如在商業領域作為接待員或形象代言人，在軍事領域可以代替士兵執行任務， 以及在科技教育領域中參與如機器人示教、機器人避障以及足球比賽等活動。

目前仿人機器人的動作控制最主要的方法分為以下兩類：

一、直接調節機器人各個部位的舵機角度使其動作發生改變。但這種方法存在一定的 缺點，如：不具備很好的實時性，多個舵機需要一一進行角度編程，效率低下。

二、使用Kinect體感傳感器對人體骨骼節點進行捕捉，將人體的骨骼信息轉換為機器 人舵機角度控制指令，使機器人動作發生變化。但這種方法也具備一定的缺點：如前期準備 工作過于麻煩，需要準備攝像頭進行人體動作捕捉，對環境與設備有一定要求。

本發明將九軸MEMS陀螺儀固定在人體各個關節，利用陀螺儀空間定位技術，能夠準確 的描繪人體各個部位的空間運動軌跡并轉換為機器人舵機控制指令，本發明不僅實現了基于 人體姿態控制的機器人動作控制，又有效的控制了成本。綜上所述，本發明所述的一種基于 人體姿態控制的仿人機器人動作系統及控制方法具有一定的合理性與優越性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服了現有的機器人動作控制技術方面的不足，提供了一 種基于人體姿態控制的仿人機器人動作系統及控制方法，利用該方法使得機器人的動作控制 變得更加簡單，可以讓機器人對操作者的身體動作進行跟隨，此方法對操作者的要求不高， 只需佩戴搭配的陀螺儀就可以完成對機器人的動作編程，并且可以對機器人進行流暢的動作 控制。

一種基于人體姿態控制的仿人機器人動作系統，包括操作者、上位機、機器人本體；所 述上位機與機器人本體的數據傳輸直接使用藍牙通訊模塊進行數據傳輸。

進一步地，所述的操作者身體上固定陀螺儀，陀螺儀位置包括操作者的額頭處，操作者 上半身的左右肩關節外側、肘關節外側以及腕關節外側，操作者下半身的左右髖關節外側、 膝關節外側以及踝關節外側；

操作者佩戴的陀螺儀個數與機器人本體的自由度相同。

機器人本體具備13個自由度。

進一步地，所述陀螺儀為九軸MEMS陀螺儀，所述九軸MEMS陀螺儀由一個三軸加速度傳感器、一個三軸陀螺儀組成的感應芯片MPU6050，以及一個三軸磁傳感器RMG144組 成；

陀螺儀空間坐標系，以重力方向為Z軸的反方向，以磁力方向為Y軸正方向，取正交與 這兩個方向的唯一方向為X軸，并且以右手定理確定X軸的正方向。