基于體感的機(jī)器人仿人動(dòng)作模仿系統(tǒng)研究.pdf

1、作為衡量現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志，機(jī)器人技術(shù)受到國(guó)內(nèi)外越來越多的重視。目前，機(jī)器人的研究已經(jīng)在運(yùn)動(dòng)能力、人機(jī)交互、人工智能等方面取得了較大的進(jìn)步，但仍面臨著許多技術(shù)難題。人體動(dòng)作模仿可以提高機(jī)器人的人機(jī)交互能力、學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力，讓機(jī)器人更好地服務(wù)于人類。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的人體動(dòng)作模仿的研究在動(dòng)作獲取方式、運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性以及動(dòng)作模仿效果上都還存在局限。因此，本文利用體感技術(shù)來獲取人體動(dòng)作信息，并將其應(yīng)用于仿人機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人的仿人運(yùn)動(dòng)控制。<

2、br>　　首先，利用位姿描述、D-H機(jī)器人坐標(biāo)系建立法以及正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立了仿人機(jī)器人NAO機(jī)器人右腿運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，且分別使用解析法和基于LM算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法來求解其逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。利用微軟體感傳感器Kinect、NAO以及PC機(jī)，構(gòu)建了仿人機(jī)器人姿態(tài)動(dòng)作模仿系統(tǒng)，根據(jù)Kinect人體骨骼信息和NAO機(jī)器人關(guān)節(jié)模型的各自特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于解析法的人體姿態(tài)到NAO仿人機(jī)器人姿態(tài)的轉(zhuǎn)化方法，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)人體姿態(tài)的模仿。
　

3、　然后，依據(jù) COM投影與支撐多邊形的位置關(guān)系來判定機(jī)器人姿態(tài)的穩(wěn)定性，提出了一種姿態(tài)穩(wěn)定性修正策略，對(duì)不穩(wěn)定姿態(tài)的腳掌及腳踝目標(biāo)位置進(jìn)行調(diào)整，并使用LM算法來求取姿態(tài)修正過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。再結(jié)合姿態(tài)序列濾波限速等步驟，設(shè)計(jì)并用程序?qū)崿F(xiàn)了仿人機(jī)器人動(dòng)作模仿控制流程。還分別使用關(guān)節(jié)角度和連桿方向兩種方法，對(duì)模仿過程中機(jī)器人和人體的姿態(tài)相似性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過本文的姿態(tài)轉(zhuǎn)化算法和動(dòng)作模仿控制，機(jī)器人能夠模仿出與人體相似的姿態(tài)

4、和動(dòng)作，且能保持運(yùn)動(dòng)過程中的穩(wěn)定性。同時(shí)，本文的相似性測(cè)度進(jìn)一步驗(yàn)證了動(dòng)作模仿算法的有效性。
　　此外，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于人體手勢(shì)控制的SCARA機(jī)器人寫字系統(tǒng)，利用Kinect獲取人體姿態(tài)信息，并使用手掌的相對(duì)位置來控制機(jī)器人的繪制軌跡，通過手掌狀態(tài)來控制機(jī)器人的提筆和落筆動(dòng)作。為提高機(jī)器人模仿寫字的控制效率，還提出了一種基于設(shè)定誤差范圍來處理人體繪制軌跡方法。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)操作方便，能夠使機(jī)器人快速精確地模仿人的寫字動(dòng)作。