基于人体特征点的仿人形柔性机器人三维重构与变形

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1、学校代码：10255学号：2111099基于人体特征点的仿人形柔性机器人三维重构与变形Theconstructionanddeformationof3Dmodelingfortheflexiblehumanoidmulti．．airbagrobotbasedonhumanrootbasedOnIIUman●●charaCteristics学院：信息科学与技术学院专业：模式识别与智能控制姓名：奚雪蕾导师：郝矿荣教授2014年1月东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交

2、的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：窭雷裔日期：2D鲜年／月罗日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入

3、有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：关雪J荡指导教师签名：日期：2口—

4、年1月罗Et日期：2D／铲年／月尹El摘要仿人形多气囊柔性机器人是虚拟交互领域内的新课题，本文主要工作是对三维扫描仪获得的人体点云数据进行预处理，并构建气囊机器人模型，同时实现面向不同体型用户的气囊机器人变形。其中涉及的技术有：三维点云预处理技术、气囊机器人曲面重构技术、针对不同体型的气囊机器人形变技术。气囊机器人建模

5、与人体建模不同，在建立气囊机器人之前，必须先确定合适的气囊分布。现有的虚拟人体建模与变形技术不能直接用于气囊机器人建模与变形，因此本文的主要研究内容和创新点如下：(1)创建基于二维元球的自适应弧分割算法，并将该新算法运用到多气囊柔性机器人气囊分布设计与参数曲面模型构建上。(2)创新地提出通过控制截面环曲线填充椭圆的轴长参数，驱动截面环变形的气囊机器人形变方式。本文首先对点云数据按照人体特征进行区域划分，并结合MATLAB对点云数据进行预处理：用三角形填充法进行数据补漏、用层次包围球法进行数据精简、用平

6、面拟合法估算点云表面法向量。本文提出自适应弧分割算法，作为气囊机器人建模的理论基础。首先，将元球法应用于二维轮廓线的逼近，根据气囊形变特性构建椭圆势函数和能量方程。然后，提出一种递进分裂的自动圆拟合算法；并提出3点规则改善自动圆拟合算法的曲线拟合效果；最后，完成准自动椭圆拟合算法，实现封闭曲线的椭圆填充和自适应圆弧划分。在自适应弧分割算法的理论基础上进行气囊分布设计，并构建气囊机器人参数曲面模型。首先，从经过预处理的人体点云数据中选取人体特征截面环数据，并对相邻环上的分段圆弧进行映射，确定气囊位置并构

7、建单线性参数曲面。然后拼接曲面片获得机器人模型。最后，本文提出一种由填充椭圆驱动的截面环形变方法。用准自动椭圆拟合算法拟合人体截面环曲线，获得截面环填充椭圆的各项参数。固定填充椭圆的圆心位置和旋转角度，改变填充椭圆的轴长驱使截面环变形。用BP神经网络对样本截面环进行学习，输入截面环采样点的极长，输出填充椭圆的轴长。通过神经网络获得填充椭圆轴长与截面环形状的对应关系，实现面向不同体型的气囊机器人变形。关键字：气囊机器人三维人体建模三维人体形变元球点云截面环神经网络2AbstractThestudyoff

8、lexiblehumanoidmulti-airbagrobotisanewresearchtopic．Thecontentofthisresearchistoconstructadeformablemulti—airbagrobotmodelbasedonthedatacollectedbythe3Dscanner．Techniquesincludedinthisresearchare．"3Dpointclouddatapretreatment，constructionanddeformationo

9、fmulti—airbagrobot．ExistingIhumanmodelinganddeformationtechniquesCallnotbedirectlyusedformulti·airbagrobotmodeling．Theairbagsdistributionmustbedecidedbeforerobotmodeling，whichisdifferentfromhumanmodeling．Thecontentandinnovationof