基于体感的机器人仿人动作模仿系统研究

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1、分賴審敬ＵＤＣ兩私＃气硕±学位论文基于俸感的机器人仿人动作模仿系统研究￣—Ｈ作者姓名：／唐勇ｊ＾ｊ＾、：学科专业…倩号与信息处理：２１２０１３０８１００２００２－学号．絲－－：３，‘＾＊｜｜自：、藉导教师薰秀成．、。完成目期２０１６年６月：：＾｜＾＼４識＾＊．．‘辛．：ｚ＾ＨＢＫＫＫｍ西华大学学位论文独创性声明交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研化作者郑重声明：所呈工作所取得的成果。尽我所知，除文中臣经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他己申请

2、一同工作的同志对本研究所做的贡献学位或其他用途使用过的成果。与我均己在论文中做了明确的说明并棄示了谢意。。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任学位论文作者签名指导教师签名：日期曰期：之。／（＾＾、西华大学学位论文版极使用授权书’本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在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西华大学，同意学校保留并向国家，西有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查閑和借阅内容编入有关数据库进行检索’可Ｌ义采华大学可Ｌ）（将本论文的全部或部分汇用影印、缩印或扫描等复印手段保存和编本学位论文。（保密的论文

3、在解密后遵守此规定）学位论文作者签名：曰期：Ｓ期？（若ClassifiedIndex:UDC:XihuaUniversityMasterDegreeDissertationResearchofHumanMotionImitationSystemofRobotBasedonPosturePerceptionCandidate:TangYongMajor:SignalandInformationProcessingStudentID:212013081002002Supervisor:Prof.DongXiuchengJune,2016摘要作为衡量现代科技水平的重要标志，

4、机器人技术受到国内外越来越多的重视。目前，机器人的研究已经在运动能力、人机交互、人工智能等方面取得了较大的进步，但仍面临着许多技术难题。人体动作模仿可以提高机器人的人机交互能力、学习能力和适应能力，让机器人更好地服务于人类。国内外现有的人体动作模仿的研究在动作获取方式、运动的机动性以及动作模仿效果上都还存在局限。因此，本文利用体感技术来获取人体动作信息，并将其应用于仿人机器人和工业机器人的仿人运动控制。首先，利用位姿描述、D-H机器人坐标系建立法以及正运动学方程建立了仿人机器人NAO机器人右腿运动学模型，且分别使用解析法和基于LM算法的BP神经网络的方法来求解其逆运动学。利用微软体感

5、传感器Kinect、NAO以及PC机，构建了仿人机器人姿态动作模仿系统，根据Kinect人体骨骼信息和NAO机器人关节模型的各自特点，设计并实现了一种基于解析法的人体姿态到NAO仿人机器人姿态的转化方法，从而实现机器人对人体姿态的模仿。然后，依据COM投影与支撑多边形的位置关系来判定机器人姿态的稳定性，提出了一种姿态稳定性修正策略，对不稳定姿态的脚掌及脚踝目标位置进行调整，并使用LM算法来求取姿态修正过程中的运动学逆解。再结合姿态序列滤波限速等步骤，设计并用程序实现了仿人机器人动作模仿控制流程。还分别使用关节角度和连杆方向两种方法，对模仿过程中机器人和人体的姿态相似性进行定量评价。实

6、验结果表明，通过本文的姿态转化算法和动作模仿控制，机器人能够模仿出与人体相似的姿态和动作，且能保持运动过程中的稳定性。同时，本文的相似性测度进一步验证了动作模仿算法的有效性。此外，设计并实现了一个基于人体手势控制的SCARA机器人写字系统，利用Kinect获取人体姿态信息，并使用手掌的相对位置来控制机器人的绘制轨迹，通过手掌状态来控制机器人的提笔和落笔动作。为提高机器人模仿写字的控制效率，还提出了一种基于设定误差范围来处理人体绘制轨迹方法。实验表明，该系统操作方便，能够使机器人快速精确地模仿人的写字动作。关键词：人机交互；人体动作模仿；姿态转化；机器人稳定性；体态感知IAbstrac

7、tAsanimportantindicatortomeasurethemoderntechnologicallevel,roboticstechnologygetsmoreandmoreattentionathomeandabroad.Atpresent,therobotresearchhasmadegreatprogressinmotionability,human-robotinteraction,artificialintelligence,etc.