本文選題：人機交互 + 人體動作模仿��； 參考：《西華大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：作為衡量現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志,機器人技術(shù)受到國內(nèi)外越來越多的重視。目前,機器人的研究已經(jīng)在運動能力、人機交互、人工智能等方面取得了較大的進步,但仍面臨著許多技術(shù)難題。人體動作模仿可以提高機器人的人機交互能力、學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力,讓機器人更好地服務(wù)于人類。國內(nèi)外現(xiàn)有的人體動作模仿的研究在動作獲取方式、運動的機動性以及動作模仿效果上都還存在局限。因此,本文利用體感技術(shù)來獲取人體動作信息,并將其應(yīng)用于仿人機器人和工業(yè)機器人的仿人運動控制。首先,利用位姿描述、D-H機器人坐標(biāo)系建立法以及正運動學(xué)方程建立了仿人機器人NAO機器人右腿運動學(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動學(xué)。利用微軟體感傳感器Kinect、NAO以及PC機,構(gòu)建了仿人機器人姿態(tài)動作模仿系統(tǒng),根據(jù)Kinect人體骨骼信息和NAO機器人關(guān)節(jié)模型的各自特點,設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于解析法的人體姿態(tài)到NAO仿人機器人姿態(tài)的轉(zhuǎn)化方法,從而實現(xiàn)機器人對人體姿態(tài)的模仿。然后,依據(jù)COM投影與支撐多邊形的位置關(guān)系來判定機器人姿態(tài)的穩(wěn)定性,提出了一種姿態(tài)穩(wěn)定性修正策略,對不穩(wěn)定姿態(tài)的腳掌及腳踝目標(biāo)位置進行調(diào)整,并使用LM算法來求取姿態(tài)修正過程中的運動學(xué)逆解。再結(jié)合姿態(tài)序列濾波限速等步驟,設(shè)計并用程序?qū)崿F(xiàn)了仿人機器人動作模仿控制流程。還分別使用關(guān)節(jié)角度和連桿方向兩種方法,對模仿過程中機器人和人體的姿態(tài)相似性進行定量評價。實驗結(jié)果表明,通過本文的姿態(tài)轉(zhuǎn)化算法和動作模仿控制,機器人能夠模仿出與人體相似的姿態(tài)和動作,且能保持運動過程中的穩(wěn)定性。同時,本文的相似性測度進一步驗證了動作模仿算法的有效性。此外,設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于人體手勢控制的SCARA機器人寫字系統(tǒng),利用Kinect獲取人體姿態(tài)信息,并使用手掌的相對位置來控制機器人的繪制軌跡,通過手掌狀態(tài)來控制機器人的提筆和落筆動作。為提高機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。實驗表明,該系統(tǒng)操作方便,能夠使機器人快速精確地模仿人的寫字動作。
[Abstract]:As an important symbol to measure the level of modern science and technology, robot technology has been paid more and more attention at home and abroad. At present, the research of robot has made great progress in motion ability, human-computer interaction, artificial intelligence and so on, but it still faces many technical problems. Human body action imitation can improve the human-computer interaction ability, learning ability and adaptive ability of robot, so that robot can better serve human beings. At home and abroad, there are still limitations in the way of motion acquisition, the mobility of movement and the effect of motion imitation. Therefore, this paper uses the technology of body sensation to obtain human body action information, and applies it to the humanoid motion control of humanoid robot and industrial robot. Firstly, the kinematics model of the right leg of the humanoid robot NAO robot is established by using the position and pose description method of D-H robot coordinate system and the forward kinematics equation. The inverse kinematics is solved by analytic method and BP neural network method based on LM algorithm. A humanoid robot posture simulation system is constructed by using Microsoft Kinectnao and PC. According to the characteristics of Kinect human skeleton information and NAO robot joint model, the simulation system is designed. A transformation method from human attitude to NAO humanoid robot based on analytic method is designed and implemented, so that the robot can imitate human posture. Then, according to the position relationship between COM projection and support polygon, the stability of robot attitude is determined, and an attitude stability correction strategy is proposed, which adjusts the position of feet and ankles of unstable attitude. The inverse kinematics solution of attitude correction is obtained by using LM algorithm. Combined with the steps of attitude sequence filtering and speed limiting, the simulation control flow of humanoid robot is designed and implemented. The attitude similarity between robot and human is evaluated quantitatively by using joint angle and linkage direction respectively. The experimental results show that the robot can imitate the posture and movement similar to the human body and maintain the stability of the motion process through the attitude transformation algorithm and motion simulation control in this paper. At the same time, the similarity measure of this paper further verifies the effectiveness of the action imitation algorithm. In addition, a SCARA robot writing system based on human gesture control is designed and implemented. The posture information of human body is acquired by Kinect, and the relative position of the palm is used to control the robot's drawing trajectory. Control the lifting and writing movements of the robot through the palm of the hand. In order to improve the control efficiency of robot imitating writing, a method to deal with the human body drawing trajectory based on setting error range is proposed. The experiment shows that the system is easy to operate and can make the robot imitate the action of human writing quickly and accurately.
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

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本文編號：1867593