【摘要】：長期以來,人們?cè)诮换r(shí)習(xí)慣用聲音、表情、肢體語言、肢體接觸等形式,這些形式是人們長期形成的固化的交互方式。為了使仿人機(jī)器人得到更廣泛的應(yīng)用,進(jìn)入人們的工作、生活,要求仿人機(jī)器人具有人類習(xí)慣的、自然的、類似人的聲音、表情、身體動(dòng)作等交互形式。目前,大多數(shù)仿人機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)與人類似的交互,一方面,仿人機(jī)器人與人的交互方式單一,難以滿足人們的交互需求;另一方面,仿人機(jī)器人在人機(jī)肢體接觸交互時(shí)難以保證人的安全。本文結(jié)合國家“863”計(jì)劃目標(biāo)導(dǎo)向課題“具有環(huán)境感知和作業(yè)功能的高仿真仿人機(jī)器人”和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“仿人機(jī)器人人性化表情交互理論與實(shí)現(xiàn)”,從表情和身體動(dòng)作兩個(gè)方面開展仿人機(jī)器人人機(jī)友好交互研究,主要研究內(nèi)容和成果如下:首先,針對(duì)高仿真仿人機(jī)器人頭部表情建模復(fù)雜的問題,借鑒人的面部表情產(chǎn)生機(jī)理和過程,采用人體運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)獲取人的面部運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析獲得表征6種基本面部表情的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)之間的主被動(dòng)規(guī)律;根據(jù)表征6種基本面部表情的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)之間的主被動(dòng)規(guī)律,提出了表征面部表情的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)(ADP)概念和仿人機(jī)器人面部表情的設(shè)計(jì)方法,有效地減少了表征面部表情的自由度數(shù)目。其次,針對(duì)現(xiàn)有仿人機(jī)器人與人的交互不夠自然的問題,提出一種基于人體交互數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)匹配的仿人機(jī)器人交互方法,對(duì)人類交互時(shí)肢體動(dòng)作進(jìn)行捕捉,結(jié)合仿人機(jī)器人的自由度、關(guān)節(jié)范圍、地面接觸等約束,將捕捉到的人體交互數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配得到仿人機(jī)器人人機(jī)友好交互時(shí)全身運(yùn)動(dòng)規(guī)劃數(shù)據(jù)。第三,針對(duì)仿人機(jī)器人與人肢體接觸交互的精確性和安全性的耦合問題,提出了一種手眼伺服控制和阻抗控制融合的控制方法,考慮了視覺伺服控制和力覺控制的相互影響,同時(shí)增強(qiáng)了交互的精確性和安全性。針對(duì)仿人機(jī)器人與人肢體接觸時(shí)自身的平衡性問題,提出了一種基于視覺信息的仿人機(jī)器人全身協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法,在實(shí)現(xiàn)人機(jī)友好交互的同時(shí)保持仿人機(jī)器人自身的平衡。第四,對(duì)本文所提方法在仿人機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。通過面部表情識(shí)別實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所提主動(dòng)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)方法的有效性。通過仿人機(jī)器人肢體語言交互實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所提的仿人機(jī)器人肢體語言交互方法的有效性。通過人機(jī)肢體接觸的友好交互實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文所提的人機(jī)肢體接觸交互控制方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP242


本文編號(hào)：2793787