基于人体动作姿态识别的机器人仿人运动.pdf

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1、第52卷第21期机械工程学报Vol.52No.212016年11月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGNov.2016DOI：10.3901/JME.2016.21.026*基于人体动作姿态识别的机器人仿人运动王梅卢熙昌屠大维于远芳周华(上海大学机电工程与自动化学院上海200072)摘要：以关节式机器人为对象，进行机器人仿人运动研究。从人体动作姿态识别、人-机动作映射、机器人运动控制等方面，详细阐述机器人仿人运动算法。提出人体动作姿态识别方法，利用Kinect传感器捕获人体运作的关节点位置信息，在建立人体基准坐标系的基础上，为了得到描述肩、肘运动的动作信息

2、，计算人体手臂动作的关节角度，实现人体动作姿态的识别。在分析人体肩、肘等关节和机器人机构差异性的基础上，建立人体手臂与四自由度机械手臂的人-机动作映射规则。针对机器人自由度较少，无法完全复现人体运动的情形，分析、比较不同控制策略的优缺点和适用性，寻求适合机器人操作的复现控制策略。关节式机器人接收运动控制指令，执行相应的关节运动，从而实现机器人仿人运动。相关试验验证了人体动作姿态识别和机器人仿人运动控制算法的有效性。研究成果对于提高机器人控制和操作的简单易用性、提高人机交互能力具有借鉴意义，对于扩展机器人应用领域具有实践意义。关键词：关节式机器人；仿人运动；人体姿态识别；人-机动作

3、映射中图分类号：TP242HumanoidMotionofManipulatorthatBasedonHuman-postureRecognitionWANGMeiLUXichangTUDaweiYUYuanfangZHOUHua(CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,ShanghaiUniversity,Shanghai200072)Abstract：Humanoidmotionofmanipulatorisstudied.Theproblemofhuman-posturerecognition,human-robotmot

4、ionmappingandhumanoidmotioncontrolaresummarized.AKinectisusedtocapturethehumanbodymovement.Inthecoordinatesystemonthehumanbody,thejointanglesofthehumanarmarecalculatedtorecognizethemotionofshoulderjointandelbowjoint.Byanalyzingthedifferencebetweenthemotionofahumanarmandthatofafour-degreemanip

5、ulator,thehuman-robotmotionmappingisdeveloped.Todealwiththeproblemoflimitationinmotionimitation,causedbyrobotlower-mobility,threemethodofhumanoidcontroliscomparativelyanalyzed.Andthemethodtomaximizetherangeofmotionisselectedtocontrolthemanipulator.Themanipulatorwouldexecutetheaction,according

6、tothereceivedmotioninstruction,torealizethehumanoidmotion.Thevalidityofthisapproachisprovedbyseveralexperiments.Themethodproposedwillhelptomakethemanipulatorcontrolsimpleandeasy,helptoimprovetheabilityofhuman-machineinteraction,andhelptoexpandtheapplicationofthemanipulators.Keywords：manipulat

7、or；humanoidmotion；human-posturerecognition；human-robotmotionmapping面向的是普通人群，使用者和服务对象往往缺乏相*0前言关的专业背景知识，因而，机器人操作的简单易用性、人机交互能力、运动安全性等方面的要求尤为随着机器人应用从工业领域向医疗、服务、娱突出。乐、教育等行业不断地扩展和深入，对机器人的运为了使人机交流更加简单、自然、友好，国内[1]动控制也提出了新的要求。传统的工业机器人对外研究人员在人机交互方式方面进行