[发明专利]一种基于Kinect的Darwin机器人关节映射解析方法

说明书

本发明公开了一种基于Kinect的Darwin机器人关节映射解析方法，该解析方法包括以下步骤：1)获取人体骨骼信息；2)建立参考坐标系并构建骨架矢量；3)欧拉旋转分析；4)重心稳定分析；5)关节角度计算。该方法利用Kinect获取人体的15个关节点，通过补偿与滑动均值滤波后，在参考坐标系中构建10个单位关节矢量，并根据Darwin机器人关节级联方式进行欧拉旋转分析，得到Kinect与Darwin机器人共同关节的相应角度，最后对Darwin机器人脚部扩展关节进行重心稳定分析，得到Darwin机器人单、双脚稳定站立的脚关节角度，从而实现Kinect到Darwin机器人的动作模仿。

技术领域

本发明涉及机器人仿真技术领域，具体涉及一种基于Kinect的Darwin机器人关节映射解析方法。

背景技术

仿人机器人是机器人领域的重要研究方向之一，体态感知作为一种自然的人机交互形式，在交互过程中能够很好的识别与传递人的意图，并携带有极为丰富的信息量。当前机器人技术的研究正朝着智能化和多样化的方向发展，为符合各种复杂、恶劣环境的特殊要求，需要机器人具有更高的适应性以及具备一定的学习能力，需要机器人能自主移动到指定的地方，在工业、医疗、航空、国防领域及危险场合等进行工作。而传统机器人往往只针对特定的任务，且需要大量人为编程，费时费力，难以满足灵活性的要求。为此人们正在积极探索机器人模仿学习的行为控制，将开发人员从复杂的编程工作中解放出来。由于人体关节自由度和仿人机器人的自由度不同，以及仿人机器人的物理约束等问题，限制了仿人机器人直接模仿人体行为。而目前大部分的研究工作主要集中在上半身的动作模仿，采用的关节解析方法也主要针对上半身，目前亟待提出一种关节解析方法能实现将人体关节信息映射到Darwin机器人上，以解决机器人自由度约束等情况的影响，并能保证在模仿过程中机器人全身的重心稳定。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于Kinect的Darwin机器人关节映射解析方法，该解析方法首先利用Kinect采集到的人体关节骨骼数据，然后将Kinect人体关节骨骼数据通过关节解析后映射到Darwin机器人的关节，并使其在最大程度上实现了Darwin机器人模仿人体动作。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于Kinect的Darwin机器人关节映射解析方法，所述方法包括下列步骤：

S1、利用Kinect采集人体关节点P的骨骼数据；

S2、建立基于人体的参考坐标系，并将人体关节点P的骨骼数据映射到该坐标系上，通过同一骨架的两个关节点可以得到Darwin机器人的单位关节矢量V；

S3、通过欧拉旋转分析，将关节矢量V解析得到Kinect与Darwin机器人共同关节的相应转动角度θ；

S4、对Darwin机器人脚部扩展关节进行重心稳定分析，得到Darwin机器人单、双脚稳定站立的脚关节角度，对舵机的转动角度θ进行计算和校准。

进一步地，所述人体关节点P的骨骼数据包括：头部、颈部、躯干、左肩、左肘、左手、右肩、右肘、右手、左臀、左膝、左脚、右臀、右膝、右脚，用P₁-P₁₅表示；

所述单位关节矢量V包括：头部矢量、颈部矢量、左上臂矢量、左下臂矢量、右上臂矢量、右下臂矢量、左大腿矢量、左小腿矢量、右大腿矢量、右小腿矢量，用V₁-V₁₀表示。