[发明专利]一种机器鼠与实验鼠运动相似性评价方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种机器鼠仿生运动评价方法。通过该 方法可以有效地设计出与实验鼠运动具有高相似度的机器鼠运动，实现机器鼠高质量的 仿生运动。

背景技术

由于实验鼠身体构造及药物反应和人类接近，因此常被用作人类疾病的动物模型 (具有人类疾病模拟表现的动物)，是研究人类疾病规律与新型药物测试及筛选的关键资 源。但是传统动物模型行为评估实验条件不可控、实验周期长，动物之间的行为交互测 试存在再现性低、不易控制的问题，并且在实验过程中对照组也存在误差等。因此，借 助于可编程和自由配置的仿生机器人代替动物，通过再现相应的动物行为，与动物进行 交互，已经成为了国际研究动物行为的新方法。将机器鼠应用于实验鼠行为交互，提高 了行为交互中实验条件的可控性，便于实现自动化实验，进一步研究实验鼠行为学。为 了更好的实现机器鼠与实验鼠的交互，机器鼠需要做出与实验鼠具有高度相似度的动作 和运动。建立运动相似性评价方法可以将机器鼠模仿实验鼠运动的相似程度量化，为机 器鼠改进运动模仿提供重要参考标准。

在非专利文献1中(“Design and control of a biomimetic robotic rat for interaction with laboratory rats”，SHI,Qing等，IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，第20卷，第4卷，第1832-1842页，2015年8月)，作者提到了一种可 以模仿实验鼠动作的仿生机器鼠，并与实验鼠进行交互实验。该仿生机器鼠可以模仿实 验鼠的各类动作(例如：奔跑、直立、攀压、转身、理毛、嗅探等动作)，从而可以与一 只或者一群实验鼠进行交互实验。

该仿生机器鼠仅能从视觉效果上模仿实验鼠的各类动作，并没有从定量的角度出发 去评价这种相似性；由于缺乏一个定量评价这种运动相似性的方法，故很难在运动的模 仿上对机器鼠进行改进，限制了机器鼠的优化控制策略的应用。

发明内容

本发明的目的是：为了实现机器鼠对实验鼠的高相似度运动模仿，提出了一种评价 两者运动相似性的方法。

本发明的技术方案如下。

一种运动相似性的评价方法，包括以下步骤，

S1：通过捕捉的第一对象的运动数据；

S2：进行逆运动学求解，得到第二对象的关节角及姿态；

S3：建立起第一对象与第二对象的运动学对应关系；

S4：捕捉第二对象的运动数据，得到第一对象与第二对象的运动参数随时间变化的曲线；

S5：通过相似性评价方法，对第一对象与第二对象运动相似性进行评价。

进一步地,所述步骤S1中通过拍摄第一对象运动视频再逐帧读取第一对象的运动参数。

进一步地,所述步骤S1中的运动数据包括各个动作持续时间，以及俯仰角α_p、俯仰高度 h_p、偏航距离d_y和偏航半径r_y四个参数随时间变化的值。

进一步地,所述步骤S5采用动态时间规整(DTW)方法来评估运动的相似性。

进一步地,所述动态时间规整(DTW)方法通过把时间序列进行延伸和缩短，来计算两个 时间序列性之间的相似性。

进一步地,所述步骤S5采用累加距离(AD)作为相似性的表示。

本发明还提供了一种仿生机器人控制方法，包括以下步骤，

S10：捕捉实验动物的运动参数；

S20：进行逆运动学求解，得到仿生机器人的关节角及姿态；

S30：对实验动物和所述仿生机器人进行运动学匹配；

S40：获取仿生机器人的运动参数；

S50：采用动态时间规整(DTW)方法进行运动的相似性评价；

S60：判断实验动物和所述仿生机器人的运动相似度是否满足要求，若不满足要求则转 到步骤S30；

S70：得到具有最大相似性的动作。

进一步地,所述实验动物是实验鼠，所述仿生机器人是机器鼠。

进一步地,所述步骤S10中适用两个典型行为进行相似性评价：一是在表达攻击、自卫 的行为时，进行先奔跑、再直立的连续动作，将其定义为行为模式1(BP1)；二是表达探索 周围环境或与同类进行攀压交互等行为时，通常进行嗅探、攀压、回撤的一系列动作，将其 定义为行为模式2(BP2)。

本发明的有益效果是：