[发明专利]一种面向掌中木偶表演机器人的交互表演方法及系统

说明书

一种面向掌中木偶表演机器人的交互表演方法和系统。所述方法包括：体感数据采集步骤；机器人状态决策步骤；机器人动作计算步骤；交互表演步骤。本发明可突破人力限制，完成枯燥动作的助演；支持实时互动表演的功能，适用于展示、教学等多个互动场景；分析真实表演的运动规律，解构表演动作与形态，使编排设计更合理，具备实时智能分析用户动作的功能，使用户的体验更有沉浸感和参与感，还可以加入其他多媒体技术，控制程序可以统筹其他部分，具有可扩展性。

技术领域

本申请一般涉及机器人领域，尤其涉及面向掌中木偶表演机器人的交互表演方法及系统。

背景技术

传统掌中木偶戏表演技艺的对外传播主要以剧团巡回演出为主，受到极大的人力条件限制；且当代观众已经不满足于被动观看掌中木偶表演，更希望参与到操纵木偶的体验中，而传统掌中木偶戏缺乏提供可互动的方式。在考虑戏剧交互化的过程中，一些现有方法使用了虚拟现实技术，结合动作捕捉设备来操纵虚拟掌中木偶。但实际演示效果中，这些方法弱化了传统掌中木偶制作工艺表现出的艺术价值，缺乏直观的掌中木偶表演视觉体验。

中国专利CN201120133417.7公开机器人控制的木偶表演装置，包括控制器、连接所述控制器的电机、杖头木偶、提线木偶，其特征在于，还包括连接所述电机的杖头木偶机械操纵臂和提线木偶机械操纵臂、以及连接所述控制器的喷水装置和语音播放装置。通过控制器控制电机以及舵机，使杖头木偶、提线木偶、以及兽首木偶在机械操纵臂的控制下进行惟妙惟肖的表演，并结合音频播放装置播放语音和音乐，其舞台结构新颖、表演形式创新，能带给人们较高的视觉享受。

但目前的木偶表演机器人在实时互动表演、实时智能分析用户动作、使用户的沉浸感和参与感以及可扩展性等方面还有所欠缺。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，提供一种面向掌中木偶表演机器人的交互表演方法及系统。本发明可突破人力限制，完成枯燥动作的助演；支持实时互动表演的功能，适用于展示、教学等多个互动场景；分析真实表演的运动规律，解构表演动作与形态，使编排设计更合理，具备实时智能分析用户动作的功能，使用户的体验更有沉浸感和参与感，还可以加入其他多媒体技术，控制程序可以统筹其他部分，具有可扩展性。

第一方面，本申请实施例提供了一种面向掌中木偶表演机器人的交互表演方法，其特征在于，该方法包括：

体感数据采集步骤，对用户进行体感动作的数据采集，并将采集到的数据发送到控制程序中，用于机器人的状态决策，采集的数据具体包括：用户所在的位置、面朝的方向、用户人体的位移、用户的手势动作；

机器人状态决策步骤，由机器人的动作决策模块使用有限状态机完成，在定义状态机时，首先通过分析演员给出的木偶表演视频来分解手套木偶的控制动作，然后将各行为主体的控制动作的关键点推广到有限状态，由体感数据采集模块采集到的数据来决定有限状态机的状态，在表演的不同环节中，控制有限状态机的数据各不相同，具体的，在演员表演的环节由演员的位置和面向控制，在互动环节由用户的手势动作控制，有限状态机最后会输出一个动作向量，用于下一阶段的动作计算，动作向量的每一个维度分别控制机器人的一个活动关节的运动；

机器人动作计算步骤，由机器人动作计算模块接收决策模块发出的动作向量，并分析该向量以确定机器人具体的运动，使用反向动力学算法对这些向量进行分析，提取两种轴向运动作为系统的基本动作，利用余弦定律计算每个关节需要旋转多少度；

交互表演步骤，从状态决策模块获得的动作向量将被逐个按顺序被计算，当一个动作向量代表的动作完成后，机器人会按顺序执行下一个向量所代表的动作，直至整组动作全部完成。

第二方面，本申请实施例提供了一种面向掌中木偶表演机器人的交互表演系统，该系统包括：

体感数据采集模块，用于对用户进行体感动作的数据采集，并将采集到的数据发送到控制程序中，用于机器人的状态决策，采集的数据具体包括：用户所在的位置、面朝的方向、用户人体的位移、用户的手势动作；