本文關(guān)鍵詞： 仿人機器人 運動建模 人體運動仿真 動作評價　出處：《沈陽航空航天大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：仿人機器人是模仿人類身體結(jié)構(gòu)和功能的機器人,在機器人領(lǐng)域一直是眾多研究人員的關(guān)注熱點。近年來,機器從以往只能被動接受人類操控逐漸向主動學(xué)習(xí)人類特征的方向過渡,通過示教學(xué)習(xí)的方式操控并訓(xùn)練機器逐漸成為機器學(xué)習(xí)的一種主要方法。本文建立了一種人體運動模型,并在該模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合Kinect采集到人體運動數(shù)據(jù),驅(qū)動虛擬仿人機器人運動,為仿人機器人的研制和人體運動的研究提供了實驗平臺、模型和方法。首先,在實驗室原有的基礎(chǔ)之上完善了運動仿真平臺,該平臺集運動數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)分析、實時仿真再現(xiàn)、動作相似度評價等功能于一體。使用ODE在該平臺上創(chuàng)建了一個運動學(xué)仿真環(huán)境,可以在該環(huán)境中進行剛體運動仿真學(xué)實驗,為人體運動建模、仿真提供了平臺基礎(chǔ)。其次,模仿真實人體結(jié)構(gòu),創(chuàng)建了一個擁有20個自由度的仿人機器人模型。針對三維人體運動數(shù)據(jù)的特征,提出了一種基于關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角和旋轉(zhuǎn)軸的人體運動模型,該模型可實時的將Kinect采集到的人體關(guān)鍵點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動虛擬機器人運動的關(guān)節(jié)角數(shù)據(jù),實現(xiàn)了人體運動實時仿真再現(xiàn)功能。最后,為了能夠客觀的對人體動作做出評價,將兩組動作數(shù)據(jù)的相似度作為評價指標(biāo)。由于動作數(shù)據(jù)的長度通常不同,傳統(tǒng)的歐式距離往往不能真實的評價兩組動作的相似度,因此,引入動態(tài)時間規(guī)整(Dynamic Time Warping,DTW)算法,將運動數(shù)據(jù)在時間軸上進行對齊操作,再通過尋找最優(yōu)規(guī)整路徑得到兩組運動數(shù)據(jù)的相似程度。仿真實驗結(jié)果表明本文建立的人體運動模型能夠?qū)θ祟愃闹膭幼鬟M行實時的仿真再現(xiàn)。動作評價實驗結(jié)果表明本文提出的動作評價指標(biāo)能夠?qū)θ梭w動作進行較為客觀的評價。
[Abstract]:Humanoid robot is a robot that imitates the structure and function of human body. It has been the focus of attention of many researchers in the field of robot. From the past, the machine can only passively accept human manipulation, gradually to the active learning of human characteristics in the direction of transition. The manipulation and training of machines by teaching and learning has gradually become one of the main methods of machine learning. In this paper, a human motion model is established and based on this model. Combined with Kinect to collect human motion data, driving virtual humanoid robot motion, for the development of humanoid robot and the study of human movement provides an experimental platform, models and methods. On the basis of the original laboratory, the motion simulation platform is perfected. The platform collects motion data, real-time data analysis, real-time simulation and reproduction. Using ODE to create a kinematics simulation environment in which rigid body motion simulation experiments can be carried out to model human motion. Simulation provides the foundation of the platform. Secondly, a humanoid robot model with 20 degrees of freedom is created by imitating the real human body structure, aiming at the characteristics of 3D human motion data. This paper presents a human motion model based on the rotation angle and rotation axis of the joint. The model can transform the key points of human body captured by Kinect into the joint angle data which can drive the motion of the virtual robot in real time. Finally, in order to objectively evaluate the human actions, the similarity of the two groups of action data is taken as the evaluation index. Because the length of the action data is usually different. The traditional Euclidean distance can not really evaluate the similarity between the two groups of actions, so the dynamic Time warping (DTW) algorithm is introduced. Align the motion data on the timeline. The simulation results show that the human motion model established in this paper can simulate and reproduce the movements of human limbs in real time. The results show that the motion evaluation index proposed in this paper can evaluate human movement objectively.
【學(xué)位授予單位】：沈陽航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：1450880