【摘要】：長期以來,人們在交互時習慣用聲音、表情、肢體語言、肢體接觸等形式,這些形式是人們長期形成的固化的交互方式。為了使仿人機器人得到更廣泛的應用,進入人們的工作、生活,要求仿人機器人具有人類習慣的、自然的、類似人的聲音、表情、身體動作等交互形式。目前,大多數(shù)仿人機器人難以實現(xiàn)與人類似的交互,一方面,仿人機器人與人的交互方式單一,難以滿足人們的交互需求;另一方面,仿人機器人在人機肢體接觸交互時難以保證人的安全。本文結(jié)合國家“863”計劃目標導向課題“具有環(huán)境感知和作業(yè)功能的高仿真仿人機器人”和國家自然科學基金項目“仿人機器人人性化表情交互理論與實現(xiàn)”,從表情和身體動作兩個方面開展仿人機器人人機友好交互研究,主要研究內(nèi)容和成果如下:首先,針對高仿真仿人機器人頭部表情建模復雜的問題,借鑒人的面部表情產(chǎn)生機理和過程,采用人體運動捕捉系統(tǒng)獲取人的面部運動數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析獲得表征6種基本面部表情的運動點之間的主被動規(guī)律;根據(jù)表征6種基本面部表情的運動點之間的主被動規(guī)律,提出了表征面部表情的主動驅(qū)動點(ADP)概念和仿人機器人面部表情的設計方法,有效地減少了表征面部表情的自由度數(shù)目。其次,針對現(xiàn)有仿人機器人與人的交互不夠自然的問題,提出一種基于人體交互數(shù)據(jù)運動學和動力學匹配的仿人機器人交互方法,對人類交互時肢體動作進行捕捉,結(jié)合仿人機器人的自由度、關(guān)節(jié)范圍、地面接觸等約束,將捕捉到的人體交互數(shù)據(jù)進行匹配得到仿人機器人人機友好交互時全身運動規(guī)劃數(shù)據(jù)。第三,針對仿人機器人與人肢體接觸交互的精確性和安全性的耦合問題,提出了一種手眼伺服控制和阻抗控制融合的控制方法,考慮了視覺伺服控制和力覺控制的相互影響,同時增強了交互的精確性和安全性。針對仿人機器人與人肢體接觸時自身的平衡性問題,提出了一種基于視覺信息的仿人機器人全身協(xié)調(diào)運動控制方法,在實現(xiàn)人機友好交互的同時保持仿人機器人自身的平衡。第四,對本文所提方法在仿人機器人平臺進行實驗驗證。通過面部表情識別實驗,驗證了本文所提主動驅(qū)動點方法的有效性。通過仿人機器人肢體語言交互實驗,驗證了本文所提的仿人機器人肢體語言交互方法的有效性。通過人機肢體接觸的友好交互實驗,驗證了本文所提的人機肢體接觸交互控制方法的有效性。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242


本文編號：2793787