[发明专利]基于深度相机的太极推手机器人

说明书

本发明提供一种基于深度相机的太极推手机器人，包括人形机器人、深度相机、惯性导航模块、上位机和嵌入式控制器，人形机器人的四肢和躯干设有多个旋转装置，旋转装置设有控制旋转角度的舵机；深度相机用于采集人体骨骼图，经上位机传输信息到机器人；惯性导航模块用于采集人体细微动作与难识别动作；嵌入式控制器对惯性导航模块的数据进行处理。本发明能够通过深度相机传感器采集人体动作信息传到人形机器人并使其做出适当反应；惯性导航模块采集人体手臂的位姿，提高对人体复杂动作的识别准确性，实现智能化太极推手动作。本发明提供一种基于深度相机的太极推手机器人，为太极爱好者提供了一种自己锻炼太极的途径。

技术领域

本发明涉及机器学习控制技术领域，特别是涉及一种基于深度相机的太极推手机器人。

背景技术

在各种形式的机器人当中，仿人机器人是系统结构最复杂、集成度最高、与人类最为相似的一类机器人。

仿人机器人研究涉及到多门学科的交叉融合，以及传感器信息融合等众多领域，是机器人研究领域最高研究成果的代表。

太极推手的运动，得到还多太极爱好者的青睐，练习太极推手能改善呼吸系统的功能。

机器人动作模仿系统的研究已取得一定进展，但大多是在仿真环境下的实现，物理环境下的实现，利用传感器进行数据的采集，实现机器人的动作模仿，取得了良好的效果，但其数据采集所需的硬件代价较高，文献能够实现基本动作的模仿，但对复杂动作，例如太极推手的缓慢动作，识别效果不是很好.

人机交互学科逐渐形成了自己的理论体系和实践范畴的架构，从人机界面(人机接口)拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用。

发明内容

本发明的目的是为了克服机器人对外界复杂动作以及高难度动作的数据获取不准确的问题，本文发明提供了一种基于深度相机的太极推手机器人。

本发明的技术方案是：

基于深度相机的太极推手机器人，包括人形机器人和控制系统，所述控制系统包括用于采集人体骨骼图的深度相机、至少两个用于采集人体细微动作与难识别动作的惯性导航模块、上位机和嵌入式控制器，深度相机设置于人体前方2-3m处，惯性导航模块设置于实验者的手臂和/或躯干难识别部位，深度相机的信号输出端与上位机相连接，惯性导航模块的信号输出端与嵌入式控制器相连接，嵌入式控制器的信号输出端与上位机相连接，人形机器人的四肢和躯干分别设有多个旋转装置，旋转装置设有控制旋转角度的舵机，上位机与舵机相连接。

3D深度相机是区别于我们平时用到的2D相机。与传统相机不同之处在于该相机可同时拍摄景物的灰阶影像资讯及包含深度的3维资讯。其设计原理系针对待测场景发射一参考光束，藉由计算回光的时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度资讯，此外再结合传统的相机拍摄，以获得2维影像资讯。

深度相机包含RGB彩色摄像机及由红外线发射器和红外线CMOS摄像机所构成的3D深度传感器。深度相机可以很好的应用到视觉数据的获取过程中。深度相机相机具有采集深度图像的功能，利用它可以完成对实验者人体双手位置的检测，将检测到的坐标在上位机中，经坐标变换，转换到人形机器人坐标系中。

所述上位机为电脑。

人形机器人在跟踪实验者完成太极推手动作时，人形机器人在实现动作模仿的过程中，人形机器人关节自由度接受的发送数据由于存在噪声影响会出现抖动，导致机器人的姿态与实验者姿态之间出现差异。机器人控制系统加入了惯性导航模块，放在人体难以检测的部位，手臂与躯干，时时检测这些部位的位姿。

惯性导航模块集成高精度的陀螺仪、加速度计和地磁场传感器，高精度的陀螺仪、加速度计和地磁场传感器的信号输出端分别与嵌入式控制器相连接。

惯性导航模块采用高性能的微处理器和先进的动力学解算与卡尔曼动态滤波算法，能够快速求解出模块当前的实时运动姿态。