[发明专利]一种应用于人形机器人的人体转体和位移映射方法

说明书

本发明公开了一种应用于人形机器人的人体转体和位移映射方法，包括如下步骤：1)通过深度摄像头获取人体骨骼节点的三维位置信息；2)根据人体骨骼节点构建左髋部到右髋部的骨骼向量；3)将所构建的骨骼向量投影到水平面上；4)根据投影到水平面上的骨骼向量计算人体转体角度及方向；5)根据脊柱底部的骨骼节点以及投影到水平面上的骨骼向量计算在人体基坐标系中的位移；6)将计算得到的转体角度和方向以及在人体基坐标系中的位移应用到人形机器人上。本发明利用人体骨骼节点及向量将人体转体和位移映射到人形机器人上，具有操作简便、实时性强的特点。

技术领域

本发明涉及机器人控制、人机交互技术领域，特别涉及一种应用于人形机器人的人体转体和位移映射方法。

背景技术

近年来，机器人技术快速发展，并越来越广泛地应用于工业、医疗、科学研究与教育培训和家庭日常生活等领域当中。与此同时，愈加多样的应用环境和更加复杂的机器人结构对机器人控制提出了更高的要求。机器人模仿技术的发展提供了一种新型的机器人控制方式，提升了机器人编程的效率，将开发者从繁重的编程工作中解脱出来。机器人模仿技术使得机器人可以模仿示教者的肢体动作和空间移动等行为，而空间移动是控制机器人完成特定任务的关键。当前使用模仿技术控制人形机器人实现空间移动的方法有步态模仿法和位移映射法。其中步态模仿法可以较好地还原示教者的步态，但是示教过程较为繁琐，对人形机器人的平衡控制要求高，操作不够便捷；位移映射法则将示教者在一定时间内发生的位移映射到人形机器人上，使得人形机器人以预先设定的步态完成空间移动，操作便捷，但是现有应用中并没有考虑人体在空间移动中躯干朝向的变化。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种应用于人形机器人的人体转体和位移映射方法，利用人体骨骼节点及向量将人体转体和位移映射到人形机器人上，具有操作简便、实时性强的特点。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

一种应用于人形机器人的人体转体和位移映射方法，包括下述步骤：

S1、通过深度摄像头获取人体骨骼节点的三维位置信息；

S2、根据步骤S1获得的人体骨骼节点的三维位置信息构建左髋部到右髋部的骨骼向量；

S3、将步骤S2所构建的左髋部到右髋部的骨骼向量投影到水平面上；

S4、根据步骤S3获得的投影到水平面上的骨骼向量计算人体转体角度及方向；

S5、根据脊柱底部的骨骼节点以及投影到水平面上的骨骼向量计算在人体基坐标系中的位移；

S6、将步骤S4计算得到的转体角度和方向以及步骤S5计算得到的在人体基坐标系中的位移传递给机器人，机器人执行相应的指令以完成相同转体角度的转体动作与在机器人基坐标系中相同位移的空间移动。

作为优选的技术方案，步骤S1中，所述通过深度摄像头获取人体骨骼节点的三维位置信息，包括人体的四肢和脊柱各关节点的信息。

作为优选的技术方案，步骤S2中深度摄像头前一有效帧的左髋部到右髋部的骨骼向量表示为当前有效帧的左髋部到右髋部的骨骼向量表示为

作为优选的技术方案，步骤S3中深度摄像头前一有效帧的投影在水平面上的左髋部到右髋部的骨骼向量表示为当前有效帧的投影在水平面上的左髋部到右髋部的骨骼向量表示为

作为优选的技术方案，步骤S4的过程如下：

计算人体转体角度|ω|：

为确定人体转体方向，引入前一有效帧用来表示人体躯干朝向的辅助向量

其中为垂直于水平面竖直方向上的单位向量；

引入辅助角θ_ω：