[发明专利]一种仿人机器人摔倒动作的相似性评价方法

权利要求书

1.一种仿人机器人摔倒动作的相似性评价方法，包括以下步骤：

(1)通过运动捕捉系统捕捉人体摔倒运动数据，同时用测力台分别测人体和机器人手臂末端触地受力情况；

(2)由逆运动学和逆动力学，由笛卡尔空间末端位姿，以及受力和/或力矩，求得关节空间各关节的姿态，以及受力和/或力矩；

(3)按照各个关节是否相对于身体运动进行分割，分割段数目代号p(p＝1,2,3…e)；对身体关节相对运动的时间段进行分析，相对静止的不考虑，舍掉；

(4)对每一个分割的基段进行运动学和动力学时间上分割并匹配；

(5)按照匹配的结果，由机器人机械结构自由度的约束，合理修改人体运动数据，把人体数据映射到机器人上；

(6)对人体和机器人的数据按照采样时间进行三次样条插值，并得到人体和机器人在摔倒过程中各个关节的位置、速度、加速度；

(7)通过相似性评价函数，在运动学，动力学和时间上对机器人摔倒过程进行评价。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行评价的公式如下：

s_p＝A+B+C+D

A和B：运动学层次的相似，即各关节位置和速度在对应时间段上的相似；

C和D：动力学层次的相似，即各关节加速度和力(力矩)在对应时间段上的相似。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述评价公式具体如下：

sp=h.11+Σi=1nCi.βi+(0.5-h).11+Σ1nCiβi,+m.11+Σi=1nCiai+(0.5-m).11+Σ1nCifi]]>

s_p：分割段p的相似性评价系数；

n:完成相应摔倒动作的所有相关的关节数目；

i：完成相应动作的相关联的关节编号；

h:运动学层次上的空间和时间相似权重的比例调节系数；

m:动力学层次上的各关节加速度相似影响系数；

β_i：i关节的空间相似性；

β'_i：i关节的时间相似性：

Qri(tr)=[qri(t1r)qri(t2r)...qri(tkr)]T:]]>机器人的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节角；

Qhi(tr)=[qhi(t1h)qhi(t2h)...qhi(tkh)]T:]]>人体映射的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节角；

ΔQ_ri(t^r)＝|ΔQ_ri(t^r)_max-ΔQ_ri(t^r)_min|：机器人对应动作中，相关联的所有关节的最大误差；

Qri,(tr)=[qri,(t1r)qri,(t2r)...qri,(tkr)]T:]]>机器人的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节速度；

Qhi,(tr)=[qhi,(t1r)qhi,(t2r)...qhi,(tkr)]T:]]>人体映射的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节速度；

ΔQ'_ri(t^r)＝|ΔQ'_ri(tr)_max-ΔQ'_ri(tr)_min|：机器人对应动作中，相关联的所有关节的最大速度误差；

a_i：i关节的加速度相似性；

Ari(tr)=[ari(t1r)ari(t2r)...ari(tkr)]T:]]>机器人的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节加速度；

Ahi(tr)=[ahi(t1r)ahi(t2r)...ahi(tkr)]T:]]>人体映射的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节加速度；

ΔA_ri(t^r)＝|ΔA_ri(t^r)_max-ΔA_ri(t^r)_min|：机器人对应动作中，相关联的所有关节的最大加速度误差；

f_i:i关节的受力相似性；

Fri(tr)=[fri(t1r)fri(t2r)...fri(tkr)]T:]]>机器人的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节受力或力矩；

Fhi(tr)=[fhi(t1r)fhi(t2r)...fhi(tkr)]T:]]>人体映射的i关节在分割段p的各个采样时间段(1…k)的关节受力或力矩；

ΔF_ri(t^r)＝|ΔF_ri(t^r)_max-ΔF_ri(t^r)_min|：机器人对应动作中，相关联的所有关节的最大受力或力矩的误差；

C_i：权重系数，摔倒过程中，起主要作用的关节的权重大，辅助

作用的权重小。