[发明专利]一种仿人机器人摔倒动作的相似性评价方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种仿人机器人动作评价方法，属于机器人技术领域。

背景技术

仿人机器人是与人类最接近的一种机器人，和其他构形的机器人相比，仿人机器人在外形上更加友好，同时能方便地使用为人类发明设计的各种工具，更容易适应人类生活环境。随着科技的发展，人们对智能机器人的需求日益增长。仿人机器人具有广阔的发展前景。

但是目前大多数仿人机器人只能在特定环境中移动，难以适应复杂环境，而无法投入实际应用。主要瓶颈之一是仿人机器人摔倒会对自身造成致命性损伤，从而使其不能正常运行。

为了减小仿人机器人摔倒对自身造成的影响，一些学者对仿人机器人摔倒运动进行了研究，并提出了一些用专门的摔倒控制器来控制其摔倒运动的方法。

专利号为200810171982.5的中国发明专利《基于人体运动轨迹的机器人节奏性动作的相似性评价方法》提出了基于人体规律的机器人和人体动作的相似性评价方法，包含空间和时间因素

非专利文献Huang Q,Yu Z,Zhang W,et al.Design and similarity evaluation on humanoid motion based on human motion capture[J].Robotica,2010,28(05):737-745.提出了一种描述机器人和人体空间动作(刀书表演)的相似性评价方法，考虑空间位置和速度的动作相似。

机器人的摔倒过程，既包含运动学上的约束，也包含动力学上的约束。尤其是摔倒碰撞过程中，受力情况是一个重要指标。

然而，现有的方法大多数只简单的考虑了摔倒时下身的运动，而考虑手臂的运动控制对摔倒的影响的研究较少，特别是基于仿生的手臂摔倒运动控制更为缺乏。

现有的评价函数大多只考虑空间位形和速度的相似，即只考虑运动学层次上的相似，没有考虑动力学方面的相似，即没有把各关节加速度和受力因素考虑进来。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种基于仿生规律的仿人机器人摔倒过程中，动作的相似性评价方法。

本发明采取的技术方案是：

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。

优选地，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。

优选地，所述评价公式具体如下：