[发明专利]一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法

权利要求书

1.一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法，其特征在于，包括下列步骤：

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构建人体骨骼模型的连杆向量；

S3、将步骤S2获得的人体骨骼模型各连杆向量在深度摄像头坐标系中的坐标转换到人类观测坐标系中；

S4、定义人形机器人全身关节和连杆，根据人形机器人各关节角度及支撑脚姿态计算人形机器人各连杆向量在机器人观测坐标系中的坐标；

S5、根据步骤S3获得的人体骨骼模型连杆向量在人类观测坐标系中的坐标和步骤S4获得的人形机器人连杆向量在机器人观测坐标系中的坐标计算人形机器人与人体姿态的相似度。

2.根据权利要求1所述的人形机器人与人体姿态相似度评价方法，其特征在于，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。

3.根据权利要求1所述的人形机器人与人体姿态相似度评价方法，其特征在于，步骤S2，具体过程如下：

将人体骨骼模型的躯干、头部、左上臂、左下臂、左手、左大腿、左小腿、左脚、右上臂、右下臂、右手、右大腿、右小腿、右脚定义为连杆；根据同一连杆的两个骨骼节点的三维坐标，得到该连杆在深度摄像头坐标系中的向量坐标。

4.根据权利要求1所述的人形机器人与人体姿态相似度评价方法，其特征在于，步骤S3中，利用转换矩阵R_h将深度摄像头坐标系中人体骨骼模型的连杆向量坐标转换到人类观测坐标系中，转换矩阵R_h为：

其中，分别为在深度摄像头坐标系中与深度摄像头坐标系X轴、Y轴、Z轴正向同向的向量，分别为在深度摄像头坐标系中与人类观测坐标系X轴、Y轴、Z轴正向同向的向量。

5.根据权利要求1所述的人形机器人与人体姿态相似度评价方法，其特征在于，步骤S4中，包括下述步骤：

S41、定义人形机器人全身关节和连杆：将人形机器人的躯干、头部、左上臂、左下臂、左手、左大腿、左小腿、左脚、右上臂、右下臂、右手、右大腿、右小腿、右脚定义为连杆；将靠近支撑脚的连杆定义为远离支撑脚的连杆的母连杆；将远离支撑脚的连杆定义为靠近支撑脚的连杆的子连杆；将颈部、左肩、左肘、左腕、左髋、左膝、左踝、右肩、右肘、右腕、右髋、右膝、右踝定义为主关节；将人形机器人主关节所具有的不同自由度定义为该主关节的次关节；将靠近支撑脚的主关节或次关节定义为远离支撑脚的主关节或次关节的母关节，将远离支撑脚的主关节或次关节定义为靠近支撑脚的主关节或次关节的子关节；

将与一个关节相连的两个连杆中靠近支撑脚的连杆定义为该关节的母连杆，远离支撑脚的连杆定义为该关节的子连杆；将与一个连杆相连的两个关节中靠近支撑脚的关节定义为该连杆的母关节，远离支撑脚的关节定义为该连杆的子关节；

S42、令初始姿态时人形机器人第k个连杆向量在机器人观测坐标系中的坐标为k＝1,2,3,4,5…，根据每个连杆各母关节的旋转角度θ_mki及相应旋转矩阵R(θ_mki)，以及支撑脚坐标系相对于机器人观测坐标系的旋转矩阵R_support，得到当前姿态的连杆向量在机器人观测坐标系中的坐标

其中，n为目标连杆到支撑脚连杆之间目标连杆的母关节个数，i的数值越小表示该关节在连杆-关节链中越靠近支撑脚连杆；

若旋转角度θ_mki为翻滚角的旋转角度，则旋转矩阵R(θ_mki)表达式为：

若旋转角度θ_mki为俯仰角的旋转角度，则旋转矩阵R(θ_mki)表达式为：

若旋转角度θ_mki为偏航角的旋转角度，则旋转矩阵R(θ_mki)表达式为：