[发明专利]一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法

说明书

本发明公开了一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法，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人体骨骼模型的连杆向量；(3)将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；(4)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；(5)根据人体骨骼模型连杆向量在人类观测坐标系中的坐标和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。本发明利用人体骨骼模型和人形机器人连杆在世界坐标系中的向量量化评价姿态相似度，具有表征充分、侧重整体、评价准确的特点。

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，特别涉及一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法。

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，愈加复杂和多样的应用环境对机器人的适应性和智能化提出了更高的要求。机器人模仿学习技术可以提高机器人学习效率，提升机器人智能化程度，将开发者从繁重的编程工作中解脱出来。对机器人模仿姿态与人体姿态的相似度进行恰当的评价，对于机器人模仿系统的优化具有重要作用。当前一些研究使用主观评价的方法，该种方法需要发放问卷搜集信息，过程较为繁琐，难以获取精确的量化评价指标。另外一些研究使用量化评价方法对机器人模仿相似度进行评价，这些方法大多基于关节角度或身体关键节点。而关节角度或身体关键节点无法直接表征模仿或演示的姿态，因而难以有效评价人形机器人动作模仿的相似度。

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，提供一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法，利用人体骨骼模型和机器人连杆在世界坐标系中的向量量化评价姿态相似度，具有表征充分、侧重整体、评价准确的特点。

为实现以上目的，本发明采取如下技术方案：

一种人形机器人与人体姿态相似度评价方法，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。

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，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。

作为优选的技术方案，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。

作为优选的技术方案，步骤S4中，包括下述步骤：