[发明专利]基于人机协作的人体碰撞物对接方法及系统

权利要求书

1.基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据不同的测量方法获取人体姿态信息，得到人体碰撞物的关键点信息；

根据获得的人体姿态信息统一坐标系，得到人体碰撞物相对于全局坐标系的位置、姿态、形状和尺寸，并导入至机器人的虚拟规划空间中；

机器人根据虚拟规划空间中得到的信息执行碰撞物规避，并保存人体姿态信息形成的序列。

2.如权利要求1所述的基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：根据不同的测量方法获取人体姿态信息，得到人体碰撞物的关键点信息，包括：选择深度相机测量、单目摄像头结合深度学习方法、惯性测量单元或已保存的BVH文件中的至少一种方式获取人体姿态信息。

3.如权利要求2所述的基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：若选择深度相机测量或单目摄像头结合深度学习方法获取人体姿态，关键点信息分别为头部、颈部、脊柱、腰部、左肩、左肘、左手腕、右肩、右肘、右手腕、左胯、左膝、左脚腕、右胯、右膝和右脚腕的坐标位置。

4.如权利要求3所述的基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：若没有脊柱这一关键点，则以左右肩关键点K₁、K₂连接线L₁及左右胯关键点K₃、K₄连接线L₂为轴心分别作圆柱体C₁、C₂，设C₁、C₂的相交集为I₁；过线L₁中点K₅做L₁的法平面S₁，S₁与I₁间存有0-1个交点；

当存在2个交点时，置信度较大的一点作为脊柱关键点；

存在1个交点时，选择该交点为脊柱关键点；

不存在交点时，L₁中点与L₂中点连接线L₃的对应比例位置作为脊柱关键点。

5.如权利要求3所述的基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：获取各关键点后，将存在人体碰撞物的两个关键点相连，将连接线作为z轴，任取与z轴相互垂直的x、y轴，作为人体碰撞物的姿态，并将关键点的连线中点作为人体碰撞物的位置。

6.如权利要求2所述的基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：

若使用惯性测量单元进行测量人体姿态，将初始时刻时每一惯性测量单元的姿态四元数q_{i init}进行取逆初始化得惯性测量单元相对于初始时刻的姿态四元数为获取到的惯性测量单元的姿态四元数q_i与做Shuster乘法的值；假设在运动过程中惯性测量单元与人体未发生相对旋转，则惯性测量单元坐标系与人体关节坐标系的相对关系为固定，在初始时刻时做出标定姿态进行人体姿态的标定后，所获取的人体相对旋转姿态即为惯性测量单元相对初始的旋转姿态q_{i fin}。

7.如权利要求1所述的基于人机协作的人体碰撞物对接方法，其特征在于：根据获得的人体姿态信息统一坐标系，得到人体碰撞物相对于全局坐标系的位置、姿态、形状和尺寸，具体为：

设G：全局坐标系，C：相机或参考坐标系，H：人体各关节坐标系；

传感器所获取的人体位置与姿态为机器人所参考的坐标系为全局坐标系，通过转换至同一坐标系下；

通过单目相机、深度相机或BVH所获取的姿态所参考的坐标系为相机坐标系，通过手眼标定得到相机相对于机器人坐标系的位姿

惯性测量单元所测得的人体姿态，其相对全局的位姿为初始时刻时腰部关键点在全局坐标系下的位姿；

对于需要进行偏移或旋转才能到达指定角度的部分位姿，相对坐标系相对全局坐标系的变换为其中R_R为所需要偏移或旋转的变换，最终得到各人体碰撞物相对于全局坐标系的位置、姿态、形状、尺寸。