郭瑞君 辛洪兵 张帆 邓曼

摘  要：仿人机器人动作设计所需的运动数据的获取，多数采用通过视频采集运动捕捉系统获取人体运动的数据，将所得数据与仿人机器人简化模型进行定向匹配，利用旋量理论中逆运动学计算求解，得到仿人机器人简化模型的关节转角运动数据，为仿人机器人仿真分析和控制提供参数。

关键词：仿人机器人;简化模型;旋量理论;逆运动学

引言

仿人机器人的运动规划是依据人类活动而进行的。因此，研究人体运动姿态可以为仿人机器人运动规划提供依据。现在常用的人体步态数据获取方法有基于视频和图像的采集方法和采集物理信号的采集方法。基于视频和图像的采集方法主要是通过多摄像机来标定身体上预先设置好的点的位置，或者是通过工作空间多个2维图像来确定位置[1-2]。通过该方法获得的标记点的空间坐标参数，需要通过计算与分析，才能获得与仿人机器人进行运动匹配的关节数据[3]。

1 建立仿人机器人简化模型

文章选取仿人机器人腿部结构进行计算和分析，根据仿人机器人的结构特点，建立仿人机器人腿部简化模型，如图1所示。并建立局部坐标系T和空间坐标系S。

图1 腿部简化模型

2 仿人机器人腿部关节角度计算

通过视频采集运动捕捉系统采集的腿部标记点的数据，结合旋量理论中逆运动学方法，可以求解出腿部各关节的角度信息。

在不考虑仿人机器人的踝关节运动情况下，仿人机器人的每一条腿有3个自由度，分别是髋关节左右转动θ1角度和前后转动角度θ2，膝关节前后转动角度θ3。……