人机交互技术是当下及未来机器人技术的热门发展方向,涉及生活、生产、医疗等多个领域。在人机交互中,拟人臂作为交互型机器人执行复杂任务的关键部件,与人类的交互最为密切,为了保证交互过程的高效和安全,提高其智能水平和仿人运动能力是亟需解决的重要问题。本文围绕如何使拟人臂产生智能化、仿人化交互运动的问题,以人臂动作基元、人臂运动预测为技术手段,对人机交互中拟人臂仿人运动规划方法进行研究。主要研究内容如下:（1）人臂动作基元理论体系研究。建立一种新的人臂动作基元模型并确定其基本使用规则,解决直观、高效、全面地表达和建模人臂或拟人臂运动的问题。首先,分析人臂的结构及运动形成的特点,研究人臂的运动学模型。其次,研究现有动作基元模型的共性,结合其在人机交互中的应用需求提出人臂动作基元的建模原则。然后,基于建模原则确定人臂动作基元的模型并建立人臂动作基元库,建立基元的连接方式、参数量化的一般方法。最后,建立人臂动作基元的识别方法,基于运动捕捉实验对人臂动作基元进行实例研究。（2）人臂动作基元与拟人臂关节角的相互映射方法研究。提出人臂动作基元与拟人臂关节角相互映射的通用方法,解决动作基元和关节角快速转换的问题。首先,以库卡iiwa为示例,介绍拟人臂的结构特点并建立其运动学模型。其次,提出人臂动作基元映射到拟人臂关节角的一般方法,实现用动作基元控制拟人臂运动。然后,提出拟人臂关节角映射到动作基元的一般方法,实现用动作基元建模拟人臂运动。最后,开展基于人臂动作基元的拟人臂运动控制和运动建模实验验证所提映射方法。（3）基于人臂动作基元的任务-运动规划方法研究。提出一种基于人臂动作基元的任务-运动规划方法,解决拟人臂自主任务规划和运动规划的问题。首先,建立任务-运动规划方法框架,分为任务层、基元层和关节层。其次,提出一种基于STRIPS语言的自主任务规划方法,建立最小能量消耗指标,实现复杂任务的分割和最优子任务排序。然后,提出基于动作基元选择、排序和量化的运动规划方法,将人臂运动中基元规律转移到规划方法中。最后,开展机器人堆叠方块的实验,验证所提任务-运动规划方法。（4）人臂运动预测方法研究。提出一种新的基于人臂运动模型和机器学习模型的人臂运动预测方法,解决人臂达点运动的时间、终点、运动轨迹预测问题。首先,开展大量的人臂达点运动捕捉实验,建立人臂达点运动数据库。其次,基于运动数据库和最小阶跃模型理论,建立修正的最小阶跃模型实现高精度运动轨迹预测。接着,基于理论分析和实验数据验证,确定运动预测的最佳开始时间。然后,搭建并训练四个高斯过程回归模型,用于预测运动终点及运动总时间。最后,开展仿真验证和人臂-拟人臂位置对接交互实验验证所提运动预测方法。运动预测结果为运动规划提供了可参考的目标位置和运动时间。（5）拟人臂的仿人运动规划方法研究。提出一种基于人臂运动模式的拟人臂仿人运动规划方法,解决人机交互中拟人臂生成高水平仿人运动的问题。首先,研究分运动区域、分运动阶段对人臂动作基元出现概率和基元连接方式的影响。其次,建立人臂运动模式提取算法,提取并分析人臂运动中各运动模式的分布情况。然后,建立新的模式仿人的运动规划方法,设计基于模式识别神经网络的三级仿人运动模式决策器,建立基于Fitts law的运动时间设计器,提出基于反向传播神经网络的关节角求解器。最后,开发仿人运动规划APP和V-Rep实验平台,验证所提拟人臂运动规划方法。