基于体感的NAO机器人展示系统研究与开发

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机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一,代表了当今社会最先进的智能控制技术。仿人机器人作为系统结构最复杂、集成度最高、与人类最为相似的一类机器人,代表了最先进的机器人技术的发展方向,对仿人机器人技术的研究有助于推动机器人技术的发展。近年来,体态感知作为一种新的人机交互方式,已经越来越多的被应用在日常生活之中。将体态感知与机器人技术相结合成为研究的热点,因此,开展基于体态感知的机器人展示系统研究具有很强的现实意义与应用价值。本文将体态感知技术与机器人技术相结合,进行了基于体态信息的机器人展示系统研究与设计。首先,利用微软开发的体态感知设备Kinect,获取进入到目标区域的人物的体态信息。依据采集到的信息在对机器人的关节变量进行计算的过程中,为了提高实时性,避免运算中出现多解、无解的情况,对传统的机器人逆运算求解方法进行了简化,实现了机器人NAO对人动作的模仿。然后,为了得到更加准确的NAO机器人姿态信息,本文采用Kalman滤波的方法,对陀螺仪和加速度计获得的机器人姿态信息进行融合,将此信息应用于NAO机器人姿态的闭环控制中。在深入分析几种仿人机器人稳定性判据与控制策略的基础上,本文采用ZMP理论对机器人的稳定性进行控制,实验证明,机器人在下肢运动的过程中能够保持稳定性,具有更加稳定的姿态。最后,结合体态感知设备与NAO机器人,应用本文研究的方法,设计并实现了基于Kinect的NAO机器人展示系统、NAO机器人智能交互展示系统、NAO机器人爬楼梯与NAO机器人舞蹈展示系统。
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