基于Kinect的Nao机器人动作模仿系统的研究与实现-智能系统学报.PDF

第 １１卷第２期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 智　 能　 系　 统　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．１１№．２ ２０１６年４月　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ａｐｒ． ２０１６ ＤＯＩ：１０．１１９９２／ ｔｉｓ．２０１５１１０２０ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ／ ２３．１５３８．ＴＰ１４３２．００６．ｈｔｍｌ 基于Ｋｉｎｅｃｔ 的Ｎａｏ机器人动作 模仿系统的研究与实现 于建均，门玉森，阮晓钢，赵少琼 （北京工业大学 电子信息与控制工程学院，北京 １００１２４） 摘　 要：为避开复杂繁琐的底层运动控制，使机器人能够通过学习实现运动技能的获取，有效提高其智能性，将体态 感知技术与仿人机器人Ｎａｏ相结合，以机器人的模仿学习框架为指导，开发并实现了基于Ｋｉｎｅｃｔ 的Ｎａｏ机器人动作 模仿系统。 利用Ｋｉｎｅｃｔ体感摄像机的骨骼跟踪技术，采集示教者骨骼点信息，经预处理后得到示教数据，通过高斯 混合模型（ＧＭＭ）对示教数据进行表征学习，经高斯混合回归（ＧＭＲ）泛化处理后，映射到Ｎａｏ机器人中，实现动作的 模仿。 实验结果表明，Ｎａｏ机器人能够进行实时和离线的动作模仿，运动轨迹平滑而稳定，动作模仿的效果较好。 关键词：模仿学习；机器人控制；体态感知；概率模型；高斯混合模型；高斯混合回归 中图分类号：ＴＰ２４２．６　 文献标志码：Ａ　 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１６）０２⁃０１８０⁃０８ 中文引用格式：于建均，门玉森，阮晓钢，等． 基于Ｋｉｎｅｃｔ 的Ｎａｏ 机器人动作模仿系统的研究与实现［Ｊ］． 智能系统学报，２０１６，１１ （２）：１８０⁃１１８７． 英文引用格式：ＹＵＪｉａｎｊｕｎ，ＭＥＮＹｕｓｅｎ，ＲＵＡＮＸｉａｏｇａｎｇ，ｅｔａｌ． Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｂｅｈａｖｉｏｒｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａ⁃ ｂｏｕｔ Ｎａｏ ｒｏｂｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋｉｎｅｃｔ［Ｊ］． ＣＡＡＩ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１６，１１（２）：１８０⁃１８７． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｂｏｕｔ Ｎａｏ ｒｏｂｏｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋｉｎｅｃｔ ＹＵＪｉａｎｊｕｎ，ＭＥＮ Ｙｕｓｅｎ，ＲＵＡＮ Ｘｉａｏｇａｎｇ，ＺＨＡＯ Ｓｈａｏｑｉｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ， ｍａｋｅ ｔｈｅ ｒｏｂｏｔ ｒｅａｌｉｚｅ ｍｏｔｏｒ ｓｋｉｌｌｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｌｅａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｉｔｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ｓｏｍａｔｏｓｅｎｓｏｒｙ ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎｗｉｔｈ ｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔ Ｎａｏ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｏ⁃ ｃｕｓｅｓ ｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ｉｍｉｔａｔｉｏｎｌｅａｒｎｉｎｇ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒ ｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓＮａｏｒｏｂｏｔ ＇ｓｍｏｔｉｏｎｉｍｉｔａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｋｉｎｅｃｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆ ｉｍｉｔａｔｉｏｎｌｅａｒｎｉｎｇ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆｔｈｅｓｋｅｌｅｔｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｔｅｃｈ⁃ ｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｏｔｉｏｎ⁃ｓｅｎｓｉｎｇ ｃａｍｅｒａ，ｔｈｅ ｂｏｎｅ ｐｏｉｎｔ ｉｎｆｏ