基于人體特征點(diǎn)的仿人形柔性機(jī)器人三維重構(gòu)與變形

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1、學(xué)校代碼：10255學(xué)號：2111099基于人體特征點(diǎn)的仿人形柔性機(jī)器人三維重構(gòu)與變形Theconstructionanddeformationof3Dmodelingfortheflexiblehumanoidmulti．．a(chǎn)irbagrobotbasedonhumanrootbasedOnIIUman●●charaCteristics學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)：模式識別與智能控制姓名：奚雪蕾導(dǎo)師：郝礦榮教授2014年1月東華大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：我恪守學(xué)術(shù)道德，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)。所呈交

2、的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已明確注明和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品及成果的內(nèi)容。論文為本人親自撰寫，我對所寫的內(nèi)容負(fù)責(zé)，并完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：窶雷裔日期：2D鮮年／月羅日東華大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)東華大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入

3、有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口，在年解密后適用本版權(quán)書。本學(xué)位論文屬于不保密口。學(xué)位論文作者簽名：關(guān)雪J蕩指導(dǎo)教師簽名：日期：2口—

4、年1月羅Et日期：2D／鏟年／月尹El摘要仿人形多氣囊柔性機(jī)器人是虛擬交互領(lǐng)域內(nèi)的新課題，本文主要工作是對三維掃描儀獲得的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并構(gòu)建氣囊機(jī)器人模型，同時實(shí)現(xiàn)面向不同體型用戶的氣囊機(jī)器人變形。其中涉及的技術(shù)有：三維點(diǎn)云預(yù)處理技術(shù)、氣囊機(jī)器人曲面重構(gòu)技術(shù)、針對不同體型的氣囊機(jī)器人形變技術(shù)。氣囊機(jī)器人建模

5、與人體建模不同，在建立氣囊機(jī)器人之前，必須先確定合適的氣囊分布?，F(xiàn)有的虛擬人體建模與變形技術(shù)不能直接用于氣囊機(jī)器人建模與變形，因此本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)創(chuàng)建基于二維元球的自適應(yīng)弧分割算法，并將該新算法運(yùn)用到多氣囊柔性機(jī)器人氣囊分布設(shè)計(jì)與參數(shù)曲面模型構(gòu)建上。(2)創(chuàng)新地提出通過控制截面環(huán)曲線填充橢圓的軸長參數(shù)，驅(qū)動截面環(huán)變形的氣囊機(jī)器人形變方式。本文首先對點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照人體特征進(jìn)行區(qū)域劃分，并結(jié)合MATLAB對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：用三角形填充法進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)漏、用層次包圍球法進(jìn)行數(shù)據(jù)精簡、用平

6、面擬合法估算點(diǎn)云表面法向量。本文提出自適應(yīng)弧分割算法，作為氣囊機(jī)器人建模的理論基礎(chǔ)。首先，將元球法應(yīng)用于二維輪廓線的逼近，根據(jù)氣囊形變特性構(gòu)建橢圓勢函數(shù)和能量方程。然后，提出一種遞進(jìn)分裂的自動圓擬合算法；并提出3點(diǎn)規(guī)則改善自動圓擬合算法的曲線擬合效果；最后，完成準(zhǔn)自動橢圓擬合算法，實(shí)現(xiàn)封閉曲線的橢圓填充和自適應(yīng)圓弧劃分。在自適應(yīng)弧分割算法的理論基礎(chǔ)上進(jìn)行氣囊分布設(shè)計(jì)，并構(gòu)建氣囊機(jī)器人參數(shù)曲面模型。首先，從經(jīng)過預(yù)處理的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)中選取人體特征截面環(huán)數(shù)據(jù)，并對相鄰環(huán)上的分段圓弧進(jìn)行映射，確定氣囊位置并構(gòu)

7、建單線性參數(shù)曲面。然后拼接曲面片獲得機(jī)器人模型。最后，本文提出一種由填充橢圓驅(qū)動的截面環(huán)形變方法。用準(zhǔn)自動橢圓擬合算法擬合人體截面環(huán)曲線，獲得截面環(huán)填充橢圓的各項(xiàng)參數(shù)。固定填充橢圓的圓心位置和旋轉(zhuǎn)角度，改變填充橢圓的軸長驅(qū)使截面環(huán)變形。用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對樣本截面環(huán)進(jìn)行學(xué)習(xí)，輸入截面環(huán)采樣點(diǎn)的極長，輸出填充橢圓的軸長。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)獲得填充橢圓軸長與截面環(huán)形狀的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)面向不同體型的氣囊機(jī)器人變形。關(guān)鍵字：氣囊機(jī)器人三維人體建模三維人體形變元球點(diǎn)云截面環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)2AbstractThestudyoff

8、lexiblehumanoidmulti-airbagrobotisanewresearchtopic．Thecontentofthisresearchistoconstructadeformablemulti—airbagrobotmodelbasedonthedatacollectedbythe3Dscanner．Techniquesincludedinthisresearchare．"3Dpointclouddatapretreatment，constructionanddeformationo

9、fmulti—airbagrobot．ExistingIhumanmodelinganddeformationtechniquesCallnotbedirectlyusedformulti·airbagrobotmodeling．Theairbagsdistributionmustbedecidedbeforerobotmodeling，whichisdifferentfromhumanmodeling．Thecontentandinnovationof