2010
年
9
月
第
17
卷第
5
期
控制工程
Control
Engineering
of
China
Sep.2010
Vo
l. 17 , No. 5
文章编号:
1671-7848 (
2010
) 05
-06
95
-0
5
可视语音中虚拟机器人的运动学分析
杨志晓,韩金池,丁汩
(河南工业大学信息科学与工程学院,河南郑州
45
创肌)
摘
要:针对肢体语言在传递非语言信息的过程中控制的复杂性,利用普通关节型机器
人的运动学研究方法,对可视语音研究中的虚拟机器人进行了运动学分析,并为解决二者之
间的差异引入了权佳运算,从而推导出了虚拟机器人以肢体语言表达非语言信息的运动学方
程。研究该虚拟机器人的运动学方法共分为三大步:第一步,利用
D-H
参数法求出各连杆机
构的
D-H
参数表;第二步,根据参数表建立各个运动系统的运动学方程;第三步,利用权值
选择适当强度级别的运动方程。实验表明,该分析方法在研究虚拟机器人随情感强弱变化而
做出不同肢体反应的可视语音系统时,能够大大简化分析难度,优化控制。该方法不但适用于
虚拟机器人,也同样适用于物理机器人的肢体语言控制,具有很强的实用性。
关键询:虚拟机器人
D-H
参数;齐次交换矩阵;具体化
中图分类号:
TP27
文献标识码
A
Kinematics Analysis of Virtual Robot in Visual Speech
五
4NG
Zhi-xi
α
0
,
HAN Jin-chi , DING Mi
(School
of
Information
Science
a:n
d Engineering,
Henan
University
of
Technology
,
Zhengzhou
45α
)0
1
,
China)
Abstract:
For the complexity of body language
con
tI咀
1
when the nonverbal information is expressed, a kinematics analysis method on
virtual robot is introduced. Weight calculation is utilized to solve the differences between virtual robots for visual speech synthesis and
traditional joint type robots in kinematics analysis method. And the kinematics
e
明
ations
by which the virtual robot expresses the nonver-
bal information is derived. The method is divided into three major steps
, i.
e.ωestablish
a Denavit-Hartenberg
(D-H)
parameter ta-
ble, to establish kinematical
e
甲
mtions
of
these linkage systems , and to choose a proper intensity level equation in those kinematical
e-
quations which
has
different by the weight. Experiment result shows that the proposed method can apparenùy reduce the difficulty
of
ki
晴
nematics analysis and optimize the control in the research of visual speech system which the virtual robot can make deferent motions with
deferent emotions. This method is not only applicable to the virtual robots
, but
a1
so applicable to the physical robots.
It
is expected to
have a strong practicality.
Key
words:
virtual robot; D-H parameter; homogeneous transformation matrix; embodiment
1
~I
士-同
在可视语音研究中,作为信息传递载体,这些
虚拟或物理机器人实际上代表了信息的提供者(虚
拟或物理化身)。因此,机器人除了利用声音传递
信息外,往往还须借助顿挫的语调和形象的肢体动
作,才能有效地表达出信息提供者所要传递的情感
和意图等非语言信息
[1]
所以不能直接用普通关节
型机器人的研究方法去研究虚拟或物理化身,因为
它们各关节的运动除了要遵循一定的运动学约束
外,对同一种情感或意图的表达还有强弱之分,还
需要为同一动作设置不同的强度级别来反映非语言
信息的强弱,这就为研究虚拟或物理化身的运动学
造成一定困难。
本文旨在对三维虚拟机器人的肢体语言进行研
究,利用普通关节型机器人的运动学方程对一特定
肢体动作"鞠躬"进行运动学分析,通过建立一
种加权的运动方程来控制肢体动作的强度,使得同
一动作不同强度的控制更加容易。
2
虚拟机器人结构介绍
本研究的虚拟系统原型采用具有刚性连杆结构
的机器人模型。机器人模型可分为头部、肩部、上
臂、肘关节、前臂、腕关节、手、躯干、髓关节、
大腿、膝关节、小腿、躁关节、脚等主要部分,如
图
1
所示。
收稿日期:
2009
-0
3-27;
收修定稿日期:
2ω9
-0
5-20
基金项目:河南省重点科技攻关计划资助项目
(08210221
∞
96)
;河南省教育厅自然科学研究计划资助项目
(2
∞
8
A5
2
仪刷)
作者简介:杨志晓(1
974-)
,男,河南郑州人,副教授,博士,主要从事信息具体化、人机界商学、特种机器人等方面的教学与科蜒工
作。