一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置与方法。总支撑平台中，主支撑板水平面布置，主支撑板上安装有沿周向布置的若干直线推进机构，每个直线推进机构末端固定连接一个弹性杆，单根弹性杆沿周向布置，各个直线推进机构所连接的弹性杆在主支撑板外围沿周向间隔围成一圈，并且在一圈弹性杆外侧面围绕有一根柔带，主支撑板上的一侧设有换向机构，柔带的一端固定于与换向机构相邻的一个弹性杆上，柔带的一端沿周向围绕一圈所有各个弹性杆后连接到换向机构；轮廓修正机构连接到总支撑平台，微调当前轮廓形状；图像采集装置布置于总支撑平台，通过相机采集当前轮廓图像，反馈控制装置变形，并建立轮廓图像和电机参数之间的映射模型。本发明专利技术操作简便，拟合精度高，能满足仿人型机器人行业需求，具有良好的推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置与方法
本专利技术涉及仿人形机器人的
，特别是涉及了一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置与方法。
技术介绍
仿人形机器人主要可以分为模仿人某些技能的机器人以及模仿人体形态的机器人。前者着重于对于人的功能的模仿，如双脚直立行走、利用工具、独立思考判断等；后者以试衣机器人为代表，通过内部机械结构控制机器人外表面形状，以模拟不同体形的人体，可用于代替真人进行服装试穿。模仿人体形态的仿人型机器人的常用设计思路为将人体躯干分成若干功能区块，通过内部机械结构控制各功能区块空间位置，以达到拟合人体形态的目的。不同人体之间的相同功能区块在表面几何结构上不尽相同，但是对于仿人形机器人而言，这些区块往往是刚性或者准刚性的，可位移而不可形变，进而导致明显的拟合结果误差。在计算机图形学中，常使用线框模型来代表人体。通过截取扫描人体的切面环，获取人体特征曲线，结合计算机图形学相关算法，参数化表达三维人体模型。针对上述问题，结合计算机图形学相关知识，本专利技术提出了一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置与方法，为模拟人体形态的仿人形机器人提供了一种可行的基础方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置与方法，为模拟人体形态的仿人形机器人设计提供一种可行的基础方案。本专利技术采用的技术方案为：一、一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置：包括图像采集装置、用于确定截面轮廓初始形状的总支撑平台和用于修正截面轮廓形状的轮廓修正机构，总支撑平台包括若干弹性杆、一块主支撑板、若干直线推进机构和换向机构，主支撑板水平面布置，主支撑板上安装有沿周向布置的若干直线推进机构，每个直线推进机构末端固定连接一个弹性杆，单根弹性杆沿周向布置，各个直线推进机构所连接的弹性杆在主支撑板外围沿周向间隔围成一圈，并且在一圈弹性杆外侧面围绕有一根柔带，主支撑板上的一侧设有换向机构，柔带的一端固定于与换向机构相邻的一个弹性杆上，柔带的一端沿周向围绕一圈所有各个弹性杆后连接到换向机构；图像采集装置布置于总支撑平台，轮廓修正机构连接到总支撑平台。本专利技术以柔带的围绕形状模拟人体任意截面轮廓，柔带的一端固定于与换向机构相邻的一个弹性杆上，柔带另一端向远离换向机构的周向延伸连接到下一个弹性杆，并绕一圈弹性杆后连接到换向机构。所述的直线推进机构均包含套筒、一个联轴器、一个电机基座和一个电机，电机基座固定于主支撑板上，电机通过螺栓固接于电机基座上，联轴器一端连接电机的电机轴，联轴器另一端分别连接套筒的一端，套筒另一端连接弹性杆；所述的换向机构包含换向套筒、一个联轴器、一个电机基座和一个电机，电机基座固定于主支撑板上，电机通过螺栓固接于电机基座上，联轴器一端连接电机的电机轴，联轴器另一端分别连接换向套筒，柔带绕经换向套筒发生换向，使得柔带由原水平延伸方向改变90度改为向下延伸。所述的主支撑板中部开有间隔分为多段的圆环槽，直线推进机构和换向机构的电机基座上均设有凸耳，凸耳通过螺栓螺母固定在主支撑板圆环槽的任意处，使得直线推进机构和换向机构底部可调整安装位置地固定在主支撑板上。所述的柔带覆盖并紧贴于一圈的各个弹性杆外侧面。所述的弹性杆中部铰接连接直线推进机构的末端。所述的轮廓修正机构包括柔带、张力传感器和电机，柔带穿过张力传感器后绕到电机的输出轴上，电机的输出轴水平布置。所述的图像采集装置位于总支撑平台的正上方，包括相机和相机支架，相机固定于相机支架顶部正中间，相机镜头朝正下方的总支撑平台布置。二、一种用于拟合人体任意截面轮廓的方法：采用相机俯采集总支撑平台上柔带的图像，处理获得当前状态下截面轮廓信息，进而控制直线推进机构末端的空间位置以及张力传感器的张力值以调整柔带围绕的形状，通过实验建立轮廓形状和控制参数之间的线性映射模型，实现任意形状轮廓曲线的拟合。所述方法具体如下：1)背景分割：采用相机俯视采集总支撑平台上柔带的图像，相机采集到的图像包含大量背景信息，采用平均背景法剔除背景，保留总支撑平台和轮廓修正机构的部分作为前景，获得前景图像；平均背景法通过计算每个像素点的平均值和标准差作为背景模型，描述每一个像素点的变化情况，通过设定阈值来分割前/背景。2)轮廓提取：从前景图像中提取直线推进机构和弹性杆的外轮廓，连接相邻弹性杆的首末端点，然后提取当前轮廓图像的最外层轮廓作为当前截面轮廓；3)反馈控制：比较当前截面轮廓和目标轮廓的差异，目标轮廓为所需要构建的轮廓，通过控制直线推进机构中电机末端的空间位置和轮廓修正机构中的电机以调整柔带围绕的形状，直至当前截面轮廓的形状最接近与目标轮廓的形状，获得调整后的截面轮廓，并记录直线推进机构中电机的电机参数和张力传感器的张力值；4)统一轮廓数据结构：由于轮廓所包含的像素点的数量在不同的轮廓中各不相同，采用等角度采样的方式对调整后的截面轮廓进行重采样；5)建立线性映射模型：重复上述步骤3)针对不同的目标轮廓进行多次实验数据，建立轮廓重采样点与直线推进机构的电机参数和张力传感器的张力值的两个控制参数之间的线性映射模型；6)任意截面轮廓模拟：输入任意目标轮廓，通过线性映射模型计算直线推进机构的电机参数和张力传感器的张力值的两个控制参数，控制装置变形拟合得到目标截面轮廓。本专利技术通过各控制直线推进机构及换向机构的空间位置，确定目标轮廓截面初始形状，结合图像采集装置和轮廓修正机构修正获取准确的任意轮廓曲线；统一各图像中轮廓曲线的数据结构，并通过实验建立轮廓曲线和直线推进机构电机参数以及张力传感器张力值等控制参数之间的线性映射模型；输入任意目标截面轮廓，结合线性映射模型，计算各直线推进结构电机参数及张力传感器张力值等控制参数，进而控制装置变形拟合得到目标截面轮廓。本专利技术的有益效果是：本专利技术装置与方法，模拟计算机图形学中以线框模型表达三维人体，通过直线推进机构确定任意轮廓曲线初始形状，结合图像采集装置及轮廓修正机构修正曲线，建立轮廓曲线和控制参数之间的映射模型，为模拟人体形态的仿人型机器人设计制作提供了一种可行的基础方案。附图说明图1是本专利技术的整体立体示意图；图2是总支撑平台的立体示意图；图3是主支撑板立体示意图；图4是直线推进机构立体示意图；图5是换向机构立体示意图；图6是轮廓修正机构立体示意图；图7是图像采集装置立体示意图；图8是换向套筒立体示意图；图9是轮廓提取过程示意图；图10是本专利技术拟合效果示意图。图中：1、图像采集装置，2、总支撑平台，3、轮廓修正机构，4、弹性杆，5、主支撑板，6、直线推进机构，7、换向机构，8、套筒，9、联轴器，10、电机基座，11、电机，12、换向套筒，13、柔带，14、张力传感器，15、相机，16、相机支架。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及实施例，对本专利技术做出进一步详细，清楚的描述。如图1所示，本专利技术包括图像采集装置1、用于确定截面轮廓初始形状的总支撑平台2和用于修正截面轮廓形状的轮廓修正机构3，总支撑平台2包括若干弹性杆4、一块主支撑板5、若干直线推进机构6和换向机构7，主支撑板5水平面布置，主支撑板5上安装有沿周向布置的若干直线推进机构6，每个直线推进机构6沿主支撑板5径向布置，每个直线推进机构6末端固定连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置，其特征在于：包括图像采集装置(1)、用于确定截面轮廓初始形状的总支撑平台(2)和用于修正截面轮廓形状的轮廓修正机构(3)，总支撑平台(2)包括若干弹性杆(4)、一块主支撑板(5)、若干直线推进机构(6)和换向机构(7)，主支撑板(5)水平面布置，主支撑板(5)上安装有沿周向布置的若干直线推进机构(6)，每个直线推进机构(6)末端固定连接一个弹性杆(4)，单根弹性杆(4)沿周向布置，各个直线推进机构(6)所连接的弹性杆(4)在主支撑板(5)外围沿周向间隔围成一圈，并且在一圈弹性杆(4)外侧面围绕有一根柔带(13)，主支撑板(5)上的一侧设有换向机构(7)，柔带(13)的一端固定于与换向机构(7)相邻的一个弹性杆(4)上，柔带(13)的一端沿周向围绕一圈所有各个弹性杆(4)后连接到换向机构(7)；图像采集装置(1)布置于总支撑平台(2)，轮廓修正机构(3)连接到总支撑平台(2)。

【技术特征摘要】
1.一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置，其特征在于：包括图像采集装置(1)、用于确定截面轮廓初始形状的总支撑平台(2)和用于修正截面轮廓形状的轮廓修正机构(3)，总支撑平台(2)包括若干弹性杆(4)、一块主支撑板(5)、若干直线推进机构(6)和换向机构(7)，主支撑板(5)水平面布置，主支撑板(5)上安装有沿周向布置的若干直线推进机构(6)，每个直线推进机构(6)末端固定连接一个弹性杆(4)，单根弹性杆(4)沿周向布置，各个直线推进机构(6)所连接的弹性杆(4)在主支撑板(5)外围沿周向间隔围成一圈，并且在一圈弹性杆(4)外侧面围绕有一根柔带(13)，主支撑板(5)上的一侧设有换向机构(7)，柔带(13)的一端固定于与换向机构(7)相邻的一个弹性杆(4)上，柔带(13)的一端沿周向围绕一圈所有各个弹性杆(4)后连接到换向机构(7)；图像采集装置(1)布置于总支撑平台(2)，轮廓修正机构(3)连接到总支撑平台(2)。2.根据权利要求1所述的一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置，其特征在于：所述的直线推进机构(6)均包含套筒(8)、一个联轴器(9)、一个电机基座(10)和一个电机(11)，电机基座(10)固定于主支撑板(5)上，电机(11)通过螺栓固接于电机基座(10)上，联轴器(9)一端连接电机(11)的电机轴，联轴器(9)另一端分别连接套筒(8)的一端，套筒(8)另一端连接弹性杆(4)；所述的换向机构(7)包含换向套筒(12)、一个联轴器(9)、一个电机基座(10)和一个电机(11)，电机基座(10)固定于主支撑板(5)上，电机(11)通过螺栓固接于电机基座(10)上，联轴器(9)一端连接电机(11)的电机轴，联轴器(9)另一端分别连接换向套筒(12)，柔带(13)绕经换向套筒(12)发生换向，使得柔带(13)由原水平延伸方向改变90度改为向下延伸。3.根据权利要求2所述的一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置，其特征在于：所述的主支撑板(5)中部开有间隔分为多段的圆环槽，直线推进机构(6)和换向机构(7)的电机基座(10)上均设有凸耳，凸耳通过螺栓螺母固定在主支撑板(5)圆环槽的任意处，使得直线推进机构(6)和换向机构(7)底部可调整安装位置地固定在主支撑板(5)上。4.根据权利要求1所述的一种用于拟合人体任意截面轮廓的装置，其特征在于：所述的柔带(13)覆盖并紧贴于一圈的各个弹性杆(4)外侧面。5.根据权利要求1所述的一种用于拟合人体任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：李基拓，许豪灿，翁佳伟，周成狄，陆国栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33