专利名称：一种基于仿生机理的机器人头眼协调运动控制方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人仿生领域，具体地说是涉及一种基于人眼生理学和解剖学原理，并结合人类头部运动行为特征的机器人头眼协调运动控制方法。
背景技术：
目前为止，虽有各类智能型头眼协调机器人纷纷面世，但其头眼协调运动控制机能还相对较弱。大多数从立体视觉的观点出发，其控制策略是通过捕捉空间对象的三维位姿得到头眼的期望运动转角，实现头眼的协调运动。例如有文章报道，其题目为=Robothead motion control with an emphasis on realism of neck - eye coordinationduring object tracking (该文作者是Rajruangrabi n J and Popa D 0.发表于 2011 年出版的期刊Journal of Intelligent & Robotic Systems)和文章仿人型机器人的头眼协调运动控制研究(该文作者是顾立忠和苏剑波，发表于2008年出版的期刊机器人)。然而，这类方法的头眼运动控制需要完成从立体视觉空间到三维作业空间极其复杂的坐标变换，并且每次作业前需要完成十分繁琐的头眼校正。也有运用光流法即通过光通量浓淡及距离图像信息计算被注视对象的光通量能量函数等来控制头眼协调运动的。例如有文章报道，其题目为Visual behaviors for real-time control of a binocular active visionsystem (该文作者是J. Batista, P. Peixoto and H. Araiijo,发表于 1997 年出版的期刊Control Engineering Practice)。但是,这种方法极易受到来自环境的干扰,并且光通量能量函数的计算算法十分复杂，很难在动态环境下实时地应用。
发明内容
鉴于以上所述现有技术存在的问题和不足，本发明为解决存在的技术问题提供一种基于仿生机理的机器人头眼协调运动控制方法，该方法基于人眼生理学和解剖学原理，并结合人类头部运动行为特征，来模拟人类的头眼协调运动。为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案
一种基于仿生机理的头眼协调控制方法，其特征在于该方法中头眼的转动角度分别由各自的数学模型控制，眼球转动角度大小由双目眼球运动控制系统模型控制，头颈转动角度大小由头部运动控制系统模型控制，根据偏转角的情况动态调整头眼旋转角大小。具体步骤如下(参照图I头眼协调运动控制流程)
I.头眼协调仿生视觉系统选取目标物的特征点作为注视点，双眼聚焦在注视点上。2.当目标点脱离图像平面中心位置时，头眼协调系统实时检测视线偏转角大小并将其作为比较量输入到视线偏转角比较程序。3.如果水平视线偏转角小于20°或垂直视线偏转角小于10°，则进入眼球平滑追示运动控制系统。4.如果水平视线偏转角大于20°或垂直视线偏转角大于10°，则进入眼球与头部运动控制系统，头部转动角度由头部运动模型控制，眼球转动角度由前庭动眼反射模型控制。之后返回步骤2。以球体作为目标物对上述步骤进行说明。上述步骤I中所述的目标物的特征点选取球体的质心。上述步骤2中所述的目标点选取球体在图像平面上的投影是一个圆，取投影圆的圆心作为目标点。上述步骤2中所述的视线偏转角包括水平视线偏转角与垂直视线偏转角。以水平视线偏转角为例来说明，如图2所示，其中K表示头部水平旋转时的水平视线偏转角，H71表示头部水平旋转时的头位转动角。上述步骤3中所述双目眼球平滑追踪运动控制系统数学模型为
权利要求
1.一种基于仿生机理的机器人头眼协调控制方法，其特征在于机器人头眼的转动角度分别由各自的数学模型控制，眼球转动角度大小由双目眼球运动控制系统模型控制，头颈转动角度大小由头部运动控制系统模型控制，根据偏转角的情况动态调整头眼旋转角大小；具体步骤如下 1)选取目标特征点作为注视点头眼协调仿生视觉系统选取目标物的特征点作为注视点，双眼聚焦在注视点上； 2)检测视线偏转角当目标点脱离图像平面中心位置时，头眼协调系统实时检测视线偏转角大小并将其作为比较量输入到视线偏转角比较程序； 3)水平视线偏转角<20°或垂直视线偏转角<10°:如果水平视线偏转角小于20°或垂直视线偏转角小于10°，则进入眼球平滑追踪运动控制系统； 4)水平视线偏转角>20°或垂直视线偏转角> 10° :如果水平视线偏转角大于20°或垂直视线偏转角大于10°，则进入眼球与头部运动控制系统，头部转动角度由头部运动模型控制，眼球转动角度由前庭动眼反射运动模型控制；之后返回步骤2)。
2.根据权利要求I所述的基于仿生机理的机器人头眼协调控制方法，其特征在于所述第3)步和第4)步中所述的眼球平滑追踪运动和前庭动眼反射运动模型为
3.根据权利要求I所述的基于仿生机理的机器人头眼协调控制方法，其特征在于所述第4)步中所述的头部运动控制模型为
全文摘要
本发明属于机器人仿生技术领域，涉及一种基于仿生机理的机器人头眼协调运动控制方法。该方法中头眼的转动角度分别由各自的数学模型控制，眼球转动角度大小由双目眼球运动控制系统模型控制，头颈转动角度大小由头部运动控制系统模型控制，根据偏转角的情况动态调整头眼旋转角大小。采用本发明可以扩大机器人的视觉范围，大范围的注视或跟踪目标；可以增强人机交互的自然性，例如与机器人谈话过程中的视线接触、感情交流等，为人形机器人头眼协调运动提供参考。
文档编号G05D3/12GK102915044SQ201210411759
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者谢少荣, 李树平, 程军, 李恒宇, 罗均 申请人:上海大学