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人类动作模仿的神经机制研究进展

体育学刊 2007年第8期14卷 47-50页

作者：陈建敏金花广东省黄村体育训练基地科研室广东广州510633 华南师范大学心理应用研究中心广东广州510631

模仿是人类运动行为中的一个重要部分。近年来,受猴镜像神经元发现的激励,借助现代功能成像技术的无创性和高空间分辨率,动作模仿的神经机制成为全球范围的跨学科研究焦点。从动作模仿的神经基础、各功能脑区在模仿中的作用及可能的影... 详细信息

模仿是人类运动行为中的一个重要部分。近年来,受猴镜像神经元发现的激励,借助现代功能成像技术的无创性和高空间分辨率,动作模仿的神经机制成为全球范围的跨学科研究焦点。从动作模仿的神经基础、各功能脑区在模仿中的作用及可能的影响因素3方面对这一领域的研究进行了综述。

关键词：动作模仿神经机制人类综述

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仿人机器人手臂动作模仿系统的研究与实现

机械设计与制造 2022年第2期372卷 300-304页

作者：刘世平胡竹程力付艳华中科技大学机械科学与工程学院湖北武汉430074

为实现最直观的人机交互方式,与仿人机器人的动作模仿,建立了仿人机器人系统。利用Kinect体感摄像机的骨骼追踪技术,采集示教者的重要关节骨骼点三维空间坐标,对采集到的数据进行霍尔特指数平滑滤波处理。基于骨骼数据建立机器人手臂重... 详细信息

为实现最直观的人机交互方式,与仿人机器人的动作模仿,建立了仿人机器人系统。利用Kinect体感摄像机的骨骼追踪技术,采集示教者的重要关节骨骼点三维空间坐标,对采集到的数据进行霍尔特指数平滑滤波处理。基于骨骼数据建立机器人手臂重要关节的数学模型,将骨骼数据转换成相应伺服电机控制信息。并发送到仿人机器人主控制器驱动各关节伺服电机转动,实现动作模仿。实验结果表明,所述建模方法适用于仿人机器人手臂动作模仿系统,能够实现实时动作模仿,且运动平滑无抖动,动作模仿效果较好。

关键词：人机交互 Kinect 人体骨骼信息动作模仿机械臂

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基于深度学习进行动作模仿的舞蹈机器人

厦门大学学报（自然科学版） 2019年第5期58卷 759-766页

作者：杨锦隆施明辉晁飞周昌乐厦门大学信息科学与技术学院福建省类脑计算技术及应用重点实验室

为了增强智能机器人的人机交互性,探索了人类对图像的认知理解过程在机器人上的实现方案.以舞蹈机器人作为研究对象,将舞蹈的视频信息作为输入,利用深度学习方法对视频中的人体姿态进行估计,得出人体的关键点位置坐标;再利用机器人逆... 详细信息

为了增强智能机器人的人机交互性,探索了人类对图像的认知理解过程在机器人上的实现方案.以舞蹈机器人作为研究对象,将舞蹈的视频信息作为输入,利用深度学习方法对视频中的人体姿态进行估计,得出人体的关键点位置坐标;再利用机器人逆运动学计算求解得到机器人各关节角度值,调整下半身关节角度值来保持机器人的平衡.最终在优必选Alphaebot人形机器人上进行了实验.结果表明该系统可通过分析RGB图像对画面中的动作进行模仿,提高了机器人舞蹈的灵活性与交互性.

关键词：人体姿态估计动作模仿机器人舞蹈人机交互

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六轴机械臂对人手臂动作模仿的研究

六轴机械臂对人手臂动作模仿的研究

作者：余乐华侨大学

学位级别：硕士

智能工厂是智能制造的精髓,对于智能工厂的实现,工业机器人无疑是最好的助手。在过去的几十年中,随着工业现场的个性化和定制要求的多样化,传统工业机器人正面临着新的挑战,他们体型庞大,只能在一些结构化的环境中工作,很容易对工人人... 详细信息

智能工厂是智能制造的精髓,对于智能工厂的实现,工业机器人无疑是最好的助手。在过去的几十年中,随着工业现场的个性化和定制要求的多样化,传统工业机器人正面临着新的挑战,他们体型庞大,只能在一些结构化的环境中工作,很容易对工人人身造成威胁,而且需要根据不同任务重新进行繁琐的编程。因此,在这个大规模定制及智能时代,需要通过拟人化运动来改善互动,使得工业机器人掌握感知能力、学习能力以及与人协作能力等多种新技能。为了实现这一目标,本文研究一种人体手臂多关节建模及分析方法,利用工业机械臂模仿人手臂动作,实现对人手臂示教动作的复现,从而使机械臂能按照人臂示教动作到达指定位置,以此作为机械臂末端进行精细操作的基础。与传统工业机器人工作方式相比,本文方法不需要针对不同的任务重新编写程序,大大降低开发周期和难度,使得机械臂具有模仿学习能力、人机协作能力,为机械臂在更多领域灵活、便捷地使用奠定基础。本文主要研究内容如下:通过对运动捕捉系统、机械臂系统等的分析研究,搭建了运动捕捉系统结合六轴机械臂的动作模仿平台;在进行人手臂动作模仿研究之前,先对机械臂运动学求解进行初探,使用D-H坐标系建立机械臂运动学参数,运用代数解法求解机械臂运动学方程,并在此基础上进行仿真实验验证,进而结合运动捕捉系统,建立运动捕捉系统下人臂末端运动与机械臂末端执行器运动的映射关系,通过仿真实验证明运动捕捉系统与机械臂结合的可行性以及机械臂模拟人手臂末端运动轨迹的正确性;最后在前面已研究的基础上,为弥补模拟过程只能实现位置模拟的不足,分析人手臂与六轴机械臂结构的共同点和不同点,建立机械臂与人手臂的映射关系模型,通过模型求解机械臂与人手臂对应关节的6个关节角度,通过数据通信实时控制机械臂,实现机械臂对人臂示教动作的模仿。综上,本文通过理论分析和实践,完成模仿平台的搭建和系统的开发,并实现了人臂末端运动轨迹模拟和人臂示教动作的模仿,达到了课题研究的预期目标。

关键词：六轴机械臂运动捕捉人体手臂轨迹模拟动作模仿

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采用图像进行动作模仿的机器人舞蹈系统

采用图像进行动作模仿的机器人舞蹈系统

作者：杨锦隆厦门大学

学位级别：硕士

在智能机器人领域,机器人舞蹈由于其观赏性、趣味性以及与人的交互性,一直以来都有许多相关研究。目前的实现途径,通常是针对特定的动作序列预先编写好动作指令,或根据音乐与节奏等特征自动生成一段动作。如果能让机器人通过观看人类跳... 详细信息

在智能机器人领域,机器人舞蹈由于其观赏性、趣味性以及与人的交互性,一直以来都有许多相关研究。目前的实现途径,通常是针对特定的动作序列预先编写好动作指令,或根据音乐与节奏等特征自动生成一段动作。如果能让机器人通过观看人类跳舞,便能够跳出相似的舞蹈动作,那么就使机器人具有了模仿人的动作的能力,免除了预置动作指令的过程,增强了与人的交互性。而如何得到演示者的姿态信息就成为了关键。另一方面,深度学习在对RGB图像中的人体姿态估计与行为识别方面取得了突破性成果。这使得直接通过RGB图像分析出人体关键点位置成为可能,从而摆脱对专业人体捕捉设备的依赖。本论文构建了一个利用深度学习方法进行人体姿态估计,以动作模仿作为实现方式的机器人舞蹈系统。文中采用基于深度学习的方法来进行人体关键点检测,对舞蹈画面进行分析后,得出演示者各关键点的位置坐标。通过机器人逆运动学求解得到机器人各关节角度值,再调整下半身关节角度值来保持机器人的平衡。最终在优必选alpha ebot人形机器人上进行了实验。实验表明该系统可通过分析RGB图像,来获得演示者各关键点的二维和三维坐标,达到动作捕捉的目的。并可以将得到的姿态信息转换成机器人的动作指令,来使机器人对演示者的动作进行模仿,提高了机器人舞蹈的灵活性与交互性。在未来的工作中,还需要提高人体关键点识别的准确度,并选用自由度更大的人形机器人,从而更加精准的模仿人类舞蹈动作。

关键词：人体姿态估计动作模仿机器人舞蹈人机交互

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自闭症儿童动作模仿特征研究

自闭症儿童动作模仿特征研究

作者：庾晓萌华东师范大学

学位级别：硕士

在儿童成长过程中,模仿作为习得其他高阶技能的一项有效引导工具,重要性不容小觑。诸多来自行为观察和脑神经成像等不同领域的研究结果共同显示,自闭症儿童与正常儿童在一系列的动作模仿中表现出显著差异,模仿能力的缺失是自闭症儿童的... 详细信息

在儿童成长过程中,模仿作为习得其他高阶技能的一项有效引导工具,重要性不容小觑。诸多来自行为观察和脑神经成像等不同领域的研究结果共同显示,自闭症儿童与正常儿童在一系列的动作模仿中表现出显著差异,模仿能力的缺失是自闭症儿童的主要缺陷之一,模仿问题也是目前自闭症研究中的一个重要方向。本研究立足于自闭症儿童动作模仿的相关理论,旨在通过量化研究的方式,考查自闭症儿童的动作模仿情况,分析其动作模仿特征,为自闭症儿童教育康复训练提出针对性建议。本研究共分为行为特征研究、影响因素研究和相关关系研究三大部分,共包含三个两因素混合设计实验和一个相关分析。自闭症儿童动作模仿行为特征研究：通过行为观察实验对自闭症儿童动作模仿行为特征展开研究(实验一),比较分析重度自闭倾向儿童、轻中度自闭倾向儿童与正常儿童之间的动作模仿差异。实验结果表明：重度自闭倾向儿童在五类动作模仿任务中的表现均与轻中度自闭倾向儿童及正常儿童存在显著差异,表现出落后于轻中度自闭倾向儿童及正常儿童的倾向：轻中度自闭倾向儿童在有意义手势模仿任务中与正常儿童存在显著差异。重度自闭倾向儿童有意义手势模仿显著落后于其他四类动作模仿,无意义手势模仿显著落后于口部动作、粗大动作及驭物动作模仿,口部动作、粗大动作及驭物动作模仿之间无显著差异;轻中度自闭倾向儿童有意义手势模仿显著落后于其他四类动作模仿,其余动作模仿之间无显著差异;正常儿童在所有动作模仿类型中均未表现出显著差异。自闭症儿童动作模仿能力的影响因素研究：通过分析动作内化与意图理解能力对自闭症儿童动作模仿的影响(实验二),以及有声或无声启动模式对自闭症儿童动作模仿的影响(实验三),从潜在影响因素方面对自闭症儿童的模仿特征进行进一步讨论。实验结果表明：动作内化与意图理解能力、动作任务启动模式对自闭症儿童模仿能力造成了显著影响。动作模仿与语言能力相关关系研究：分析三组被试在五项动作模仿任务与其八项语言能力测试之间的得分相关性。相关分析结果表明：不同障碍程度的自闭症儿童动作模仿能力与语言能力在多个领域均存在不同程度的相关,正常儿童动作模仿与语言的相关关系主要体现在仿说领域,说明动作模仿作与语言发展关系密切,动作模仿在促进语言发展中可能存在重要作用。本研究基于以上各项实验结果,结合中外相关研究基础,提出了自闭症儿童动作模仿能力的针对性干预训练建议与策略,并据此拟定通过“阶梯化教学方案”和“最少受限支持系统”和“视听双通道刺激原则”来提升自闭症儿童动作模仿能力的训练思路。

关键词：自闭症动作模仿镜像神经元动作类型动作模仿与语言

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节拍对自闭症儿童动作模仿的影响研究

节拍对自闭症儿童动作模仿的影响研究

作者：郝昱华东师范大学

学位级别：硕士

动作模仿是在观察新异行为的基础上,自发地做出与示范者身体运动特征一致动作的行为。近年来,自闭症儿童的动作模仿缺陷已被广泛证明影响其社会行为的建立、认知技能以及适应社会生活能力的发展。随着自闭症康复多元化态势的发展,音乐... 详细信息

动作模仿是在观察新异行为的基础上,自发地做出与示范者身体运动特征一致动作的行为。近年来,自闭症儿童的动作模仿缺陷已被广泛证明影响其社会行为的建立、认知技能以及适应社会生活能力的发展。随着自闭症康复多元化态势的发展,音乐治疗及其节奏训练对自闭症康复的应用成为教育康复临床工作中的重要课题,其中有关节拍与动作模仿的研究较少。本文拟对节拍类型、节拍启动模式对动作模仿的影响进行研究。本研究主要内容和结果包括以下部分:1.节拍类型对自闭症儿童动作模仿的影响研究通过3(节拍类型:无节拍、2/4拍、4/4拍)*3(动作类型:一步、两步、三步)重复测量的实验考察节拍类型和动作类型对16名自闭症儿童动作模仿成绩的影响。研究发现节拍类型主效应显著,动作类型主效应显著,且两者交互作用。简单效应分析发现,一步模仿中各节拍类型差异均不显著。两步动作模仿中,仅无节拍和四二拍差异显著。三步动作模仿中,3组节拍类型两两之间均有显著差异。2.节拍启动模式对自闭症儿童动作模仿的影响研究通过2(节拍启动模式:强拍启动模式、弱拍启动模式)*2(动作类型:两步、三步)重复测量的实验考察节拍启动模式对16名自闭症儿童的两步动作和三步动作模仿成绩的影响。研究发现节拍启动模式主效应显著,强拍模式下的动作模仿能力极显著优于弱拍模式下的动作模仿能力。且不论强拍启动模式还是弱拍启动模式,自闭症儿童两步动作模仿能力均优于三步动作模仿能力。3.节拍对自闭症儿童延迟动作模仿的影响研究通过2(节拍条件:有节拍、无节拍)*2(时间间隔:3秒、18秒)重复测量的实验考察有无节拍及时间间隔条件下对16名自闭症儿童延迟动作模仿成绩的影响。研究发现节拍条件主效应显著,自闭症儿童的有节拍下延迟动作模仿能力均显著优于无节拍下延迟动作模仿能力。且从均值图中可以看出,有节拍延迟动作模仿比无节拍延迟动作模仿的记忆能力下降更慢。综合以上研究结果,本文通过行为观察实验创新性地探讨了有无节拍、节拍类型及节拍启动模式对自闭症儿童不同类型动作模仿的影响,并以此为依据给学龄期轻中度自闭症儿童在临床康复过程中如何更好地利用节拍进行干预训练提供了针对性的建议。动作模仿是儿童语言及社交能力发展的基础技能,未来仍需要继续探索节拍与动作模仿及言语语言发展的关系。

关键词：自闭症动作模仿节拍类型节拍启动模式延迟动作模仿

基于Kinect的类人机器人动作模仿关键问题研究

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基于Kinect的类人机器人动作模仿关键问题研究

作者：朱鹤燕山大学

学位级别：硕士

随着智能机器人技术的不断发展,逐渐激发了人们对交互体验的更高要求。基于体感的人机交互在提高智能性以及舒适性等方面都具有重要价值,而机器的人动作模仿则是该领域的研究重点之一。本文以法国Aldebaran Robotics公司的NAO5机器人作... 详细信息

随着智能机器人技术的不断发展,逐渐激发了人们对交互体验的更高要求。基于体感的人机交互在提高智能性以及舒适性等方面都具有重要价值,而机器的人动作模仿则是该领域的研究重点之一。本文以法国Aldebaran Robotics公司的NAO5机器人作为实验平台,以KinectV2深度相机作为体感采集设备,设计模仿交互系统。并针对模仿过程中数据采集优化、肢体动作映射以及手部动作识别控制等问题进行了深入研究,研究内容包括如下四个部分:首先,通过Kinect传感器获取人体深度图像与骨骼数据,记录人体关节位置数据,通过坐标空间转换发送给NAO机器人,完成人机交互下的初级动作模仿。其次,针对模仿过程中采集数据时出现的抖动和跟踪误差问题,提出改进的非线性约束卡尔曼滤波方法。该算法将非线性骨长度约束纳入有效的滤波跟踪方法中,并通过求解带等式约束的极大似然估计方法,解决参数在求解过程中的稳定收敛问题。实验证明,估计状态的均方误差由6.06dB下降到了5.77dB,对骨长度变化标准偏差的性能评估由23.1%上升到94.31%,算法有效提高了数据的平滑性和抗干扰性,再次,在手臂模仿基础上对模仿动作算法进行优化。针对NAO机器人物理结构的限制,采用基于牛顿迭代法的逆运动学算法,通过目标位置与正运动学求出的当前位置之间的差值比较,在运动学、动力学及关节阈值等条件的约束下,迭代实现差值最小化,以此时的关节角度作为机器人的最终映射角度,保证系统能够在满足运动相似性的基础上兼顾自身的物理限制。通过对典型动作姿势的模仿进行实验评估,验证优化算法的有效性。最后,针对实时模仿过程中手部动作因空间位姿限制引起的采集效果不佳的问题,通过提取采集图像的梯度方向直方图,利用支持向量机训练分类模型,识别不同位置上手部动作变化。实验证明,离线测试的结果为92%,实时在线测试也显示较高的识别速度和准确率。

关键词： NAO机器人 KinectV2 动作模仿运动学分析动作识别

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动作模仿与协调性相关关系

当代体育科技 2020年第32期10卷 25-30,33页

作者：惠敏强华东师范大学体育与健康学院上海200241

模仿有助于新运动模式的建立,在运动学习和再学习过程中意义重大。模仿是先通过直观的观察体育动作示范,然后进行学习模仿,最后达到与教学动作的一致性。当一个学生相比其他学生能够更容易模仿学习一组体育动作时,常认为这个学生身体非... 详细信息

模仿有助于新运动模式的建立,在运动学习和再学习过程中意义重大。模仿是先通过直观的观察体育动作示范,然后进行学习模仿,最后达到与教学动作的一致性。当一个学生相比其他学生能够更容易模仿学习一组体育动作时,常认为这个学生身体非常协调。而协调性是身体素质之一,又与其它素质有着较大的差别,协调性与其它身体素质相比包含着更复杂的运动任务,甚至与脑认知存在密切的关系。该文选取了55人进行实验,其中男22人、女33人。通过伊利诺伊来测试人的动作协调能力,通过在电脑屏幕上以图片的形式呈现手部动作让人模仿,测试人模仿动作的速度和正确率,然后利用动作协调性测试数据与模仿速度和正确率作相关分析。结果表明,伊利诺伊与人模仿的正确率存在相关,也就是说,协调性的好坏会影响一个人动作的模仿。

关键词：动作模仿协调性运动学习镜像神经元