西电星火杯特等奖—人体动作跟踪模仿机器人

项目名称：人体动作跟踪模仿机器人

项目简介：本项目基于Kinect SDK在Windows操作系统下获取人体的骨骼图像，经过滤波降噪处理得到稳定的人体骨骼数据，并将骨骼追踪算法应用于人体姿态动态跟踪，经分析、处理，控制人形机器人实时模仿人体动作，实现一种实时的智能控制模式。如同将人脑植入到机器人中，让机器人能够像人一样适应和面对不可预知的挑战，可广泛应用于在线动作示教，或是代替人在不良的环境下作业。

团队核心成员所在院系：电子工程学院

提起机器人，我们都不会陌生，“终结者”、“擎天柱”、 “深蓝”等都是我们耳熟能详的。上个世纪60年代，随着微电子学和计算机技术的迅速发展以及自动化技术的趋渐成熟，机器人被科技人员研发出来。现如今，机器人被广泛运用到工业制造行业当中，能够高强度、持久地在各种生产环境中从事单标调重复甚至于危险的劳动，使人类从繁重的体力劳动中解放出来。

2015年12月13日，第十七届星火杯公开答辩的现场，一个灵气十足的机器人跟随人做出了同样的动作，它吸引了现场所有人的眼球，同时也获得了在座评委的肯定。凭借扎实的技术功底以及创新的思维，范越带领的团队在“第二十七届星火杯”大赛中获得校级特等奖。

追求卓越 圆梦星火

范越在第二十六届星火杯比赛中已经取得了校一等的好成绩，同时在其他各种各样的更高级别的比赛中也已经锋芒毕露，为什么还要再次参加星火杯呢？“尽管之前已经参加过两次星火杯，取得的成绩也一次比一次好，但是依旧觉得自己的星火杯之路还不够圆满。”范越这样说到。

大二下学期，邓军老师向范越提出建议，利用实验室在做毕业设计时买入的未使用的设备开发出一个迎宾机器人。这一建议与范越之前的想再次参加星火杯的想法不谋而合，就这样他开始着手准备参加第三次星火杯比赛。

同时，范越找到了曾经合作过多次的王浩然。尽管当时王浩然在闪电孵化器还担任了一部分工作，但还是毅然决定和范越一起备战星火杯。从准备到参赛，差不多大半年的时间，他们追求卓越的心，让他们可以一直坚持着。也许正是因为当初的执着造就了他们今日的星火杯比赛中的卓越。

执着梦想 痴迷科技

项目的完成不可能一蹴而就，从开始的idea到设计、组装、算法，再到一次一次的调试逐步实现系统的架构，项目的完成是一个漫长的过程。范越带领自己的团队克服种种困难，在目标和信念的支持下完成了人体动作跟踪模仿机器人的开发。

他们首先利用Kinect设备获取人体姿态的原始骨骼图像，即在给定三维直角坐标系中每个关节点的x，y，z坐标，并将数据传送至上位机。随后，计算机通过滤波得到稳定的骨骼数据，将由骨骼点的三维坐标进行向量运算，计算出骨骼之间，即关节的转动角，并将角度按照一定格式传至机器人身上的控制器。最后，通过控制器处理并译码，从而控制舵机工作，使得各个舵机运动至指定角度，进而实现了机器人实时模仿人体运动。

这三部分之间宏观上呈现开环控制，使得系统总体架构简单。而在动作跟踪算法中引入滤波，同Kinect回传的原始骨骼数据构成闭环反馈，具有一定的自动纠偏能力。

人体动作跟踪模仿机器人是针对现有的机器人不能做到灵活与高适应性，很难在复杂环境中代替人作业的现状而设计出来的。人体动作跟踪模仿机器人希望给人最大的自由度，这样人就可以自由地做出动作，机器人跟随人做出完全一样的动作，人可以完全控制机器人，从而使人与危险的环境隔离开来。

对星火杯的执着和对科技的痴迷，激励着这个团队在困难重重下一路走到最后。整个过程，他们从不喊累，也不曾想过放弃。范越回忆道，“在备赛阶段，我们还有一个挑战杯的项目在同时进行。我们只能抓住每分每秒来讨论、修改，几乎每天都是凌晨一两点回宿舍。楼管阿姨的本子上记录的几乎都是我们的名字，我们很抱歉打扰到楼管阿姨，但是没办法，时间紧任务重，机器人还要一遍一遍进行调试。”

“那段时间真的很紧张，而且比赛的技术要求也比较高，自己的课程也是很多，只能硬着头皮，一步步坚持往前走，还好最后结果还是不错的。”王浩然如是说。

厚积薄发，机会留给有准备的人

从大一起，范越和王浩然两人就开始一起合作参加了各种科技比赛：国创、华创杯、有方杯、北斗杯，更是三年接连不断参加了星火杯。对他们而言，星火杯改变了他们的大学的生活轨迹。从一开始的什么都不会，到暑假开始自学单片机，逐渐掌握各种技术；从一开始的星火杯院级二等奖到校级一等奖，再到校级特等奖，一步步走来，他们成为学弟学妹眼中的榜样，也让自己的大学生活更加圆满、充实。

有人说参加这些比赛会耽误学习，然而在他们看来，比赛不但不会耽误自己正常的学业学习，反而比赛的挑战性却成为自身学习的动力。团队成员高雨宸说：“星火杯比赛打破了被动的学习模式，引导我们学会思考和分析问题，激发了我们探索真理的内在动机，分析能力与解决问题的能力得到了提升。”

正如王浩然所说，机会从来都是留给有准备的人。机会不会从天而降，只有从一开始抓住一个个小机会，才有能力和信心抓住更大更好的机会。就像范越和王浩然一样，从一开始的一步一个脚印一路走下来，才有了现在厚积薄发的成绩。

有人认为大学生活里，总会有一段让人很迷茫的时期。但他们不曾迷茫，从大一到现在，他们的大学生活很是充实。正是因为这些大大小小的比赛，让他们的大学生活更加绚烂。（ 学生记者 李梦鹤 赵佳）