(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211017554.3 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210023 江苏省南京市栖霞区文苑路9 号 (72)发明人 杨海根　童哲　李刚　白旭　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董建林 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于反向动力学的人体仿真模型动作 规划方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于反向动力学的人体 仿真模型动作规划方法及系统， 属于人因工程装 配仿真技术领域， 方法包括： 对预构建的人体仿 真模型进行结构化和轻量化； 基于反向动力学构 建人体动态约束； 基于所述人体动态约束构建人 体仿真模型的仿真行为； 根据所述仿真行为和人 体动态约束， 通过反向动力学解算器对人体仿真 模型进行动作规划； 结构化使人体仿真模型在仿 真过程中能轻松处理关联骨骼信息， 为反向动力 学解算器提供基础， 轻量化提高仿真引擎的处理 效率； 利用物理动力学方程对人体姿态进行动力 学分析， 使装配人员更换工具次数最少， 增加有 效工作时间， 提高规划质量和 效率， 克服传统的 姿态预测和规划过程的反复性、 预测复杂及效率 低等缺点。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115438474 A 2022.12.06 CN 115438474 A 1.一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特 征在于， 包括： 对预构建的人体仿真模型进行 结构化和轻量 化； 基于反向动力学构建人体动态约束； 基于所述人体动态约束构建人体仿真模型的仿真行为； 根据所述仿真行为和人体动态约束， 通过反 向动力学解算器对人体仿真模型进行动作 规划。 2.根据权利要求1所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 所述人体仿真模型通过一下 方法得到： 获取历史人体参数， 根据历史人体参数， 在三维建模软件中构建人体仿真模型。 3.根据权利要求1所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 所述对预构建的人体仿真模型进行 结构化， 包括： 以一种预设的数据结构保存人体仿真模型中骨骼之间的关系， 完成结构化； 所述对预构建的人体仿真模型进行 轻量化， 包括： 将人体仿真模型离散化为三角形网格形式的模型、 在人体仿真模型符合渲染需要的条 件下删除多余的高精度信息及不可 见的内容、 对人体仿真模型中的孔洞进行修补或删除。 4.根据权利要求1所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 所述人体动态约束包括相合约束， 相合约束用于将人体仿真模型 的某一部位约束到 待装配工件的某一表面； 相合约束通过以下 方法实现： 计算人体仿真模型中手的表面法 向量和待装配工件中的所述表面的夹角， 计算人体仿 真模型中的手和待装配工件中的所述表面的距离， 当距离小于预设阈值且夹角为90度时， 则手和待装配组件形成了相合约束。 5.根据权利要求1所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 所述人体动态约束包括接触约束， 接触约束通过以下方法实现： 基于反向动力学解算 器， 选择人体关键部位和物体， 修改人体 关键部位的位置至物体处， 通过反向动力学解算人 体仿真模型中骨骼链的位置与旋转变化， 人体仿真模型的某一部位被直接约束到特定的需 要接触的位置 。 6.根据权利要求1所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 所述人体动态约束包括固定约束， 固定约束通过以下方法实现： 基于反向动力学解算 器， 人体仿真模型 的某一部位被直接约束到预设位置或保持固定方向， 且在人体仿真模型 运动时处于固定约束的部位 不会随着人体仿真模型移动。 7.根据权利要求1所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 所述仿真行为包括 拾取与放置、 前进与后退、 登台阶； 拾取与放置通过以下方法构建： 获取目标物体的初始位置和人体仿真模型的初始动 作， 构建人体仿真模型与目标物体的人体动态约束， 从而确定目标物体的终止位置和人体 仿真模型的终止动作， 完成拾取与放置的构建； 前进与后退通过以下方法构建： 通过人体仿真模型构建过程中的样条线系统构建行为 路径， 创建人体仿真模型在样条线上的人体动态约束， 从而确定双手摆动 情况、 行走步长与 速度， 完成前进与后退的构建；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115438474 A 2登台阶通过以下方法构建： 创建楼梯模型， 确定楼梯模型中台阶的长宽高， 根据台阶的 长宽高创建样条线轨迹， 构建人体仿真模型与样条线轨迹的约束关系， 确定 登台阶路径， 完 成登台阶的构建。 8.根据权利要求7所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 在构建拾取与放置时， 构建人体仿 真模型与目标物体的相合约束， 人体仿 真模型的初 始动作和终止动作通过插值函数进行动作关键帧过渡， 基于反向动力学实现过渡时的末端 骨骼所在 骨骼链上的骨骼的位置与旋转 解算。 9.根据权利要求7所述的一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划方法， 其特征 在于， 在构建登台阶时， 根据所述台阶的高度得到人体仿 真模型中脚部的偏移， 结合脚部的 偏移， 通过反向动力学 得到整体腿部骨骼 链的位置变动， 从而确定登台阶路径。 10.一种基于反向动力学的人体仿真模型动作规划系统， 其特 征在于， 包括： 模型规范化处 理模块： 用于对预构建的人体仿真模型进行 结构化和轻量 化； 人体动态约束构建模块： 用于基于反向动力学构建人体动态约束； 仿真行为构建模块： 用于基于所述人体动态约束构建人体仿真模型的仿真行为； 动作规划模块： 用于根据所述仿真行为和人体动态约束， 通过反向动力学解算器对人 体仿真模型进行动作规划。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115438474 A 3