西电星火杯特等奖——人体运动跟踪与模仿机器人

项目名称：人体运动跟踪模仿机器人

项目简介：本项目基于SDK获取操作系统下的人体骨骼图像，通过滤波、降噪处理获得稳定的人体骨骼数据，将骨骼跟踪算法应用于人体姿态的动态跟踪。经过分析处理后，可以对仿人机器人进行实时控制。模仿人体动作，实现实时智能控制方式。这就好像把人脑植入到机器人身上，让机器人像人类一样去适应、面对不可预知的挑战。可广泛应用于在线动作教学，或代替人类在恶劣环境下操作。

核心团队成员所在院系：电子工程学院

说到机器人，我们都很熟悉。《终结者》、《擎天柱》、《深蓝》等都是我们熟悉的。 20世纪60年代，随着微电子和计算机技术的迅速发展和自动化技术的成熟，科技人员研制出了机器人。如今，机器人在工业制造行业得到广泛应用。它们能在各种生产环境中高强度、持久地从事单调、重复甚至危险的劳动，将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上，一个智能机器人跟着人做出了同样的动作。引起了在场所有人的关注，也赢得了在场评委的肯定。凭借扎实的技术功底和创新思维，范跃带领的团队在“第27届星火杯”比赛中荣获校级特等奖。

追求卓越自动跟踪机器人，实现梦想

范跃已经在第26届星火杯比赛中取得了一流成绩，在其他各种更高级别的比赛中也展现了自己的才华。为什么他还要再次参加星火杯？ “虽然我之前已经参加过两次星火杯，每次的成绩都比较好，但我还是觉得我的星火杯之旅还不够完整。” 范跃说道。

大二下学期，邓军老师向范跃建议，利用实验室在毕业设计时购买的闲置设备，开发一款迎宾机器人。这个建议与范跃之前再次参加星火杯的想法不谋而合，于是他开始准备参加第三届星火杯比赛。

与此同时，范跃找到了合作过多次的王浩然。虽然当时王浩然还在闪电孵化器担任部分工作，但他还是决定和范跃一起备战星火杯。从准备到比赛，历时近半年时间。对卓越的追求让他们能够坚持下去。或许正是他们当初的坚持，才成就了今天星火杯比赛中的出色表现。

对梦想的执着，对科技的痴迷

项目的完成不可能一蹴而就。从最初的想法到设计、组装、算法，再到一次又一次的调试逐步实现系统架构，项目的完成是一个漫长的过程。范跃带领团队克服重重困难，在目标和信念的支撑下，完成了人体运动追踪和模仿机器人的研发。

他们首先利用该设备获取人体姿态的原始骨骼图像，即给定三维直角坐标系中各关节点的x、y、z坐标，并将数据传输至上位机。随后，计算机通过滤波得到稳定的骨骼数据，对骨骼点的三维坐标进行向量运算，计算出骨骼（即关节）之间的旋转角度，并将角度传输给机器人上的控制器。一定的格式。最后，通过控制器的处理和解码，控制舵机将各个舵机移动到指定的角度，从而使机器人能够实时模仿人类的动作。

宏观上，这三个部分之间存在开环控制，使得整个系统架构变得简单。在动作跟踪算法中引入滤波与返回的原始骨骼数据形成闭环反馈，具有一定的自动修正能力。

人体运动跟踪和模仿机器人是为了解决现有机器人无法灵活和高度适应、难以在复杂环境中替代人类的现状而设计的。人体运动追踪仿机器人希望给人更大程度的自由度，让人可以自由地做出动作，机器人会跟随人做出一模一样的动作，而人可以完全控制机器人，从而将人与危险环境隔离。

对火花杯的坚持和对科技的执着，激励着这支队伍在重重困难中一路走到最后。整个过程中，他们没有哭过累，也没有想过放弃。范跃回忆道：“备战阶段，我们同时还有一个挑战杯项目在进行，只能抓紧时间讨论修改，几乎每天凌晨一两点就回到宿舍。”那天，楼管阿姨的本子上几乎所有的记录都是我们的名字，很抱歉打扰了楼管阿姨，但是我们也无能为力。时间紧，任务重，机器人还得一遍又一遍地调试。”

“当时我真的很紧张，而且比赛的技术要求比较高，课程也很多，我必须硬着头皮，一步步继续前进。幸运的是，最后的结果还不错。” ” 王浩然说道。

积累与收获，机会是留给有准备的人

从大一开始，范跃和王浩然就合作参加各种科技竞赛：国创杯、华创杯、友方杯、北斗杯，并连续三年参加星火杯。对于他们来说，火花杯改变了他们的大学生活轨迹。从一开始什么都不懂，到后来利用暑假开始自学单片机，逐渐掌握了各种技术；从一开始的星火杯校级二等奖，到校级一等奖，再到校级特等奖，一步一步成为初三学生心目中的榜样，让他们的大学生活更加完整和充实。

有人说参加这些比赛会耽误学业。但在他们看来，比赛不仅没有耽误自己正常的学业学习，比赛的挑战反而成为了自己学习的动力。队员高宇辰表示：“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力，提高了我们分析问题和解决问题的能力。”

正如王浩然所说，机会总是留给有准备的人。机会不会从天上掉下来。只有从一开始就抓住小机会，才有能力、有信心抓住更大、更好的机会。他们就像范跃、王浩然一样，一步一步开始，一步步走到今天的成就。

有人认为大学生活总会有一段迷茫的时期。但他们从来没有困惑过。从大一到现在，他们的大学生活过得很充实。正是因为这些大大小小的比赛，让他们的大学生活更加辉煌。（学生记者李梦和赵佳）