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研究生:鄭威
研究生(外文):Cheng, Wei
論文名稱:人型機器人情緒動作配合節奏和肢體速度變化與即時性音樂情緒展演
論文名稱(外文):Study of Emotion Rendering Design with tempo following and limb speed variation for Humanoid Robots by Real-Time Music Emotions Analysis
指導教授:鄭泗東
指導教授(外文):Cheng, Stone
口試委員:鄭泗東程登湖黃志方
口試委員(外文):Cheng, StoneCheng, Teng-HuHuang, Chih-Fang
口試日期:2018-11-22
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:工學院聲音與音樂創意科技碩士學位學程
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2018
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:人形機器人拉邦動作分析音樂情緒辨識
外文關鍵詞:Humanoid RobotLaban Movement AnalysisMusic Emotions Analysis
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本研究以拉邦動作分析為基底,延續過去本實驗室配合拉邦勁力圖所設計之動作進行延伸,使機器人在配合音樂舞蹈展演時可依更加柔順或剛強,讓表演更能展演出對應的情緒動作。研究上整合本實驗室開發即時性音樂情緒追蹤系統辨識情緒與拉邦動作分析,該系統使用192首已標記情緒的音樂片段做訓練,將音樂片段分解出音量、調性與音程不和諧度、音樂事件密集度、音色,引用Thayer提出之情緒模型建立出四象限的圖型化介面,分為”Sad”、”Polite”、”Angry”、”Happy”四種象限,將此四種情緒分級量化後,再控制多關節人型機器人展演出對應的肢體情緒動作。
本研究以過去所設計的肢體情緒動作加以改良,進而對多顆關節馬達之速度做速度控制與樂曲節拍配合,過去操作機器人的方法並無對各顆關節馬達做速度控制,在展演上需要以外部故定裝置支撐防止跌落,在舞蹈上較注重情緒展演缺乏節奏配合,本研究為改進故在動作上分為多個時間片段,並在每個時間片段對主要或擺動最大的關節馬達進行目標位置與速度上的修改,融入樂理上節拍的概念,更能彰顯動作切換與情緒轉換,加強拉邦動作分析中時間與力道勁力元素,本研究希望對肢體情緒動作上的展演更加融入音樂,讓人型機器人有更完美的演出。
This research proposes an integrated system of real-time music emotions Analysis and Laban Movement Analysis (LMA) to demonstrate the emotional movements of humanoid robot inspired by music. The music emotions tracking system progressively extracts five features of music, and characterizes music-induced emotions in an emotion plane to trace the real-time emotion locus of music. Using the emotional model proposed by Thayer to establish a two dimensional emotion plane, four quadrants of "Sad", "Polite", "Angry", "Happy" emotions area were classified. Each emotion is quantized to three levels to express the degree of mood. The movement motion design bases on the analysis of Laban Movement Analysis (LMA), and continues the extension of the Laban effort graph to construct a quantifiable action description system. A humanoid robot, Bioloid Premium, is used as a base robot that includes 19 servomotors that allow for 19 Degree-Of-Freedom (DOF) movement. In this study, the emotional movements of the limbs following and speed variation controls all joints of humanoid robot with tempo. Every movement of humanoid robot is divided into multiple time segments, and is fixed the position and speed of the main action or the largest swing joint motor at each time segment. Modification of motions have strengthened the elements of time and strength in Laban effort. The demonstration of emotion rendering with tempo following and limb speed variation for humanoid robots system is capable of describing and interpreting many varieties of human movements.
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
致 謝 III
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 緒 論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2文獻回顧 4
第二章 音訊分析方法與原理介紹 6
2.1短時距傅立葉轉換 6
2.2 PITCH CLASS PROFILE (PCP) 7
2.3 GAUSSIAN MIXTURE MODEL (GMM) 10
2.4音訊特徵萃取 13
2.5 計分方式與訓練結果 21
2.6音樂情緒可視化 24
第三章 拉邦動作解析 27
3.1拉邦動作分析 27
3.2 勁力(EFFORT) 28
3.3 動作外型(SHAPE) 34
3.4 空間分析(SPACE HARMONY) 35
3-3-3 拉邦勁力與情緒動作連結 38
第四章 多關節人形機器人裝置與控制軟體設計 41
4.1 研究器材簡介 41
4.2 雙足人型機器人 42
4.3 BIOLOID PREMIUM機器人機體架構說明 43
4.4 軟體介紹 44
4.5 硬體介紹 48
4.5.1 馬達規格介紹 48
4.5.2 控制板規格 50
4.6 各個伺服馬達歸零位置與可轉動角度 54
4.7程式流程說明 56
4.7.1 系統流程介紹 56
4.7.2基本情緒量化分級 58
4.8機器人動作循環 62
4.8.1機器人節拍速度控制 63
4.8.2機器人目標位置修改 65
第五章 機器人情緒動作展演驗證與比較 66
5.1 SAD情緒動作新舊版比較 67
5.2 ANGRY情緒動作新舊版比較 70
5.3 POLITE情緒動作新舊版比較 73
5.4 HAPPY情緒動作新舊版比較 76
第六章 結論與未來展望 79
參考文獻 81
參考文獻
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