[發明專利]一種雙臂機器人基于Kinect的人機交互方法

有效

• 申請號: 201210267315.3
• 申請日: 2012-07-31
• 公開（公告）號: CN102814814A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 張平;杜廣龍;李澤玲
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種雙臂機器人基于Kinect的人機交互方法，其中,Kinect為3D體感攝影機；其特征在于包括以下步驟：

S1、通過3D體感攝影機對操作者的手臂建立坐標系；

S2、通過計算機對操作者的手臂圖像進行骨架提取；

S3、通過包含了手臂的圖像分析確定食指和拇指的位置；

S4、使用臨界阻尼振動模型解決突變問題；

S5、使用過阻尼振動模型進行抖動處理。

2.根據權利要求1所述的雙臂機器人基于Kinect的人機交互方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

S11、首先建立基本坐標系，標定食指尖，拇指尖，食指尖和拇指尖之間的部位還有上手臂。

3.根據權利要求1所述的雙臂機器人基于Kinect的無標記人機交互方法，其特征在于：所述步驟S2包括以下步驟：

S21、使用Kinect獲取深度圖像，對深度圖像進行骨架提取。

4.根據權利要求1所述的雙臂機器人基于Kinect的人機交互方法，其特征在于：所述步驟S3包括以下步驟：

S31、設操作者的手臂映射點為P，其中，不同的部位標注為P1~?PN；首先建立手掌包圍盒：先連接P4與P5得到連線P45；然后以P5為底面中心點，連線P45為中心軸；建立一個長為L，寬為W，高為H的手掌包圍盒B；通過統計發現，該手掌包圍盒B若要將手掌包圍其中；?L，W和H只的取值如下：

??（1）；其中，為線段P45的長度；

S32、對手掌包圍盒B中的所有點B’,計算其到P5之間的距離,則B2點為包圍盒B中離P5最遠的點：

（2）；

S33、連接P5與B2得到連線PB，對于包圍盒B中的所有點B’，計算其到連線PB的距離，則B1點為包圍盒B中離連線PB最遠的點：

（3）；

S34、選取胳膊人體手臂關節點作為參考點，在左胳膊點上建立左參考系,,，在右胳膊點上建立右參考系，?,；

則P8相對于左參考系,,的坐標為：（4）；

P5相對于右參考系，?,的坐標為：（5）；

S35、左手到左機器人運動空間映射點的計算；右手到右機器人運動空間映射點的計算；

其中，設左手相對于左肩膀的運動空間為:?,,；左機器人的運動空間為：,,；則左手到左機器人運動空間映射點為：

???（6）；

其中，設右手相對于右肩膀的運動空間為：,,，右機器人的運動空間為：,,；則右手到右機器人運動空間映射點為：

（7）。

5.根據權利要求1所述的雙臂機器人基于Kinect的人機交互方法，其特征在于：所述步驟S4包括以下步驟：

S41、在手臂映射點P與機器人末端E之間虛擬彈性力F，并虛擬機械手末端質量為M；手臂映射點P位置并不是直接等同于機械手末端E，而是通過彈性力F來拉攏；其中，手臂映射點P作為驅動源，機械手末端E作為被驅動對象，彈性力F作用于機械手末端E上使得機械手末端E趨向手臂映射點P；彈性力F滿足以下關系：

（8）；

其中，k為胡克系數，為彈性力F的作用范圍半徑，D為手臂映射點與機器人末端E的距離；當手臂映射點與機器人末端的距離超過時，則機械手末端不再受到彈性力F牽引；故當出現人體手臂人體手臂關節點提取失敗或錯誤的時候，人體手臂關節點前后位置出現突變，導致手臂映射點P也發生突變現象；此時，手臂映射點P與機械手末端E的距離必定大于，彈性力F為0，則機械手末端E不再受手臂映射點P牽引，從而過濾了人體手臂關節點提取失敗或錯誤帶來的突變影響；

S42、若彈性力F為0時，機械手末端E繼續運動，則會導致系統不可控；為防止上述情況，在機械手末端E虛擬阻力μ，阻力μ滿足如下關系：

??（9）；其中，為阻尼系數，；

當機械手末端E與手臂映射點P的距離小于時，阻力μ與兩點的相對速度v成正比；v為0時，機械手末端E停止靠近手臂映射點P；當機械手末端E與手臂映射點P的距離大于時，阻力為無窮大，機械手末端馬上停止運動；則此時的動力學方程為：

（10）；其中，；

S43、設，采樣時間為；為了讓機械手末端E在每個采樣時間內達到手臂映射點P，則令，此時距離函數為：

（10）；

其中，，為積分常數，此時機械手末端E不會做周期運動，在一個采樣時間內回到平衡位置，即手臂映射點。