[發明專利]一種基于Kinect的體感控制機械臂方法

有效

• 申請號: 201310328791.6
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103386683A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 莫宏偉;孟龍龍;徐立芳;董會云;蔣興洲;雍升
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06F3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種機器人控制方法，具體地說是體感機器人控制方法。

背景技術

Kinect是一種3D體感攝影機，同時它導入了即時動態捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識、社群互動等功能。微軟于2011年6月推出了Kinect?for?Windows?SDK?Beta。它是一種新型的人機交互系統，也是一種新的體態感知傳感器，其應用領域很廣，如虛擬試衣鏡、3D建模、虛擬樂器、虛擬娛樂以及機械控制等。目前基于Kinect的機器人控制方法研究還很少，研究利用Kinect實現機器人的靈活控制有很廣闊的應用前景。

目前日本借助其先進的機器人技術，科學家應用Kinect傳感器對機器人實時控制進行了實驗，獲得一定成效，證明了用Kinect傳感器實現機器人的控制方法是可行的。美國已經將Kinect應用于軍事戰地巡邏機器人上，Kinect實時偵測機器人前方三維環境信息以決策機器人的運行，同時可以重構機器人運行過程中的三維地圖。國內一些公司或大學現在對Kinect應用于機器人的控制研究還很少，更沒有應用到實際生產當中。本發明通過對Kinect的深入研究，并在小型機器人平臺上進行控制實驗，同時有望將該技術應用于巡邏安保機器人、醫療輔助機器人、機械臂等控制。

現有機器人控制方法都是通過程序控制，無法與人同步工作。

發明內容

本發明的目的在于提供智能的與人同步工作的一種基于Kinect的體感控制機械臂方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種基于Kinect的體感控制機械臂方法，其特征是：

（1）通過Kinect傳感器獲得人體的右側上肢5個關節的三維坐標，右側上肢5個關節的三維坐標包括右臀關節坐標、右肩關節坐標、右肘關節坐標、右腕關節坐標和右手關節坐標；

（2）對獲得的右側上肢5個關節坐標數據利用雙指數濾波算法進行平滑；

（3）利用平滑后的右側上肢5個關節坐標在Kinect的三維空間坐標系中構建向量，通過計算向量夾角獲得右側上肢處的角度，所述的右側上肢處的角度包括右肩關節處角度、右肘關節處角度、右腕關節處角度；

（4）將角度信息進行融合，組成一個數據包，加上數據包頭和校驗和，通過無線串口發送給機器人，進行機械臂控制。

本發明還可以包括：

1、所述的雙指數濾波算法為：

t表示時間，{x_t}表示原始數據序列，{s_t}表示t時刻雙指數平滑結果，{b_t}表示t時刻數據序列趨勢的最優估計，F_t+m表示x在t+m時刻的最優估計，m為預測因子，且m>0，雙指數平滑濾波算法公式如下：

s₁=x₀

b₁=x₁-x₀

s_t=αx_t+(1-α)(s_t-1+b_t-1),t>1

b_t=β(s_t-s_t-1)+(1-β)b_t-1,t>1

F_t+m=s_t+mb_t

α表示數據平滑因子，且0<α<1,β表示趨勢平滑因子，且0<β<1，定義F₁=s₀+b₀，則x在所有時刻的值都可按照上述雙指數平滑濾波算法公式估計出來。

2、右肘關節坐標平滑的過程為：

（1）初始化參數，對數據平滑因子α、趨勢平滑因子β、預測因子m、右肘關節坐標平滑輸出s_n、右肘關節坐標趨勢最優估計b_n、右肘關節坐標最終結果最優估計F_n+1、當前從Kinect獲取的右肘關節坐標v_n、計數變量n分別賦予初值，n為整型變量，每獲取一次右肘關節的坐標，n加1；