[发明专利]基于Kinect摄像机的人机协作装置及方法

权利要求书

1.一种与试验员协作从而实现对目标物进行跟踪和协作的人机协作装置，其特征在于，具有：

至少1个机械手，用于抓握所述目标物；

至少1个机械臂，所述机械臂的底部为基座，所述机械臂的末端安装有所述机械手；

至少1个 摄像机，对空间位置进行立体定位，采集彩色图像信息、深度图像信息和所述试验员的骨骼信息；

至少1个棋盘格，用于标定所述末端的位置；以及

至少1台计算机，

其中，所述计算机用于处理所述彩色图像信息、所述深度图像信息和所述骨骼信息，处理所述空间位置的相互关系，实现对所述目标物进行跟踪和与所述试验员进行协作，所述计算机与所述机械臂通过控制器局域网络总线连接，并且控制所述机械臂的运动与所述机械手的运动。

2.一种用根据权利要求1所述的人机协作装置实现人机协作的方法，其特征在于，具有以下步骤：

将所述基座的中心点作为三维空间坐标系的基准点建立基准坐标系，将所述末端作为中心点建立末端坐标系；

采用所述 摄像机发射红外激光，采集彩色图像信息和深度图像信息，然后对所述空间位置进行立体定位，从而建立以 摄像机为中心点的 摄像机坐标系；

将所述棋盘格安装在所述末端，采用所述 摄像机采集所述棋盘格的格点的彩色图像信息和深度图像信息，得到所述棋盘格在所述 摄像机坐标系的坐标位置，从而标定所述末端在所述 摄像机坐标系的坐标；

采用所述 摄像机发射红外激光识别所述目标物和所述试验员的运动，所述 摄像机将采集的所述骨骼信息，实现对所述目标物和所述试验员的人体骨骼的跟踪，快速获取所述试验员的手腕位置，定位 所述目标物的大致位置信息；

采用所述 摄像机获取所述目标物周围的彩色图像信息和深度图像信息，采用所述计算机基于所述目标物周围的彩色图像信息和深度图像信息通过图像处理技术中的聚类算法提取所述试验员手中所述目标物的坐标位置信息；

采用所述计算机将所述基准坐标系，所述末端坐标系和所述 摄像机坐标系相互之间通过旋转矩阵和平移矩阵的方法统一到一个坐标系中；

采用所述计算机根据所述末端相对于所述基准坐标系的坐标位置、姿态和速度关系，并根据平移矩阵，旋转矩阵和速度矩阵的参数，精确控制所述机械臂的坐标位置、姿态、速度；

采用所述计算机根据所述目标物的坐标位置，调整所述末端姿态使得所述机械手靠近所述目标物，并完成所述机械手对所述目标物的抓取。

3.根据权利要求2所述的人机协作方法，其特征在于：

所述计算机对所述机械臂的运动进行基于工作空间的快速扩展随机树路径规划算法，先确定所述机械臂末端的运动路径，然后确定所述机械臂各个关节的运动路径。