[发明专利]一种基于Kinect的体感控制机械臂方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人控制方法，具体地说是体感机器人控制方法。

背景技术

Kinect是一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。微软于2011年6月推出了Kinect for Windows SDK Beta。它是一种新型的人机交互系统，也是一种新的体态感知传感器，其应用领域很广，如虚拟试衣镜、3D建模、虚拟乐器、虚拟娱乐以及机械控制等。目前基于Kinect的机器人控制方法研究还很少，研究利用Kinect实现机器人的灵活控制有很广阔的应用前景。

目前日本借助其先进的机器人技术，科学家应用Kinect传感器对机器人实时控制进行了实验，获得一定成效，证明了用Kinect传感器实现机器人的控制方法是可行的。美国已经将Kinect应用于军事战地巡逻机器人上，Kinect实时侦测机器人前方三维环境信息以决策机器人的运行，同时可以重构机器人运行过程中的三维地图。国内一些公司或大学现在对Kinect应用于机器人的控制研究还很少，更没有应用到实际生产当中。本发明通过对Kinect的深入研究，并在小型机器人平台上进行控制实验，同时有望将该技术应用于巡逻安保机器人、医疗辅助机器人、机械臂等控制。

现有机器人控制方法都是通过程序控制，无法与人同步工作。

发明内容

本发明的目的在于提供智能的与人同步工作的一种基于Kinect的体感控制机械臂方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种基于Kinect的体感控制机械臂方法，其特征是：

（1）通过Kinect传感器获得人体的右侧上肢5个关节的三维坐标，右侧上肢5个关节的三维坐标包括右臀关节坐标、右肩关节坐标、右肘关节坐标、右腕关节坐标和右手关节坐标；

（2）对获得的右侧上肢5个关节坐标数据利用双指数滤波算法进行平滑；

（3）利用平滑后的右侧上肢5个关节坐标在Kinect的三维空间坐标系中构建向量，通过计算向量夹角获得右侧上肢处的角度，所述的右侧上肢处的角度包括右肩关节处角度、右肘关节处角度、右腕关节处角度；

（4）将角度信息进行融合，组成一个数据包，加上数据包头和校验和，通过无线串口发送给机器人，进行机械臂控制。

本发明还可以包括：

1、所述的双指数滤波算法为：

t表示时间，{x_t}表示原始数据序列，{s_t}表示t时刻双指数平滑结果，{b_t}表示t时刻数据序列趋势的最优估计，F_t+m表示x在t+m时刻的最优估计，m为预测因子，且m>0，双指数平滑滤波算法公式如下：

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表示数据平滑因子，且0<α<1,β表示趋势平滑因子，且0<β<1，定义F₁=s₀+b₀，则x在所有时刻的值都可按照上述双指数平滑滤波算法公式估计出来。

2、右肘关节坐标平滑的过程为：

（1）初始化参数，对数据平滑因子α、趋势平滑因子β、预测因子m、右肘关节坐标平滑输出s_n、右肘关节坐标趋势最优估计b_n、右肘关节坐标最终结果最优估计F_n+1、当前从Kinect获取的右肘关节坐标v_n、计数变量n分别赋予初值，n为整型变量，每获取一次右肘关节的坐标，n加1；