基于視覺手勢(shì)識(shí)別的機(jī)械手操控系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活等各個(gè)領(lǐng)域中，人與機(jī)器人之間的交互活動(dòng)也就變得越來(lái)越頻繁。但是目前機(jī)器人的操控方式卻很單調(diào)、繁瑣，人與機(jī)器人之間的交互不夠直觀、自然而且效率比較低。因此，研發(fā)基于視覺的自然手勢(shì)交互系統(tǒng)不僅具有一定的學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值，而且具有相當(dāng)大的實(shí)際應(yīng)用前景。
　　本文在分析了國(guó)內(nèi)外手勢(shì)識(shí)別和機(jī)器人控制系統(tǒng)的相關(guān)研究資料及成果的基礎(chǔ)上，選取了Leap公司出產(chǎn)的Leap Motion傳感器獲取

2、人手信息，并針對(duì)單個(gè)傳感器使用時(shí)因視覺干擾或者不可避免的遮擋而導(dǎo)致手勢(shì)識(shí)別準(zhǔn)確率降低的現(xiàn)象，研究并實(shí)現(xiàn)了一種基于多Leap Motion傳感器的機(jī)械手手勢(shì)操控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)采用多個(gè)傳感器在多方位對(duì)操作者的手勢(shì)進(jìn)行探測(cè)追蹤并進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)自然手勢(shì)控制機(jī)械手動(dòng)作的非接觸式交互。該系統(tǒng)主要包括客戶端（手勢(shì)檢測(cè)模塊）、信息服務(wù)器端（數(shù)據(jù)處理模塊）、機(jī)械手控制器及機(jī)械手機(jī)構(gòu)，文中主要對(duì)手勢(shì)采集模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行了研究討論。該文首先

3、介紹了該基于手勢(shì)識(shí)別的機(jī)械手工作原理，然后在對(duì)Leap Motion傳感器進(jìn)行了一定的研究分析后，確定了多個(gè)傳感器位置布局，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于多傳感器的手勢(shì)數(shù)據(jù)采集模塊。該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理模塊的主要作用是對(duì)從多個(gè)傳感器獲取的手勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，為了更加及時(shí)地響應(yīng)人手運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化和獲取較穩(wěn)定、準(zhǔn)確的人手位置數(shù)據(jù)，本文提出了一種改進(jìn)的基于“當(dāng)前”統(tǒng)計(jì)模型的自適應(yīng)卡爾曼濾波算法進(jìn)行濾波和軌跡追蹤;對(duì)于通過(guò)手指指骨向量計(jì)算得到的關(guān)節(jié)角度，采用

4、一種改進(jìn)的基于均值的加權(quán)滑動(dòng)均值濾波算法進(jìn)行穩(wěn)定性濾波平滑處理。當(dāng)進(jìn)行手勢(shì)的姿態(tài)識(shí)別時(shí)，將手指關(guān)節(jié)角度等手勢(shì)特征向量送入支持向量機(jī)(SVM)進(jìn)行手勢(shì)分類，并采用交叉編譯和網(wǎng)格搜索的方法對(duì)其參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，手勢(shì)識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)98.5％。數(shù)據(jù)處理模塊會(huì)實(shí)時(shí)地將位置增量、旋轉(zhuǎn)角度增量或者姿態(tài)動(dòng)作指令發(fā)送給機(jī)械手控制器，機(jī)械手控制器會(huì)通過(guò)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)學(xué)反解算法得到機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)軸運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)從而驅(qū)動(dòng)各個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
　　在最后的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，操作