基于視覺手勢識別的機(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)、生活等各個領(lǐng)域中，人與機(jī)器人之間的交互活動也就變得越來越頻繁。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交互系統(tǒng)不僅具有一定的學(xué)術(shù)研究價值，而且具有相當(dāng)大的實(shí)際應(yīng)用前景。
　　本文在分析了國內(nèi)外手勢識別和機(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，并針對單個傳感器使用時因視覺干擾或者不可避免的遮擋而導(dǎo)致手勢識別準(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)械手手勢操控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)采用多個傳感器在多方位對操作者的手勢進(jìn)行探測追蹤并進(jìn)行手勢識別，實(shí)現(xiàn)了通過自然手勢控制機(jī)械手動作的非接觸式交互。該系統(tǒng)主要包括客戶端（手勢檢測模塊）、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)，文中主要對手勢采集模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行了研究討論。該文首先

3、介紹了該基于手勢識別的機(jī)械手工作原理，然后在對Leap Motion傳感器進(jìn)行了一定的研究分析后，確定了多個傳感器位置布局，實(shí)現(xiàn)了一個基于多傳感器的手勢數(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從多個傳感器獲取的手勢數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，為了更加及時地響應(yīng)人手運(yùn)動狀態(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;對于通過手指指骨向量計(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)行手勢的姿態(tài)識別時，將手指關(guān)節(jié)角度等手勢特征向量送入支持向量機(jī)(SVM)進(jìn)行手勢分類，并采用交叉編譯和網(wǎng)格搜索的方法對其參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，手勢識別準(zhǔn)確率可達(dá)98.5％。數(shù)據(jù)處理模塊會實(shí)時地將位置增量、旋轉(zhuǎn)角度增量或者姿態(tài)動作指令發(fā)送給機(jī)械手控制器，機(jī)械手控制器會通過內(nèi)部運(yùn)動學(xué)反解算法得到機(jī)械手各個關(guān)節(jié)軸運(yùn)動數(shù)據(jù)從而驅(qū)動各個伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動。
　　在最后的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，操作