基于Kinect的機械臂增強現(xiàn)實示教研究.pdf

1、機器人在工業(yè)制造、軍事、娛樂、醫(yī)療等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。早期的機器人只從事一些簡單的自動化生產(chǎn)任務(wù)，在線示教編程可以滿足生產(chǎn)需要。隨著社會發(fā)展，機器人工作任務(wù)日趨復(fù)雜，由于在線示教編程過程必須依賴實體機器人，示教過程不安全。隨著計算機仿真技術(shù)、人機交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，機器人示教技術(shù)得到了發(fā)展。機器人增強現(xiàn)實示教方式利用虛擬機器人模型在真實場景中完成示教過程，示教過程更安全、更真實。
　　本文以三自由度虛擬

2、機械臂為研究對象，設(shè)計了基于Kinect的機械臂增強現(xiàn)實示教系統(tǒng)，整個系統(tǒng)通過Kinect傳感器采集示教者手部3D位置數(shù)據(jù)，利用機器人逆運動學(xué)模型驅(qū)動虛擬機械臂模型跟蹤人手運動;使用增強現(xiàn)實技術(shù)，將虛擬機械臂模型疊加到真實工作場景中，實現(xiàn)對機械臂的增強現(xiàn)實示教。主要研究工作如下:
　　(1)基于Kinect傳感器的RGB-D圖像采集和手部3D位置數(shù)據(jù)提取研究。利用Kinect傳感器及其開發(fā)工具包Kinect SDK采集示教場景的彩

3、色和深度圖像（RGB-D圖像），使用Kinect SDK中的接口函數(shù)提取手部節(jié)點的3D位置數(shù)據(jù)。
　　(2)虛擬機械臂模型構(gòu)建研究。研究三維圖形庫OpenGL的開發(fā)流程以及四個主要的函數(shù)庫:GL函數(shù)庫、GLU函數(shù)庫、GLUT函數(shù)庫和GLUI函數(shù)庫。利用GL函數(shù)庫的基本圖元繪制函數(shù)來完成虛擬機械臂模型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，模型的材質(zhì)、顯示、光照等主要利用其它三個函數(shù)庫來實現(xiàn)。
　　(3)機械臂正逆運動學(xué)分析。設(shè)計了三自由度串聯(lián)機械臂的結(jié)

4、構(gòu)，利用D-H方法建立了機械臂的運動學(xué)模型，并對機械臂運動學(xué)的正逆向問題進行了求解。
　　(4)增強現(xiàn)實示教系統(tǒng)研究分析。利用增強現(xiàn)實技術(shù)，將構(gòu)建的虛擬機械臂模型和真實示教場景融合在一起，進行虛擬機械臂跟蹤人手運動實驗研究，完成虛擬機械臂在真實工作場景中的示教運動。
　　針對本文設(shè)計的系統(tǒng)進行了相關(guān)實驗，實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)⑻摂M機械臂模型準確地疊加到真實示教場景中，并能實時跟蹤人手運動，表明該系統(tǒng)具有良好的實時性和交互性