基于視覺手勢識別的機(jī)械臂控制研究

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1、分類號TP242密級公開UDC681.5學(xué)位論文編號D-10617-308-(2016)-03093重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文中文題目基于視覺手勢識別的機(jī)械臂控制研究英文題目ResearchofRobotArmControlBasedonVisualHandGestureRecognition學(xué)號S130301093姓名周庭學(xué)位類別工學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)控制科學(xué)與工程指導(dǎo)教師林海波副教授完成日期2016年4月20日重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要在一些不適合人類直接操控的非傳統(tǒng)環(huán)境（輻射、深海、遠(yuǎn)程等）和需要方便實時交互的家居服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，

2、環(huán)境條件的復(fù)雜多變給機(jī)械臂流程化作業(yè)帶來困難。視覺手勢控制自然直觀、靈活性強(qiáng)，同時也能解決在復(fù)雜環(huán)境下機(jī)器人不能完全自主完成任務(wù)的難題。研究基于視覺手勢交互控制的智能機(jī)械臂系統(tǒng)具有重要理論與實際意義。視覺手勢主要以動態(tài)手勢軌跡和靜態(tài)手勢類型表達(dá)其豐富的含義。本文將手勢軌跡和手勢類型分別用于對機(jī)械臂末端軌跡和執(zhí)行器的實時操作控制，設(shè)計智能化人機(jī)聯(lián)合操控系統(tǒng)。鑒于對機(jī)械臂控制的高穩(wěn)定性和實時性要求，本文對視覺手勢信息處理和系統(tǒng)設(shè)計兩方面進(jìn)行了深入研究和實現(xiàn)。在無標(biāo)記手勢分割和3D軌跡提取中，選用Kinect攝像機(jī)和深度閾值分割方法進(jìn)行手勢

3、檢測，針對無標(biāo)記手勢手腕干擾的問題，提出基于動態(tài)閾值的去手腕干擾算法以達(dá)到準(zhǔn)確分割手勢的目的。然后對目標(biāo)手勢結(jié)合深度信息進(jìn)行實時3D軌跡提取，針對手勢軌跡存在冗余和異常軌跡點的問題，提出時間片取平均和球面閾值限定算法進(jìn)行軌跡處理以獲得更適合控制機(jī)械臂的手勢軌跡。在手勢類型特征提取與識別中，針對手勢類型識別算法實時性和魯棒性不足的問題，定義了一種指尖角度集的概念，并提出運(yùn)用核密度估計理論提取指尖角度集核密度估計序列特征(KernelDensityEstimationSequenceofFingertipAngleSet,KDES-FAS

4、)，然后選用模板匹配識別算法達(dá)到手勢類型實時魯棒識別的目的。在完成視覺手勢軌跡提取和識別后，對機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)和系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究。通過對6R機(jī)械臂的正逆運(yùn)動學(xué)分析和視覺手勢控制的機(jī)械臂系統(tǒng)功能模塊化設(shè)計，在MATLAB環(huán)境下完成了視覺手勢對機(jī)械臂的準(zhǔn)確協(xié)調(diào)控制仿真。最后，在6R工業(yè)機(jī)器人平臺上實現(xiàn)了視覺手勢對機(jī)械臂末端軌跡和操作的實時穩(wěn)定控制，執(zhí)行器控制錯誤率降至2.33%，證明了本文視覺手勢信息處理算法與系統(tǒng)方案研究的可行性與優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：機(jī)械臂控制，手勢識別，深度信息，KDES-FAS，運(yùn)動學(xué)I重慶郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文Abstrac

5、tAbstractInrobotarmapplicationfield,thedifficultiescomefromcomplexandchangeableenvironment.Thenon-traditionalenvironments(radiation,deepseas,remote,etc.)arenotappropriateforhumanworkdirectly,andthehouseholdenvironmentneedsreal-timeandconvenientinteraction.Visualhandgest

6、urecontroltechnologyisintuitiveandflexible,andthedifficultwhichrobotarmcannothandleautonomouslycanbesolvedincomplexenvironment.Thestudyofintelligentrobotarmsystembasedonvisualhandgesturehasimportanttheoreticalandpracticalsignificance.Themainmeaningofvisualhandgestureisd

7、ynamicgesturetrajectoryandstaticgestureshape.Inthisthesis,dynamicgesturetrajectoryandstaticgestureshapesareusedtoreal-timecontrolrobotarmterminaltrajectoryandend-effectorrespectively,andtheintelligentHuman-computerInteractionsystemisdesigned.Inordertomaximizereal-timeab

8、ilityandstabilityoftherobotarmcontrol,thevisualhandgestureprocessingalgorithmandsystemdesignarestudieddeeplyan