本實(shí)用新型屬于機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

機(jī)器人屬于綜合性的學(xué)科，其擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，因此針對(duì)機(jī)器人的研究也日益增多。機(jī)器人是門綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息采集融合、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)力學(xué)、傳感技術(shù)、仿生科學(xué)以及人工智能等高新學(xué)科，涉及線性穩(wěn)定性、非線性下魯棒性控制，基于多傳感器的信息融合、實(shí)時(shí)閉環(huán)穩(wěn)定性控制，而且復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的建模、數(shù)字仿真技術(shù)及混合系統(tǒng)的控制研究等方面的技術(shù)。

仿人形機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)中的一個(gè)重要研究課方向，并且雙足機(jī)器人是仿人形機(jī)器人研究的前奏。雙足步行是一種高自動(dòng)化的運(yùn)動(dòng)，雙足步行機(jī)器人具有的動(dòng)力學(xué)特征是相對(duì)輪式、履帶式機(jī)器人來(lái)說(shuō)更具復(fù)雜性并且具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可進(jìn)入狹窄的作業(yè)空間，也可跨越障礙、上下臺(tái)階、斜坡及在不平整的地面上工作，以及護(hù)理老人、康復(fù)醫(yī)學(xué)和一般家庭的家政服務(wù)，具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。

但是，雙足步行機(jī)器人具有多關(guān)節(jié)、復(fù)雜驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和多傳感器配合工作的特點(diǎn)，一般存在冗余的自由度，這些特點(diǎn)對(duì)其控制問(wèn)題帶來(lái)很大難度，為各種控制和優(yōu)化方法提供理想的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使其成為一個(gè)令人矚目的研究方向，因此對(duì)雙足步行機(jī)器人行走規(guī)劃?rùn)C(jī)器控制的研究不僅具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人動(dòng)作模仿展示系統(tǒng)，所述機(jī)器人動(dòng)作模仿展示系統(tǒng)的輸入端電性連接有執(zhí)行模塊的輸出端，所述執(zhí)行模塊的輸出端電性連接于信息采集模塊的輸入端，所述信息采集模塊的輸出端與關(guān)節(jié)計(jì)算模塊的輸入端電性連接，所述機(jī)器人動(dòng)作模仿展示系統(tǒng)的輸出端電性連接于監(jiān)控模塊的輸入端，所述監(jiān)控模塊的輸出端分別與姿態(tài)估計(jì)模塊和穩(wěn)定性判斷模塊的輸入端電性連接，所述姿態(tài)估計(jì)模塊和穩(wěn)定性判斷模塊的輸出端電性連接于關(guān)節(jié)校正模塊的輸出端，所述關(guān)節(jié)校正模塊的輸出端與關(guān)節(jié)控制模塊的輸入端電性連接。

優(yōu)選的，所述監(jiān)控模塊為紅外傳感器，所述紅外傳感器由紅外線發(fā)射器和紅外線攝像頭組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：該基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的提取運(yùn)動(dòng)區(qū)域的方法一般采用基于空域信息算法、時(shí)域信息算法或者時(shí)空混合算法，處理步驟簡(jiǎn)單，精度較低，并不適用于處理高精度人體運(yùn)動(dòng)圖像序列的運(yùn)動(dòng)軌跡提取。為解決人體運(yùn)動(dòng)軌跡提取問(wèn)題，本項(xiàng)目采用MicrosoftKinect傳感器，并采用空間向量方法計(jì)算出人體骨骼夾角,采用滑動(dòng)平均濾波等算法對(duì)關(guān)節(jié)角進(jìn)行濾波處理，效果比較好；對(duì)于NAO機(jī)器人的姿態(tài)估計(jì)與反饋控制，使用 Kalman濾波方法,對(duì)NAO機(jī)器人的陀螺儀和傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,克服陀螺儀在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的偏移與加速度計(jì)在動(dòng)態(tài)測(cè)量中的缺陷,得到更加準(zhǔn)確的NAO機(jī)器人姿態(tài)信息。在得到準(zhǔn)確的姿態(tài)信息的基礎(chǔ)上,對(duì)NAO機(jī)器人軀干姿態(tài)的進(jìn)行閉環(huán)控制,使NAO機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中具有更加穩(wěn)定的姿態(tài)線性二次型調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)平衡穩(wěn)定行走和運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤控制，并研究仿人機(jī)器人相似性倒地動(dòng)作優(yōu)化與恢復(fù)問(wèn)題，分析4級(jí)倒立擺倒地動(dòng)力學(xué)特征，為倒立過(guò)程施加運(yùn)動(dòng)學(xué)與物理?xiàng)l件約束，引入?yún)?shù)化控制與強(qiáng)化技術(shù)優(yōu)化倒地時(shí)的觸地姿勢(shì)，并基于可變種群規(guī)模的遺傳算法設(shè)計(jì)倒地后的運(yùn)動(dòng)軌跡恢復(fù)；采用帶觀測(cè)器的狀態(tài)反饋控制器，將步行模型簡(jiǎn)化為一級(jí)倒立擺，引入；該基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、操作簡(jiǎn)單、智能化程度高等優(yōu)點(diǎn)，可以普遍推廣使用。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型提供了如圖1所示的一種基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人動(dòng)作模仿展示系統(tǒng)，所述機(jī)器人動(dòng)作模仿展示系統(tǒng)的輸入端電性連接有執(zhí)行模塊的輸出端，所述執(zhí)行模塊的輸出端電性連接于信息采集模塊的輸入端，所述信息采集模塊的輸出端與關(guān)節(jié)計(jì)算模塊的輸入端電性連接，所述機(jī)器人動(dòng)作模仿展示系統(tǒng)的輸出端電性連接于監(jiān)控模塊的輸入端，所述監(jiān)控模塊的輸出端分別與姿態(tài)估計(jì)模塊和穩(wěn)定性判斷模塊的輸入端電性連接，所述姿態(tài)估計(jì)模塊和穩(wěn)定性判斷模塊的輸出端電性連接于關(guān)節(jié)校正模塊的輸出端，所述關(guān)節(jié)校正模塊的輸出端與關(guān)節(jié)控制模塊的輸入端電性連接，所述監(jiān)控模塊為紅外傳感器，所述紅外傳感器由紅外線發(fā)射器和紅外線攝像頭組成。

工作原理：該基于Kinect的遠(yuǎn)程體感機(jī)器人控制系統(tǒng)，基于機(jī)器視覺(jué)的人體動(dòng)作和手勢(shì)識(shí)別是實(shí)現(xiàn)新一代人機(jī)交互系統(tǒng)所不可缺少的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。作為一個(gè)革命性的產(chǎn)品,Kinect體感設(shè)備能夠獲取彩色圖像、深度圖像以及人體骨骼圖像,并提供一種全新的人機(jī)交互的方式。它能夠捕捉、跟蹤人體的動(dòng)作、手勢(shì)和聲音。本項(xiàng)目通過(guò)利用Kinect體感設(shè)備進(jìn)行人體骨骼動(dòng)作的識(shí)別,并在此基礎(chǔ)上配合機(jī)器人動(dòng)作實(shí)現(xiàn)人通過(guò)演示人體控制機(jī)器人動(dòng)作的無(wú)接觸式互動(dòng)交互。將獲取的人體骨骼數(shù)據(jù)劃算為機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)可識(shí)別的 Roll、Pitch 以及 Yaw 三個(gè)角度，將此角度賦給 NAO機(jī)器人，作為 NAO 機(jī)器人目標(biāo)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度值，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動(dòng) NAO機(jī)器人完成對(duì)人類上肢右臂肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的模仿。因此本項(xiàng)目以體態(tài)感知技術(shù)與仿人機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)為研究方向,對(duì)體態(tài)感知技術(shù)在機(jī)器人控制中的應(yīng)用方法以及相關(guān)的機(jī)器人控制技術(shù)進(jìn)行了研究與應(yīng)用。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。