[发明专利]一种基于Kinect的体感控制冰雪机器人方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Kinect的体感控制冰雪机器人方法。

背景技术

冰雕、雪雕是北方冰雪文化艺术最重要形式。多年以来，冰雕、雪雕都是利用冰块或雪块雕塑而成的静态观赏作品，辅以灯光等装饰，增强美感。这种传统文化艺术形式的缺点是不具备任何与观赏者互动的功能。目前的冰雕、雪雕作品都没有与现代机器人技术以及多种先进的人机交互技术相结合，尤其是没有与地面移动机器人技术相结合，形成互动的新型的、动态的、能够与人互动的艺术类型。

目前，地面移动机器人是机器人的主要类型之一。地面移动机器人在军事、运输及家庭服务领域都有广泛的应用。工业运输机器人AGV（Automated Guided Vehicle）是轮式地面移动机器人的一种，这种机器人能够负载货物，利用磁导航、光学导航（巡线）、卫星导航以及其他导航方式按照设计好的路径往复运动或者多个同类机器人配合在工厂等工业现场环境中完成一定的运载任务。美国、日本、德国、瑞士、中国等在此类移动机器人研究和应用方面有许多成功的案例。但目前的运输机器人的应用只限于工业领域，没有与艺术、文化、娱乐等领域融合，拓展应用范围。

Kinect是一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。它是一种新型的人机交互系统，也是一种新的体态感知传感器，其应用领域很广，如虚拟试衣镜、3D建模、虚拟乐器、虚拟娱乐以及机械控制等。目前，日本借助其先进的机器人技术，科学家应用Kinect传感器对机器人实时控制进行了实验，获得一定成效，证明了用Kinect传感器实现机器人的控制方法是可行的。美国已经将Kinect应用于军事战地巡逻机器人上，Kinect实时侦测机器人前方三维环境信息以决策机器人的运行，同时可以重构机器人运行过程中的三维地图。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于Kinect的体感控制冰雪机器人方法，能够将冰雪雕塑与机器人结合，并通过体感进行控制。

实现本发明目的技术方案：

一种基于Kinect的体感控制冰雪机器人方法，负载机器人由电机驱动，可前进、后退、左右转向，其特征在于：冰雪雕塑设置于负载机器人上方，通过Kinect体感传感器获取人的手臂运动状态变化并转化为控制信号，前述控制信号传送至负载机器人的控制单元，控制单元控制负载机器人进行相应运动。

通过Kinect传感器获取人体右肩关节坐标和右手坐标，Kinect传感器将信号传送至PC机，PC机运行手臂运动识别算法，对获得的人体右肩关节坐标和右手坐标进行滤波平滑处理，计算右手臂左右摆动的角度θ、左摆或右摆的标志f₁及前摆或后摆的距离变化值f₂。

负载机器人的控制单元根据f₂控制机器人前进或后退，根据f₁和θ控制机器人左转或右转的角度。

负载机器人的控制单元还接有转动角度测量单元，根据转动角度测量单元测得的机器人实际左转或右转角度，控制单元对转动角度进行PID控制。

负载机器人的控制单元可对转动角度进行PD控制，公式如下，

ui=Kp[ei+TDT(ei-ei-1)]]]>

u_i表示第i次全量输出，e_i表示第i次采样时刻给定值和实际输出值的偏差，e_i-1表示第i-1次采样时刻给定值和实际输出值的偏差，T表示采样周期，K_p是比例系数，T_D是微分时间常数。