[发明专利]一种虚拟机械臂交互的抖动消除方法

摘要

本发明涉及一种虚拟机械臂交互的抖动消除方法，利用卡尔曼滤波器和时间空间上的限制条件对交互用到的数据进行降噪处理，减弱或消除交互中抖动现象。并提出一个用于验证的交互系统，该系统由3D传感器提取用户的骨骼信息，进一步计算出右手及右手臂的若干关节角度，利用本抖动消除方法对得到的关节角度数据进行处理，之后通过一种新的映射方法将其转化为交互数据，再通过通信传递给虚拟机械臂更新状态以实现交互目的。

主权项

一种虚拟机械臂交互的抖动消除方法，其特征是，至少包括如下步骤：步骤1：初始化系统参数和设备，然后选择是否进行映射参数校正，若否，进入步骤2；若是，进入步骤9；步骤2：通过3D传感器获取人体的7个关节的3维坐标，这7个关节的3维坐标包括左肩关节坐标、右肩关节坐标、肩膀中央关节坐标、臀部中央关节坐标、右肘关节坐标、右腕关节坐标和右手关节坐标，同时还求取这7个关节的跟踪状态；关节的跟踪状态的值有3种：0、1、2，对应着“跟踪”、“推断”、“未跟踪”3种情况；步骤3：确定用户坐标系，利用步骤2获取的7个关节的3维坐标，确定用户坐标系，并基于用户坐标系求4个角度的值，记为角度的测算值，这4个角度包括右臂的右倾角、前后倾角、手肘弯曲角和手腕弯曲角，同时根据关节的跟踪状态确定每个测算值的有效状态；测算值的有效状态取值有2种：1、0，分别表示有效、无效；步骤4：对角度的测算值进行抖动消除处理；步骤5：抖动消除处理的结果，记为角度的平滑值，通过映射过程转化为用于交互的角度值，记为角度的交互值，传递给通信模块；步骤6：通信模块将交互值进行封装，并发送给远程端的交互端；步骤7：交互端根据接收的数据，更新虚拟机械臂的状态；步骤8：返回到步骤2；步骤9：进行映射参数校正处理，完成后进入步骤2；所述的步骤4抖动消除处理包括如下步骤：步骤201：求4个角度的测算值Ag[i]和有效状态M[i]；进行卡尔曼滤波器的预测，获取4个角度的预测值Ap[i]；此处i表示角度i的数据，i取1、2、3、4；令i＝1，转到步骤202；步骤202：若角度i的测算值Ag[i]的有效状态M[i]等于1，转到步骤203；否则，跳到步骤209；步骤203：判断角度i的测算值Ag[i]是否超过上下界Up[i]和Dn[i]，即是否满足条件Ag[i]＞Up[i]或Ag[i]＜Dn[i]，若是，转到步骤204；否则，跳到步骤205；步骤204：将角度i的测算值Ag[i]调整到上下界范围内，即若Ag[i]＞Up[i]，则令Ag[i]＝Up[i]；若Ag[i]＜Dn[i]，则令Ag[i]＝Dn[i]；转到步骤205；步骤205：对角度i的测算值Ag[i]与预测值Ap[i]作差，再求绝对值，结果记为d1：即d1＝|Ag[i]‑Ap[i]|，转到步骤206；步骤206：判断d1是否大于阈值th1，若是，转到步骤207；否则，跳到步骤210；步骤207：求角度i的变化量d2，其中角度i的上时刻的测算值记为Ag'[i]；若Ag'[i]不存在或无效，则令d2＝0°；否则，令d2＝|Ag[i]‑Ag'[i]|，转到步骤208；步骤208：判断d2是否大于阈值th2，若是，转到步骤209；否则，跳到步骤210；步骤209：用角度i的预测值Ap[i]替换其测算值Ag[i]，即令Ag[i]＝Ap[i]，转到步骤210；步骤210：判断i是否等于4，若是，跳到步骤212；否则，转到步骤211；步骤211：令i＝i+1，跳到步骤202；步骤212：以4个角度的测算值Ag[i]作为卡尔曼滤波器的观测结果，进行卡尔曼滤波器的校正，得到抖动消除的结果，记为角度的平滑值A[i]。