一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人及其操作方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人及其操作方法，涉及機(jī)器人領(lǐng)域，包括移動(dòng)運(yùn)行部分和遠(yuǎn)程控制部分；其中，移動(dòng)運(yùn)行部分包括一個(gè)三層的鋁合金型材架構(gòu)、Kinect攝像頭、嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、鋰電池、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)萬(wàn)向輪，遠(yuǎn)程控制部分由一個(gè)連接了Leap?Motion體感控制器的筆記本電腦組成，其操作方法是利用Leap?Motion體感控制器進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別并以特定的手勢(shì)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)克服了現(xiàn)有的輪式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)中不能通過(guò)識(shí)別遠(yuǎn)程控制者的手勢(shì)向機(jī)器人發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，遠(yuǎn)程控制者與機(jī)器人之間的人機(jī)交互手段生硬而不自然的缺陷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)方案涉及機(jī)器人，具體地說(shuō)是一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人及其操作方法。
技術(shù)介紹
目前，公知的輪式移動(dòng)機(jī)器人大多由機(jī)械部分、傳感部分和遠(yuǎn)程控制部分三部分組成。通過(guò)控制部分向輪式移動(dòng)機(jī)器人發(fā)出控制指令，輪式移動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械部分根據(jù)指令移動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)機(jī)器人的傳感部分探測(cè)和感知周?chē)h(huán)境的信息并展示給移動(dòng)機(jī)器人的操作者。但是，一般的輪式機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)大多需要操縱者手動(dòng)控制操縱手柄或者利用遠(yuǎn)程控制控制界面屏幕上的按鈕來(lái)控制輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，不能夠識(shí)別人的手勢(shì)，無(wú)法通過(guò)讀取特定手勢(shì)信息從而控制輪式移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，人機(jī)交互手段不夠自然友好。現(xiàn)有技術(shù)中：CN104175308A公開(kāi)了一種“自主服務(wù)機(jī)器人”，利用WIFI模塊，使機(jī)器人本體和PC機(jī)建立連接，利用WIFI視頻進(jìn)行視頻傳輸，PC機(jī)向機(jī)器人發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令。但是其遠(yuǎn)程控制的手段依然是上述的傳統(tǒng)方法，不能通過(guò)識(shí)別遠(yuǎn)程控制者的手勢(shì)向機(jī)器人發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，遠(yuǎn)程控制者與機(jī)器人之間的人機(jī)交互手段生硬而不自然；CN204731580U展示了“一種非觸摸式手勢(shì)控制機(jī)器人”，采用4x4排列的紅外矩陣來(lái)識(shí)別人的手勢(shì)動(dòng)作，控制機(jī)器人做出相應(yīng)的動(dòng)作，其使用的紅外矩陣采集手勢(shì)信息的精度有限，并且其所述的機(jī)器人并非輪式機(jī)器人，也沒(méi)有提出用于輪式移動(dòng)機(jī)器人的手勢(shì)控制方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人及其操作方法，是一種利用LeapMotion體感控制器進(jìn)行手勢(shì)識(shí)別并以特定的手勢(shì)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，克服了現(xiàn)有的輪式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)中不能通過(guò)識(shí)別遠(yuǎn)程控制者的手勢(shì)向機(jī)器人發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，遠(yuǎn)程控制者與機(jī)器人之間的人機(jī)交互手段生硬而不自然的缺陷。本專(zhuān)利技術(shù)解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，包括移動(dòng)運(yùn)行部分和遠(yuǎn)程控制部分；其中，移動(dòng)運(yùn)行部分包括一個(gè)三層的鋁合金型材架構(gòu)、Kinect攝像頭、嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、鋰電池、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)萬(wàn)向輪；無(wú)刷直流電機(jī)控制器和鋰電池被置于三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別安置在三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層底盤(pán)左右兩側(cè)，萬(wàn)向輪安置在三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層底盤(pán)后方，三個(gè)輪子安裝在同一水平面并位于同一圓周上，嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)固定在鋁合金架構(gòu)的中間一層，Kinect攝像頭固定在三層的鋁合金型材架構(gòu)的最頂層；Kinect攝像頭通過(guò)USB接口與嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)相連，嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)與無(wú)刷直流電機(jī)控制器用線路相連，無(wú)刷直流電機(jī)控制器用線路連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的兩個(gè)無(wú)刷直流輪轂電機(jī)；遠(yuǎn)程控制部分由一個(gè)連接了LeapMotion體感控制器的筆記本電腦組成，LeapMotion體感控制器放置于筆記本電腦的正前方；移動(dòng)運(yùn)行部分中的嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡連接到無(wú)線路由器，并將其設(shè)置為虛擬服務(wù)器通過(guò)建立socket套接字與遠(yuǎn)程控制部分中的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)WIFI數(shù)據(jù)通信。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，所述的Kinect攝像頭能夠同時(shí)采集彩色圖像和深度圖像。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，所述的嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)采用windows操作系統(tǒng)，將Kinect攝像頭采集到的彩色圖像和深度圖像進(jìn)行JPEG壓縮之后傳遞給遠(yuǎn)程控制部分中的筆記本電腦，又通過(guò)USB接口連接一個(gè)USB轉(zhuǎn)CAN總線模塊，該USB轉(zhuǎn)CAN總線模塊通過(guò)CAN總線連接無(wú)刷直流電機(jī)控制器，USB轉(zhuǎn)CAN總線模塊向無(wú)刷直流電機(jī)控制器上的一個(gè)固定的CAN總線地址發(fā)送一個(gè)8字節(jié)16進(jìn)制數(shù)的電機(jī)控制指令，分別控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的兩個(gè)無(wú)刷直流輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，具體的說(shuō)是前四個(gè)字節(jié)的數(shù)值大小控制右無(wú)刷直流輪轂電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，后四個(gè)字節(jié)的數(shù)值大小控制左無(wú)刷直流輪轂電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，所述的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪均是獨(dú)立的采用帶有霍爾效應(yīng)傳感器的無(wú)刷直流輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，所述的鋰電池的電壓為12V。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，所述的LeapMotion體感控制器，其上方設(shè)置有一個(gè)倒圓臺(tái)形的工作區(qū)域，并對(duì)工作區(qū)域內(nèi)平行于水平面的圓形橫截面劃分為：上弧形指令區(qū)域、右弧形指令區(qū)域、下弧形指令區(qū)域、左弧形指令區(qū)域和中心小圓形指令區(qū)域。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，所涉及的零部件均通過(guò)公知途徑獲得，其安裝和連接方法是本
的技術(shù)人員能夠掌握的。上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人的操作方法，步驟如下：第一步，進(jìn)入遠(yuǎn)程手勢(shì)控制模式：將上述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)運(yùn)行部分中的嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡連接到無(wú)線路由器，并將其設(shè)置為虛擬服務(wù)器通過(guò)建立socket套接字與遠(yuǎn)程控制部分中的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)WIFI數(shù)據(jù)通信，將該筆記本電腦也連接到無(wú)線路由器，該筆記本電腦運(yùn)行機(jī)器人控制程序，建立與移動(dòng)運(yùn)行部分之間的socket套接字連接，利用WIFI建立數(shù)據(jù)通信傳輸通道，遠(yuǎn)程控制部分中的LeapMotion體感控制器放置于筆記本電腦的正前方，機(jī)器人遠(yuǎn)程控制者需要將其手掌放到上述LeapMotion體感控制器的倒圓臺(tái)形的工作區(qū)域，由此進(jìn)入遠(yuǎn)程手勢(shì)控制模式；第二步，對(duì)移動(dòng)運(yùn)行部分進(jìn)行遠(yuǎn)程控制：(2.1)當(dāng)進(jìn)入遠(yuǎn)程手勢(shì)控制模式時(shí)，遠(yuǎn)程控制部分首先判斷LeapMotion體感控制器是否檢測(cè)到機(jī)器人遠(yuǎn)程控制者的手，當(dāng)檢測(cè)不到機(jī)器人控制者的手時(shí)，則向移動(dòng)運(yùn)行部分發(fā)出停止指令；當(dāng)檢測(cè)到機(jī)器人控制者的手時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行下述判斷；(2.2)遠(yuǎn)程控制部分從LeapMotion體感控制器的Hand屬性中讀取檢測(cè)到的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制者的手的個(gè)數(shù)，當(dāng)手的個(gè)數(shù)大于一個(gè)時(shí)，則向移動(dòng)運(yùn)行部分發(fā)出停止指令，當(dāng)手的個(gè)數(shù)等于一個(gè)，則繼續(xù)進(jìn)行下述判斷；(2.3)遠(yuǎn)程控制部分判斷上述(2.2)步的一個(gè)手的手掌是否處于握拳狀態(tài)，當(dāng)該手掌不處于握拳狀態(tài)時(shí)，則向移動(dòng)運(yùn)行部分發(fā)出停止運(yùn)動(dòng)的指令；當(dāng)該手掌處于握拳狀態(tài)時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行下述判斷；(2.4)遠(yuǎn)程控制部分判斷上述(2.3)步的握拳狀態(tài)的手掌中心的位置：當(dāng)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制者握拳狀態(tài)的手掌中心的位置位于LeapMotion體感控制器的工作區(qū)域內(nèi)平行于水平面的圓形橫截面的上弧形指令區(qū)域時(shí)，遠(yuǎn)程控制部分向移動(dòng)運(yùn)行部分發(fā)出前進(jìn)指令，當(dāng)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制者握拳狀態(tài)的手掌中心的位置位于LeapMotion體感控制器的工作區(qū)域內(nèi)平行于水平面的圓形橫截面的右弧形分指令區(qū)域時(shí)，遠(yuǎn)程控制部分將向移動(dòng)運(yùn)行部分發(fā)出右轉(zhuǎn)指令；當(dāng)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制者握拳狀態(tài)的手掌中心的位本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：包括移動(dòng)運(yùn)行部分和遠(yuǎn)程控制部分；其中，移動(dòng)運(yùn)行部分包括一個(gè)三層的鋁合金型材架構(gòu)、Kinect攝像頭、嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、鋰電池、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)萬(wàn)向輪；無(wú)刷直流電機(jī)控制器和鋰電池被置于三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別安置在三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層底盤(pán)左右兩側(cè)，萬(wàn)向輪安置在三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層底盤(pán)后方，三個(gè)輪子安裝在同一水平面并位于同一圓周上，嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)固定在鋁合金架構(gòu)的中間一層，Kinect攝像頭固定在三層的鋁合金型材架構(gòu)的最頂層；Kinect攝像頭通過(guò)USB接口與嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)相連，嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)與無(wú)刷直流電機(jī)控制器用線路相連，無(wú)刷直流電機(jī)控制器用線路連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的兩個(gè)無(wú)刷直流輪轂電機(jī)；遠(yuǎn)程控制部分由一個(gè)連接了Leap?Motion體感控制器的筆記本電腦組成，Leap?Motion體感控制器放置于筆記本電腦的正前方；移動(dòng)運(yùn)行部分中的嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡連接到無(wú)線路由器，并將其設(shè)置為虛擬服務(wù)器通過(guò)建立socket套接字與遠(yuǎn)程控制部分中的筆記本電腦實(shí)現(xiàn)WIFI數(shù)據(jù)通信。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：包括移動(dòng)運(yùn)行部分和遠(yuǎn)程控制部分；
其中，移動(dòng)運(yùn)行部分包括一個(gè)三層的鋁合金型材架構(gòu)、Kinect攝像頭、嵌入式無(wú)風(fēng)扇工
控機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)控制器、鋰電池、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)萬(wàn)向輪；無(wú)刷直流電機(jī)控制器和
鋰電池被置于三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪分別安置在三層的鋁合金型材架
構(gòu)的底層底盤(pán)左右兩側(cè)，萬(wàn)向輪安置在三層的鋁合金型材架構(gòu)的底層底盤(pán)后方，三個(gè)輪子
安裝在同一水平面并位于同一圓周上，嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)固定在鋁合金架構(gòu)的中間一
層，Kinect攝像頭固定在三層的鋁合金型材架構(gòu)的最頂層；Kinect攝像頭通過(guò)USB接口
與嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)相連，嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)與無(wú)刷直流電機(jī)控制器用線路相連，無(wú)
刷直流電機(jī)控制器用線路連接兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的兩個(gè)無(wú)刷直流輪轂電機(jī)；遠(yuǎn)程控制部分由
一個(gè)連接了LeapMotion體感控制器的筆記本電腦組成，LeapMotion體感控制器放置于
筆記本電腦的正前方；移動(dòng)運(yùn)行部分中的嵌入式無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡連接到無(wú)線路
由器，并將其設(shè)置為虛擬服務(wù)器通過(guò)建立socket套接字與遠(yuǎn)程控制部分中的筆記本電腦
實(shí)現(xiàn)WIFI數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述的Kinect
攝像頭能夠同時(shí)采集彩色圖像和深度圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述的嵌入式
無(wú)風(fēng)扇工控機(jī)采用windows操作系統(tǒng)，將Kinect攝像頭采集到的彩色圖像和深度圖像進(jìn)
行JPEG壓縮之后傳遞給遠(yuǎn)程控制部分中的筆記本電腦，又通過(guò)USB接口連接一個(gè)USB轉(zhuǎn)
CAN總線模塊，該USB轉(zhuǎn)CAN總線模塊通過(guò)CAN總線連接無(wú)刷直流電機(jī)控制器，USB轉(zhuǎn)CAN
總線模塊向無(wú)刷直流電機(jī)控制器上的一個(gè)固定的CAN總線地址發(fā)送一個(gè)8字節(jié)16進(jìn)制數(shù)
的電機(jī)控制指令，分別控制兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對(duì)應(yīng)的兩個(gè)無(wú)刷直流輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，
具體的說(shuō)是前四個(gè)字節(jié)的數(shù)值大小控制右無(wú)刷直流輪轂電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，后四個(gè)字節(jié)的數(shù)值大
小控制左無(wú)刷直流輪轂電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述的兩個(gè)驅(qū)
動(dòng)輪均是獨(dú)立的采用帶有霍爾效應(yīng)傳感器的無(wú)刷直流輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述的鋰電池
的電壓為12V。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)機(jī)器人，其特征在于：所述的Leap
Motion體感控制器，其上方設(shè)置有一個(gè)倒圓臺(tái)形的工作區(qū)域，并對(duì)工作區(qū)域內(nèi)平行于水
平面的圓形橫截面劃分為：上弧形指令區(qū)域、右弧形指令區(qū)域、下弧形指令區(qū)域、左弧形
指令區(qū)域和中心小圓形指令區(qū)域。
7.權(quán)利要求1所述一種手勢(shì)控制的輪式移動(dòng)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊鵬，蔡俊奇，孫昊，王碩鵬，張高巍，梁永利，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：河北工業(yè)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：天津;12