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什么是体感机器人?体感机器人也可以称为随动机器人,更直观地说,就像电影《铁甲钢拳》中的学习型机器人一样(见图1)。 《铁甲钢拳》的剧情是:在不远的未来,拳击运动已经被高科技的机器人互博取代了,人类不用亲自上场比赛,而是操纵机器人在赛场上厮杀。查理·肯顿因为输了比赛,所以活得穷困潦倒。不服输的儿子麦克斯鼓动查理去废弃机器人仓库找零件自己做机器人参加比赛,他们没有找到多少零件,但是意外地发现了一个陪练机器人。这个陪练机器人被起名为亚当。亚当没有实战经验,一开始查理带它去打各种小型赛事筹集金钱,而亚当被打得“满地找铁”。麦克斯发现这样不行,让查理教亚当拳击技巧。亚当也是个聪明的机器人,能够惟妙惟肖地模仿出查理的所有动作。后来亚当成了常胜将军,变成了世界知名的机器人拳击手。 影片最吸引人的就是这个聪明的亚当,它真是无所不能,各种动作的学习十分到位。这种机器人具有实时分析人体运动并将其真实还原的能力,并且它还会不断学习,强化动作完成的精准度。 我们从以上表现分析,机器人亚当一定要具有以下能力: 1. 是基于视觉的双足机器人; 2. 具有高速的伺服电机控制器; 3. 是一个闭环控制系统; 4. 具有人体骨骼分析算法及视觉跟踪算法; 5. 具有优秀的人体运动学算法; 6. 具有较强大的数据处理能力; 7. 具有高速的无线信息传输能力; 8. 具有学习能力; 9. 自身携带的电池能提供足够多的能量; 10. 可以人为控制地脱离及取得控制权。所以在《铁甲钢拳》中,亚当才会表现得如此出众而又不可思议。 这里我根据自己的理论知识简单设计了一个机器人 , 通过硬件连接与程序算法的设计实现了部分功能 , 但还不是很完善 . 下面就是设计时所画出的草图。 图2以草图的形式描述了如果要做一个真实的亚当,亚当应该具有的基本功能和特性。大致思路为将体感传感器检测到的人体参数传递给微型计算机,计算机会通过各种算法解析出舵机控制器所需要的控制命令。 根据以上理论我初步实现了基于Kinect体感控制的远程随动机器人控制系统,机器人可以忠实映射人体动作(见图3)。 本机器人控制系统基于Kinect体感传感器设计,由人体发出命令,经过PC解析人体传来的信息建立模型,控制双足机器人运动。系统的工作原理、软硬件关系的如图4所示。 控制系统的软件分为上位机(PC)、下位机两部分,如图5所示。 对于PC端,所有软件的开发都基于Kinect SDK体感传感器开发包。SimpleOpenNI是基于SDK开发设计的第三方开发库,该库的设计基于微软Kinect驱动程序,使用时有一些与Kinect SDK不同的地方,用法更为简单、便捷,并且该库支持iOS、Linux 操作系统。本设计为人体建立三维、二维模型,并设计开发运动算法,通过建立人体关键节点模型的方法解析双足机器人动态、静态的步态。 在机器人控制系统中,Arduino对来自Wi-Fi的网络数据进行解析,然后驱动PCA9685产生PWM,继而驱动机器人的舵机,从而实现运动控制。Arduino还要驱动姿态传感器,主动获取机器人所处状态。 |
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