基于计算机视觉识别的手势控制机械手臂演示仪的制作方法

本实用新型涉及一种基于计算机视觉识别的手势控制机械手臂演示仪。

背景技术：

随着机器人控制技术的快速发展，各种机器人已广泛应用于工业、农业、科研、教育等诸多领域。现有的控制方式基本上是都是通过鼠标、键盘、触摸屏来实现的，实际操作过程不够直接。计算机视觉中的手势识别是一种通过数学算法来识别人体手势的技术，该技术使用装有多个摄像头的传感器对人手进行三维成像，从而可对手势快速、精准的识别。基于该技术，提出一种手势控制机械手臂的方式，即通过计算机视觉识别技术识别操作者手的动作，从而实现控制机械手臂做出相同动作的目的。既实现了机器人控制方式上的创新，又使人机交互更加自然。但目前还没有广泛的市场应用，因此设计一种演示仪器来展示其在教学应用上的价值。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种基于计算机视觉识别的手势控制机械手臂演示仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型利用手势识别技术通过 Leap Motion传感器获取手臂的空间位置和运动信息，经过计算机三维软件分析处理，将控制节点运动的信息发送给STM32F103单片机，单片机控制各舵机转动实现机械手臂模仿人体手臂运动的目的。本实用新型由手势识别模块、机械控制模块和仿真机械手臂构成，其中手势识别模块包括手势传感器和计算机处理模块，机械控制模块包括STM32F103单片机，舵机控制板、MG995舵机和电源适配器。

具体实施方式：将仿真机械手臂固定在距桌面一定高度的支架上，将手势传感器放置于水平桌面上，STM32F103固定在水平桌面，并与舵机驱动板和仿真机械手臂相连。装置工作时，电源适配器将220V交流电转换为12V和5V直流电为系统供电。把手臂放在手势传感器的正上方，手势传感器自动探测到人体手臂并实时获取手臂的位置和动作信息，并将这些信息发送给计算机，计算机利用OpenGL软件进行分析处理，识别手势并构建出以掌心为原点的人体手臂三维结构。随着人体手势的变化，手势传感器识别到手臂运动并采集运动信息，通过USB数据线将采集到的信息发送给计算机，计算机对信息分析处理并发送给STM32单片机，单片机根据处理后的信息控制舵机驱动板，舵机驱动板控制仿真机械手臂各处的舵机运动，使仿真机械手臂的手势和人体手势相同，实现通过手势控制机械手臂运动的演示。

本实用新型的有益效果是：采用计算机视觉的手势识别技术，实现了用手势就可以控制机械手臂运动，使机械手臂的控制方式更加灵活多样，人机交互更加自然。该演示仪操作简单方便，能够直观的展示计算机视觉手势识别技术，具有较强的演示效果。

附图说明

图1为仿真机械手臂舵机布局图

图2为计算机视觉识手势控制电路整体布局图

具体实施方式

下面结合附图本实用新型的具体结构作进一步说明。

图1为仿真机械手臂舵机布局图图中：1-仿真机械手臂，2-舵机。

图2为计算机视觉识别手势控制电路整体布局图图中：3-支架，4-手势传感器，5-5V 和12V电源适配器，6-计算机，7-STM32F103，8-舵机驱动板。

具体实施方式：将仿真机械手臂1固定在距桌面一定高度的支架3上，将手势传感器4 放置于水平桌面上，STM32F103 7固定在水平桌面，并与舵机驱动板8和仿真机械手臂相连。装置工作时，电源适配器5将220V交流电转换为12V和5V直流电为系统供电。把手臂放在手势传感器4的正上方，手势传感器自动探测到人体手臂并实时获取手臂的位置和动作信息，并将这些信息发送给计算机6，计算机利用OpenGL软件进行分析处理，识别手势并构建出以掌心为原点的人体手臂三维结构。随着人体手势的变化，手势传感器识别到手臂运动并采集运动信息，通过USB数据线将采集到的信息发送给计算机，计算机对信息分析处理并发送给STM33F103单片机，单片机根据处理后的信息控制舵机驱动板，舵机驱动板控制仿真机械手臂各处的舵机2运动，使仿真机械手臂的手势和人体手势相同，实现通过手势控制仿真机械手臂运动的演示。

本实用新型实现了手势传感器捕获人体手势并远程控制仿真机械手动作，能直观的演示手势识别及控制技术，操作简单方便，演示效果直观，以仿真机械手做出和人体手势同样动作的方式进行演示，增强了手势识别和控制演示的趣味性和可操作性。同时本演示仪适用范围广，手势识别还原精度高，提高了学生对计算机视觉识别的认知和了解，在实际应用中取得了良好的教学效果。