[发明专利]一种机器人头部手势控制方法及系统

权利要求书

1.一种机器人头部手势控制方法，其特征在于，所述方法包括：

识别被测人员手部的手势形状，获得所述手势形状识别结果；所述手势形状识别结果包括第一手势形状、第二手势形状和第三手势形状；所述识别被测人员手部的手势形状，获得所述手势形状识别结果，具体包括：

获取所述被测人员手部的彩色图像和深度图像；

根据所述彩色图像和所述深度图像得到手势前景图，具体包括：

采用阈值分割算法对所述深度图像进行处理，提取灰度值在设定范围内的图像区域作为前景区域；根据所述前景区域在所述彩色图像中的对应位置获得所述前景区域的彩色图像；根据肤色特征建立直方图；将所述前景区域的彩色图像转换到对应的颜色空间；根据所述直方图在所述颜色空间内进行反向投影得到概率图；采用形态学腐蚀膨胀算法和阈值分割算法对所述概率图进行去噪处理，得到所述手势前景图；

采用阈值分割算法对所述深度图像进行处理，提取灰度值在设定范围内的图像区域作为前景区域，具体方法为：遍历所述深度图像，将灰度值处于设定范围内的像素亮度保留，处于设定范围外的像素置为0，将所述前景区域从整幅所述深度图像内分割出来；

所述前景区域就是所述被测人员手部的图像区域，提取灰度值在设定范围内的图像区域作为前景区域后，根据所述前景区域在所述深度图像中的位置，对照着所述彩色图像中相同的区域得到所述前景区域的彩色图像；然后再按照肤色分割图像，去除其他不是肤色的物体，获得所述手势前景图；

根据所述手势前景图识别出所述被测人员的手势形状，获得所述手势形状识别结果；

当所述手势形状识别结果为所述第一手势形状时，将所述机器人中设置的跟踪标志位置位，触发所述机器人进入跟踪准备状态，准备开始跟踪所述被测人员的手部动作；

当所述手势形状识别结果为所述第二手势形状且所述跟踪标志位已被置位时，所述机器人跟踪所述被测人员的手部动作进行头部旋转运动；所述当所述手势形状识别结果为所述第二手势形状且所述跟踪标志位已被置位时，所述机器人跟踪所述被测人员的手部动作进行头部旋转运动，具体包括：

根据所述概率图确定所述机器人头部的旋转方向；首先，在所述概率图内定义任一点的坐标为(x，y)，(x，y)点的灰度值为p(x，y)，所述概率图的p+q阶几何矩为：

则：

M₀₀＝Σp(x,y) (2)

M₁₀＝∑xp(x,y) (3)

M₀₁＝∑yp(x,y) (4)

所述第二手势形状在所述概率图内的重心P_c(x_c,y_c)为：

其中，x_c表示所述重心的x坐标，y_c表示所述重心的y坐标；

定义当前图像平面为图像的状态空间，所述图像平面为根据所述图像传感器分辨率定义的平面，所述图像和所述图像平面与所述图像传感器的分辨率相同；则当前的所述状态空间为：

X＝(x_c,y_c)^T (7)

在所述状态空间内定义稳态空间为Ωs，

其中，u_w表示所述状态空间的宽度，β表示比例系数，且β为取值小于二分之一的正数，v_h表示所述状态空间的高度；

根据所述概率图计算当前所述第二手势形状在所述状态空间中的坐标；根据所述坐标与所述稳态空间边界之间的相对位置关系，确定所述机器人头部的旋转方向；

根据所述概率图计算所述机器人头部的水平旋转速度和竖直旋转速度；

根据所述旋转方向、所述水平旋转速度和所述竖直旋转速度控制所述机器人头部按照所述旋转方向和所述水平旋转速度进行水平旋转，按照所述旋转方向和所述竖直旋转速度进行竖直旋转；

当所述手势形状识别结果为所述第三手势形状时，将所述跟踪标志位清零，停止所述机器人的所述头部旋转运动，所述机器人头部固定于停止位置；

所述跟踪标志位是对所述机器人运动的一种保护设置，机器人进行旋转运动前都会检测所述跟踪标志位是否置位，若无置位，所述机器人不会执行运动指令，即不会跟踪所述被测人员的手部动作进行旋转运动；

所述机器人是面向中医旋转类手法培训的培训机器人，所述机器人用来模拟颈椎病人以为医生提供练习平台；所述培训机器人头颈部具有两个关节，其中第一关节可以水平旋转，第二关节可以竖直旋转，并且具有一种变刚度的结构模拟人体颈椎。