[发明专利]一种手势控制的轮式移动机器人及其操作方法

摘要

本发明一种手势控制的轮式移动机器人及其操作方法，涉及机器人领域，包括移动运行部分和远程控制部分；其中，移动运行部分包括一个三层的铝合金型材架构、Kinect摄像头、嵌入式无风扇工控机、无刷直流电机控制器、锂电池、两个驱动轮和一个万向轮，远程控制部分由一个连接了Leap Motion体感控制器的笔记本电脑组成，其操作方法是利用Leap Motion体感控制器进行手势识别并以特定的手势进行远程控制。本发明克服了现有的轮式移动机器人技术中不能通过识别远程控制者的手势向机器人发出运动指令，远程控制者与机器人之间的人机交互手段生硬而不自然的缺陷。

主权项

1.一种手势控制的轮式移动机器人的操作方法，其特征在于步骤如下：A.手势控制的轮式移动机器人的构成：所用的手势控制的轮式移动机器人的构成包括移动运行部分和远程控制部分；其中，移动运行部分包括一个三层的铝合金型材架构、Kinect摄像头、嵌入式无风扇工控机、无刷直流电机控制器、锂电池、两个驱动轮和一个万向轮；无刷直流电机控制器和锂电池被置于三层的铝合金型材架构的底层，两个驱动轮分别安置在三层的铝合金型材架构的底层底盘左右两侧，万向轮安置在三层的铝合金型材架构的底层底盘后方，三个轮子安装在同一水平面并位于同一圆周上，嵌入式无风扇工控机固定在铝合金型材架构的中间一层，Kinect摄像头固定在三层的铝合金型材架构的最顶层；Kinect摄像头通过USB接口与嵌入式无风扇工控机相连，嵌入式无风扇工控机与无刷直流电机控制器用线路相连，无刷直流电机控制器用线路连接两个驱动轮对应的两个无刷直流轮毂电机；远程控制部分由一个连接了Leap Motion体感控制器的笔记本电脑组成，Leap Motion体感控制器放置于笔记本电脑的正前方；移动运行部分中的嵌入式无风扇工控机通过无线网卡连接到无线路由器，并将其设置为虚拟服务器通过建立socket套接字与远程控制部分中的笔记本电脑实现WIFI数据通信；上述的嵌入式无风扇工控机采用windows操作系统，将Kinect摄像头采集到的彩色图像和深度图像进行JPEG压缩之后传递给远程控制部分中的笔记本电脑，又通过USB接口连接一个USB转CAN总线模块，该USB转CAN总线模块通过CAN总线连接无刷直流电机控制器，USB转CAN总线模块向无刷直流电机控制器上的一个固定的CAN总线地址发送一个8字节16进制数的电机控制指令，分别控制两个驱动轮对应的右和左两个无刷直流轮毂电机的转速和转动方向，具体的说是前四个字节的数值大小控制右无刷直流轮毂电机的运动，后四个字节的数值大小控制左无刷直流轮毂电机的运动；上述的Leap Motion体感控制器，其上方设置有一个倒圆台形的工作区域，并对工作区域内平行于水平面的圆形横截面划分为：上弧形指令区域、右弧形指令区域、下弧形指令区域、左弧形指令区域和中心小圆形指令区域；B.手势控制的轮式移动机器人的操作方法：第一步，进入远程手势控制模式：将上述A.手势控制的轮式移动机器人的移动运行部分中的嵌入式无风扇工控机通过无线网卡连接到无线路由器，并将其设置为虚拟服务器通过建立socket套接字与远程控制部分中的笔记本电脑实现WIFI数据通信，将该笔记本电脑也连接到无线路由器，该笔记本电脑运行机器人控制程序，建立与移动运行部分之间的socket套接字连接，利用WIFI建立数据通信传输通道，远程控制部分中的Leap Motion体感控制器放置于笔记本电脑的正前方，机器人远程控制者需要将其手掌放到上述Leap Motion体感控制器的倒圆台形的工作区域，由此进入远程手势控制模式；第二步，对移动运行部分进行远程控制：（2.1）当进入远程手势控制模式时，远程控制部分首先判断Leap Motion体感控制器是否检测到机器人远程控制者的手，当检测不到机器人远程控制者的手时，则向移动运行部分发出停止指令；当检测到机器人远程控制者的手时，则继续进行下述判断；（2.2）远程控制部分从Leap Motion体感控制器的Hand属性中读取检测到的机器人远程控制者的手的个数，当手的个数大于一个时，则向移动运行部分发出停止指令，当手的个数等于一个，则继续进行下述判断；（2.3）远程控制部分判断上述（2.2）步的一个手的手掌是否处于握拳状态，当该手掌不处于握拳状态时，则向移动运行部分发出停止运动的指令；当该手掌处于握拳状态时，则继续进行下述判断；（2.4）远程控制部分判断上述（2.3）步的握拳状态的手掌中心的位置：当机器人远程控制者握拳状态的手掌中心的位置位于Leap Motion体感控制器的工作区域内平行于水平面的圆形横截面的上弧形指令区域时，远程控制部分向移动运行部分发出前进指令，当机器人远程控制者握拳状态的手掌中心的位置位于Leap Motion体感控制器的工作区域内平行于水平面的圆形横截面的右弧形指令区域时，远程控制部分将向移动运行部分发出右转指令；当机器人远程控制者握拳状态的手掌中心的位置位于Leap Motion体感控制器的工作区域内平行于水平面的圆形横截面的下弧形指令区域时，远程控制部分将向移动运行部分发出后退指令；当机器人远程控制者握拳状态的手掌中心的位置位于Leap Motion体感控制器的工作区域内平行于水平面的圆形横截面的左弧形指令区域时，远程控制部分将向移动运行部分发出左转指令，当机器人远程控制者握拳状态的手掌中心的位置位于Leap Motion体感控制器的工作区域内平行于水平面的圆形横截面的中心小圆形指令区域时，远程控制部分将向移动运行部分发送停止指令；（2.5）返回（2.1）循环对移动运行部分进行远程控制。