基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹跟踪

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1、分类号：TP24密级：UDC：621编号：201431204048河北工业大学硕士学位论文基于Kinect的双臂机器人动作模拟与轨迹跟踪论文作者：周彤彤学生类别：全日制学科门类：工程硕士学科专业：机械工程指导教师：刘更谦职称：教授资助基金项目：国家科技支撑项目“先进机器人展品展览关键技术研究”DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechatronicEngineeringDUAL-ARMROBOTMOTIONSIMULA

2、TIONANDTRAJECTORYTRACKINGBASEDONKINECTbyZhouTongtongSupervisor:Prof.LiuGengqianMay2017ThisworkissupportedbytheNationalscienceandtechnologysupportproject"AdvancedRobotExhibitionExhibitsKeyTechnologyResearch"No.2015BAK35B00.摘要机器人是人类历史上最有创造性的发明之一。双臂机器人结构模拟人体的上肢，能够更有效

3、的对人类的某些动作进行模拟并最大可能的实现其功能。针对传统机械臂控制不尽自然、轨迹规划过程繁琐等缺点，一种新兴的人机交互方法——体态感知技术逐渐兴起。体态感知设备Kinect具有良好的性能和低廉的价格，基于Kinect研究双臂机器人的动作模拟与轨迹跟踪具有很强的理论意义及良好的应用价值。通常双臂仿生机器人设计是基于人体结构进行的。由于人体手臂与机器人手臂存在一定的比例关系，且人体大臂与小臂之间的比例关系和机器人大臂与小臂之间的比例关系同样存在差异，所以在完成动作模拟的同时不能保证末端运动轨迹一致。有鉴于此本文从两个方面出发

4、对Kinect在双臂机器人上的应用进行了研究分析。一是动作模拟，即机器人双臂模拟人双臂的动作，如对双臂机器人进行舞蹈动作编排。首先，用Kinect采集人体双臂位置信息，经USB接口传送至电脑，然后运用空间向量法计算出各个关节的转角，并通过无线模块发送给下位机，再通过CAN总线将控制信号输入到机器人的电机驱动器中，完成双臂机器人对双臂动作的模拟，从而实现良好的人机交互体验。二是轨迹跟踪，使双臂机器人和人的手臂末端完成相同的运动轨迹，从而完成给定的任务，例如示教、物体抓取移动等。在轨迹跟踪过程中，人的手臂按照一定轨迹运动，采用

5、Kinect对人手末端点进行实时位置追踪；然后对双臂机器人进行正、逆运动学分析，采用一定的插值法对机器人关节空间进行轨迹规划；然后将控制信号发送至下位机，完成轨迹跟踪。本文对上述两个应用场景分别进行了实验验证，结果表明，基于Kinect的双臂机器人既可以自然的进行人机交互，又可以按照人体示教完成一定的任务，验证了基于Kinect实现双臂机器人动作模拟与轨迹跟踪的可行性，同时对该机器人后续功能的开发和拓展具有一定的借鉴意义。关键词：Kinect双臂机器人动作模拟轨迹跟踪IABSTRACTRobotisoneofthemost

6、creativeinventionsthroughouthistory.Dual-armrobotstructuresimitateupperlimbofthehumanbody,consequently,therobotcansimulateactionsofhumanmoreeffectivelyandachievefunctionsatthegreatestpossibility.Howerver,conventionalmechanicalarmcontrolisunnaturalandtrajectoryplan

7、ningprocessiscomplex.Postureperceptiontechnologyisanewmethodforhuman-computerinteraction.Asapostureperceptiondevice,Kinecthasgoodperformanceandlowprice,thereforeithasstrongtheoreticalsignificanceandpracticalapplicationvaluetoresearchesonmotionsimulationandtrajecto

8、rytrackingofdual-armrobots.Usually,robotswithtwoarmsaredesignedwiththestructureofhumanbody.Duetotheexistenceofacertainproportionofthehumanarmandtherobot