基于LeapMotion的自然手势交互技术在工业机器人示教中的研究

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1、工程硕士学位论文基于LeapMotion的自然手势交互技术在工业机器人示教中的研究作者姓名陈畅工程领域工业设计工程校内指导教师陈亮副教授校外指导教师周雪峰副研究员所在学院设计学院论文提交日期2018年5月`ResearchonnaturalgestureinteractiontechnologybasedonLeapMotioninindustrialRobotteachingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenChangSu

2、pervisor：AssociateProf.ChenLiangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China摘要人机交互(Human-ComputerInteraction,HCI)是研究人与系统及其相互作用的技术，其研究目的在于利用所有可能的信息通道进行人-机交流，提高交互的自然性和高效性。当今机器人已经融入到我们生活中，在机器人人机交互中信息的交互量非常大，所以对机器人人机交互的研究意义重大，自然人机交互是一种新的交互思想，自然人机交互方式能让我们

3、更加直接有效的与机器人打交道，让人与机器人的交流如同人与人之间交流一样自然直接，目前工业机器人示教过程较为复杂，为了减小工业机器人示教中示教者的学习认知负担，本文提出了一种基于自然手势交互的工业机器人示教方案，主要完成了以下工作：（1）分析自然人机交互中的手势交互相比于其它交互方式所具有的优势，引入自然手势交互方法来示教工业机器人，解决传统机器人示教门槛较高的问题。（2）从设计学的角度入手，分析手势示教交互中的交互需求，提出了基于心智模型的示教手势设计方法，分别从示教者端和机器人端进行心智信息的提取和

4、匹配，导出了示教手势的设计策略。（3）针对工业机器人的搬运作业设计了一套示教手势交互模型，确定了六种手势示教动作。（4）运用了KNN聚类算法实现了对示教手势动作的分类，手势分类成功率达到了96%，使用了动态映射方法将示教手势动作成功的映射到了工业机器人中，实现了示教手势对工业机器人的灵活控制。（5）在手势示教实践部分，课题运用LeapMotion与工业机器人搭建了手势示教平台，设计了三个实验来对手势示教平台进行测试和评估，分别是示教交互用户体验试验、手势示教实际案例实验和示教方式的对比性实验。课题中的

5、手势示教交互系统在实际测试效果中表现良好，尤其在示教交互性和示教者学习效率上都有了明显的提升，验证了基于心智信息的交互设计方法能够有效的指导手势示教交互系统的设计。关键词：自然交互；LeapMotion；心智模型；手势示教；`IABSTRACTHuman-ComputerInteraction(HCI)isatechnologyforthestudyofhumanandsystemandtheirinteraction.Thepurposeofthestudyistouseallpossibleinf

6、ormationchannelsforHuman-to-ComputerCommunication.Toimprovethenaturalnessandefficiencyofinteraction.Therobothasbeenintegratedintoourlives,NaturalHumanComputerinteractionresearchissignificance.NaturalHumanComputerwillgiveusamoredirectandeffectivetoCommun

7、icationwiththerobot,peopleandrobotcommunicationsuchascommunicationbetweenpeopleandnatureasdirectly.ThispaperpresentsanIntelligentIuman-ComputerInteractionmodelforrobottheresearchaimsatamorenaturalwayofhuman-computerinteraction.(1)Thispaperanalyzedtheadv

8、antagesofhandgestureinteractioninnaturalhuman-computerinteractionincomparisonwithotherinteractivemethods,solvetheproblemofhigherthresholdoftraditionalrobotteaching,andusenaturalgesturestoperformtheactionsofgrasping,moving,placing