基于Kinect的機(jī)械臂增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教研究.pdf

1、機(jī)器人在工業(yè)制造、軍事、娛樂(lè)、醫(yī)療等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。早期的機(jī)器人只從事一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)化生產(chǎn)任務(wù)，在線(xiàn)示教編程可以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。隨著社會(huì)發(fā)展，機(jī)器人工作任務(wù)日趨復(fù)雜，由于在線(xiàn)示教編程過(guò)程必須依賴(lài)實(shí)體機(jī)器人，示教過(guò)程不安全。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，機(jī)器人示教技術(shù)得到了發(fā)展。機(jī)器人增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教方式利用虛擬機(jī)器人模型在真實(shí)場(chǎng)景中完成示教過(guò)程，示教過(guò)程更安全、更真實(shí)。
　　本文以三自由度虛擬

2、機(jī)械臂為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于Kinect的機(jī)械臂增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)Kinect傳感器采集示教者手部3D位置數(shù)據(jù)，利用機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型驅(qū)動(dòng)虛擬機(jī)械臂模型跟蹤人手運(yùn)動(dòng);使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將虛擬機(jī)械臂模型疊加到真實(shí)工作場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教。主要研究工作如下:
　　(1)基于Kinect傳感器的RGB-D圖像采集和手部3D位置數(shù)據(jù)提取研究。利用Kinect傳感器及其開(kāi)發(fā)工具包Kinect SDK采集示教場(chǎng)景的彩

3、色和深度圖像（RGB-D圖像），使用Kinect SDK中的接口函數(shù)提取手部節(jié)點(diǎn)的3D位置數(shù)據(jù)。
　　(2)虛擬機(jī)械臂模型構(gòu)建研究。研究三維圖形庫(kù)OpenGL的開(kāi)發(fā)流程以及四個(gè)主要的函數(shù)庫(kù):GL函數(shù)庫(kù)、GLU函數(shù)庫(kù)、GLUT函數(shù)庫(kù)和GLUI函數(shù)庫(kù)。利用GL函數(shù)庫(kù)的基本圖元繪制函數(shù)來(lái)完成虛擬機(jī)械臂模型結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，模型的材質(zhì)、顯示、光照等主要利用其它三個(gè)函數(shù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　(3)機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。設(shè)計(jì)了三自由度串聯(lián)機(jī)械臂的結(jié)

4、構(gòu)，利用D-H方法建立了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)的正逆向問(wèn)題進(jìn)行了求解。
　　(4)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)示教系統(tǒng)研究分析。利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將構(gòu)建的虛擬機(jī)械臂模型和真實(shí)示教場(chǎng)景融合在一起，進(jìn)行虛擬機(jī)械臂跟蹤人手運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究，完成虛擬機(jī)械臂在真實(shí)工作場(chǎng)景中的示教運(yùn)動(dòng)。
　　針對(duì)本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠?qū)⑻摂M機(jī)械臂模型準(zhǔn)確地疊加到真實(shí)示教場(chǎng)景中，并能實(shí)時(shí)跟蹤人手運(yùn)動(dòng)，表明該系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性和交互性