chapter11.5-基于人体运动跟踪的Baxter机器人遥操作控制

CHAPTER11机器人遥操作技术2遥操作系统遥操作控制系统设计实验11.5基于人体运动跟踪的Baxter机器人遥操作控制11.5基于人体运动跟踪的Baxter机器人遥操作控制概述机器人越先进，操作该机器人所需的设备往往就越复杂。人体运动跟踪是实现机器人控制的一种不错的方法，为了实现人体运动跟踪，本节采用了KinectXBOX360传感器。Kinect传感器提供的是在笛卡尔空间中的数据，需要将其转换为关节空间才能与机器人进行交互。本节介绍以下两种方法来解决该问题：（1）矢量方法（2）逆运动学法并对两种方法进行了比较。基于kinect的遥操作控制系统3遥操作控制系统系统简介基于kinect的遥操作控制原理kinect的深度和RGB传感器数据kinect的传感器：1.深度传感器，2.RGB相机,3.电动底座系统由跟踪装置和机器人组成，身体跟踪由Kinect传感器完成。Kinect设备连接到远程计算机，计算机上安装相应的软件用于从Kinect传感器接收位置数据。4遥操作控制系统设计距离计算余弦定律

使用余弦定律（如右图所示）可以计算关节之间的角度，最大可计算角度为180°。在计算关节之间的角度时，需要额外的点来确定具180°~360°范围的角度。5矢量方法a.矢量方法中使用的角度在该方法中，从Kinect提取身体关节的笛卡尔坐标，并计算来自肢体的相应角度。四个角度包括肩部俯仰角、肩部偏转角、肩部滚动角和肘部俯仰角（如图a所示）b.矢量法中角度计算的原理使用矢量法的角度计算原理如图b所示。粗线CO和CD分别代表人的左上臂和左下臂。粗线BO是从左臀到左肩的线，AO是从右肩到左肩的线。有向段BX+，BY+和BZ+表示Kinect的笛卡尔空间中的帧的轴，并且点B是帧的原点。6

angleOf()函数：把三个点位置传递到angleOf()函数，该函数可以返回夹角角度。7（4）肩部滚动角的计算：在角度计算中，肩部的角度计算是最难的。由于计算不直观且所有获得的点都在3D平面中，因此先前用于计算角度的方法不可用。本节采用计算方法是通过找到手肘矢量在垂直于肩肘矢量并穿过肩关节的平面中所形成的角度，即为所求。

平移肩部滚动角的计算步骤8矢量逼近的误差通过计算滚动角的函数得到的结果并不完全准确，所以需要对肩部滚动角进行误差校正。通过数据观察到肩部滚动角随肩部偏转而变化，基于试错法，利用下式来校正误差：左肩横滚角=-左肩横滚角-左肩偏转角/2-0.69逆运动学方法逆运动学是指使用运动学方程从末端执行器坐标位置计算关节角度以及诸如机器人的长度和角度约束之类的约束。Kinect给出了手的坐标位置，这些坐标位置可以转换为机械臂的关节角度。（1）提取坐标：首先提取手关节的坐标,然后提取肘坐标，这些坐标和手坐标可用于计算关节的长度。（2）人手与Baxter机械臂之间的映射：人手与Baxter机械臂的大小不同，所以需要进行匹配，以使逆运动学方法正常工作。人手与Baxter机械臂之间的坐标图：人体骨骼10（3）分析Baxter坐标系：Baxter坐标系约定与Kinect坐标系约定不同，因此必须根据各自的约定映射坐标轴。映射后，就可以控制Baxter。坐标轴之间的映射关系如下：人手与Baxter机器人的坐标图：机器人的前视图

对比实验矢量法实验结果逆运动学法实验结果通过使用这种方法，只控制了7个关节中的4个。为了控制剩余的关节，需要手掌和手指的额外数据，这是Kinect无法获得的。Baxter对所有已求解的位置做出响应，同时