基于体感交互的仿上肢采摘机器人系统设计与仿真.PDF

第 33 卷 增刊 1 农 业 工 程 学 报 Vol.33 Supp.1 2017 年 2月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Feb. 2017 49 基于体感交互的仿上肢采摘机器人系统设计与仿真 许常蕾，王 庆※，陈 洪，梅树立，杜利强 （中国农业大学信息与电气工程学院，北京 100083） 摘 要：为提高农业自动化程度，保持农业机械化水平，提高农业生产效率，该文设计了一种基于仿生学，能够实时模 仿人类上肢采摘行为的果实采摘机器人系统。该文首先分析了当操作者的采摘动作发生时，系统利用深度相机 Kinect 采 集人体关节骨架信息，通过空间向量计算，计算出关节的位置偏移量和骨骼转动角度等信息，利用这些特征构建人体三 维骨架模型；其次分析了人体上肢的生理学结构和自由度，依据仿生学的特点建立了人体上肢五自由度运动学模型。系 统将识别到的动作指令发送到动作执行模块，带动机械臂的转动。最后，为了验证模型的有效性，进行了机器人动作模 仿仿真试验，统计了系统对动作的识别率。分析结果表明，系统对采摘动作的平均识别率为 90%以上，从而验证了原理 设计的有效性。该系统设计可为五自由度机械臂模型的开发和控制提供参考。 关键词：机器人；交互；模型；运动获取；动作翻译；骨架模型；机械臂；体感交互 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.z1.008 中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-Supp.1-0049-07 许常蕾，王 庆，陈 洪，梅树立，杜利强. 基于体感交互的仿上肢采摘机器人系统设计与仿真[J]. 农业工程学报，2017， 33(增刊 1)：49－55. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.z1.008 Xu Changlei, Wang Qing, Chen Hong, Mei Shuli, Du Liqiang. Design and simulation of artificial limb picking robot based on somatosensory interaction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(Supp.1): 49－55. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.z1.008 肩、肘和腕 4 个关节的转动角度，进而将计算得到的结 0 引 言? 果转换成控制指令，通过串口发送给机械臂的控制手抓， 人体姿态感知技术，近年来在电子游戏、医疗康复、 从而实现体感交互。 运动训练[1]、教育教学[2]、智能家居[3]、艺术展示[4]等领 国内外对仿上肢采摘机器