104学年度第二学期自动控制工程学系专题研究(一-专题周记系统.PDF

104 學年度第二學期自動控制工程學系 專題研究 (一)期末報告 二足機器人步態分析與KINECT骨架分析 指導老師 林昱成教授 參與人員 自控三乙 劉梓傑 D0243137 自控三乙 傅 謙 D0242697 自控三乙 黃鼎翔 D0243167 1 目錄 1. 目的 4 2. 原理 4 3. 器材 12 4. 流程圖 18 5. 實驗結果 23 6. 未來方向26 7. 程式碼 26 8. 參考資料40 2 圖目錄 圖 1 機器人原點、座標軸方向與各連桿長度5 圖 2 D-H連桿係數圖 7 圖 3 機器人手臂關節坐標系8 圖 4 機器人手臂關節坐標系8 圖 5 十六軸人形機器人 12 圖 6 Arminno單板電腦 13 圖 7 Servo Runner A外觀示意圖 15 圖 8 Kinect 主機外觀示意圖 16 圖 9 UART藍芽模組外觀示意圖 17 圖 10 UART藍芽模組腳位 18 圖 11 主要流程圖 19 圖 12 Kinect程式流程圖 20 圖 13 機器人端程式流程圖21 圖 14 機器人演算法程式流程圖23 圖 15 使用 OpenCV繪製 Kinect感測器所捕捉到的人體骨架 24 圖 16 將Kinect感測器所捕捉到人體關節點資訊顯示出來 24 圖 17 機器人動作25 圖 18 傳送端傳送給 UART的字元 25 圖 19 接收端UART 接收到的字元26 3 1.目的 隨著時代的變遷，機器人與我們的生活已經是越來越密不可分，未來想必會 出現更多利用機器人取代人力的場合；而若能使用更便捷、更直觀的方式來操縱， 想必在各式場合如救災現場等，機器人將會是人類最大的助手。為此我們針對如 何以攝影鏡頭捕捉肢體動作，來進行機器人的操縱為研究方向，以期達到直觀操 作、便利且自由度高的目的。 2. 原理 2.1 Kinect量測原理 Kinect 具有三個光學鏡頭，分別是紅外線光投影機、RGB 相機與紅外線光 攝影機，紅外線投影機與紅外線攝影機的用途是計算景物的深度資訊，而 RGB 相機則只用來拍攝一般的照片。 Kinect的深度計算方式是採用光編碼技術 (Light Coding)來做深度資訊的計 算。光編碼 (Light Coding)實際上也是結構光技術的一種，利用投影已知的近紅外 光散斑圖案來計算空間中物體的深度資訊，此散斑圖利用偽隨機的方式布置各 光 點 ，實際上 Kinect 在出廠時就已經經過校正而知道每一個投影的紅外線點將會 成像在一指定距離(校正距離)處的地方 ，也就是說每台Kinect內部存放著一張已 知距離的紅外線點投影畫面，當空間中任何物體出現在比校正距離近的地方時， 物體上的紅外線光點將會往一個方向移動，反之若物體是存在於比校正距離遠的 地方時，該物體上的紅外線光點將會往另一個方向移動。由於 Kinect是已經經過 校正的，所以它可以預先知道每個紅外線光點應該出現的位置，當空間中存在著 不只有校正距離的物體時，Kinect便可利用物體上紅外線光點偏移的距離來估算 物體距離Kinect的深度。但若是畫