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基于彩色图像传感器的机械手臂控制系统方案设计 张显雨内蒙古工业大学 摘要：本文以彩色图像传感器为基础，设计了一种新型的手臂控制系统。首先，对系统硬件的组成进行了优化， 使之可以承担更精细的任务；其次，对系统软件设计方法进行了论述，简要介绍了其工作原理与工作程序。随后， 对彩色图像传感器的机械手臂进行了模拟运算。运算结果发现：本系统设计能够增强用户开发和使用体验，对环境 有着良好的适应性，有着较为广泛的应用前景。 黼：彩色图像传感器机械手臂控制系统方案设计 1理论概述 所需要的手臂部分像素。 仿真机械手臂是机器人应用领域的重要研究方向。伴随信 5．2以扫描算法与角点检测为根据，确定指尖和指蹼 息技术的不断升级，传统大型仿真机械手臂使用的传感器已滞 在一个包含平面上，所有点最小凸多边形叫做凸包，以此 后于新技术的发展。这就导致仿真机械手臂使用程序繁琐，难 为模型形成概念上的指蹼。其中，我们可将手部凸包作为手臂 以通过指定的指令或操纵杆对机械手臂进行控制。为此，许多 图像中的端点。例如，可将手臂与指尖外缘点的连线，构成一 学者对基于彩色图像传感器的机械手臂控制进行了研究。张良 个多边形。同时，利用Graham扫描算法，算出手部凸包找到 国等(2002)在其学术中提到，使用彩色图像特征的传感器， 手型外部的凸包距离，以此为根据确定指尖与指蹼的距离算法。 对机械手臂控制系统具有极强的优势，在实际工程机械应用中 5．5基于闽值分割和SVtd的手势检测 有着极为长远的发展前景。林海波(2013)在文献中提到了一 在上一环节的基础上，文章进一步利用阈值分割与手势检 种新方法。即在色彩图像传感器的基础上，设计了机械手臂运 测方案，对机械手臂控制方案进行检验。从中发现，本方案已 动路径规划方案。通过这种方案，能充分应用到实际机械工程， 初步实现针对单个手指位置检测，能够根据人体手部的状态完 并可以取得良好的效果。通过对上述文献的整理发现，学者对 成各类动作。以鲜明案例作为参考，如食指自然伸直，其他手 彩色图像传感器机械手臂的控制系统方案设计，虽能提升实际 指呈弯曲形状，据此可以认为操作者想做出“一”的手势，而 机械工作中的应用效果，但尚未充分将彼此之间的关系理清。 且判断准确。但是，由于手腕运动不足等问题，识别精准度会 本文通过改进并优化了一些技术方案，设计出一套基于图像传 下降。因此，需要利用更先进的技术，对此进行改进升级，进 感器的软硬件结合的机械手臂控制思路，并实时控制机械手和 而优化系统运行。 机械臂的运动。 4系统实现效果 运行上述系统之后，对机械手臂进行人体动作进行追踪与 2系统硬件设计 模仿。捕捉人手指和手臂动作，以此分析机械手实时模拟人体 Embedded的 本文所设计的系统，是建立于Windows 手指动作、手势控制机械臂运动和抓物等功能。据此，形成了 Atom平台工控主板，以及无线通信模块基础上，由Kinect传 感器所操控。同时借助单片机的舵机控制器，以及4关节6自 一系列的重要模式，在不限制光照情况下，距传感器距离50cm 由度机械臂和五指仿真机械手组成。在组装好系统之后，详细 的自由空间内实现对五指、手臂的捕捉和建模。因此，机械臂 能够在60cm见方空间内，实现全自由度运动，这种运动依然 工作流程如下所示：当Kinect传感器的彩色摄像头捕捉操作者 手臂和手指的动作对，将采集到的数据传输到平台上位机并进 比较稳定、精准。 行处理；随后，平台依据该数据，进一步建模、计算出每个关 5结论与展望 本文基于Kinect彩色传感器提出了优化机械手臂控制系 节舵