簡單手勢控制的機器人設(shè)計范文

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《黑龍江科技信息雜志》2014年第二十期

1設(shè)計方法

首先獲得Wiimote控制器中加速度計的數(shù)據(jù)。收到這些數(shù)據(jù)后，采用三次樣條插值理論將它轉(zhuǎn)換成我們在程序中使用的姿態(tài)數(shù)據(jù)。然后，判斷程序的當(dāng)前模式是訓(xùn)練模式還是控制模式，為訓(xùn)練模式時，該數(shù)據(jù)被存儲在存儲器中作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)；為控制模式時，數(shù)據(jù)發(fā)送給識別器，通過以前訓(xùn)練的姿態(tài)數(shù)據(jù)來識別它代表的當(dāng)前姿態(tài)。如果用戶認為訓(xùn)練數(shù)據(jù)不夠，還可以在任何時候切換為訓(xùn)練模式。手勢被識別后，其關(guān)聯(lián)命令即會發(fā)送給機器人執(zhí)行。

1.1加速度數(shù)據(jù)。正如上面的討論，收集的Wiimote的數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸。為此使用CWiid幫助連接到遙控器手柄從而得到按鈕和加速度傳感器的狀態(tài)。該加速度計給出一個包含三個值的數(shù)據(jù)點。這些值的范圍從0到255，三個數(shù)值分別代表圖1中所示不同的軸。得到的Wiimote數(shù)據(jù)會隨著姿勢的變化不斷改變。

1.2數(shù)據(jù)歸一化。當(dāng)從Wiimote獲得數(shù)據(jù)后，對其進行處理并加入到訓(xùn)練集或進行手勢識別。因為不同手勢所持續(xù)的時間不同，必須統(tǒng)一他們，使其持續(xù)時間大小固定且獨立。為次，數(shù)據(jù)進行時間歸一化處理，用三個長度為250的數(shù)組存儲加速度傳感器的數(shù)據(jù)。

1.3訓(xùn)練。首先應(yīng)該按下Wiimote的按鈕1選擇進入訓(xùn)練模式。然后，通過四個方向鍵中的其中一個下達移動命令。最后按下的方向按鈕為想要訓(xùn)練的移動方向。為了記錄手勢，應(yīng)該在按下按鈕A的同時完成手勢，然后松開按鈕A。這樣一來，發(fā)送的數(shù)據(jù)點將被存儲為一個手勢。

1.4控制。控制機器人時數(shù)據(jù)的獲取與訓(xùn)練時一樣，唯一不同的是應(yīng)該先按下按鈕2切換到控制模式。接收到數(shù)據(jù)后，識別器會識別出當(dāng)前動作。

1.4.1識別器。對于識別器，采用K最鄰近節(jié)點算法（KNN）。首先根據(jù)數(shù)據(jù)的時間將數(shù)據(jù)劃分為250個階段，編號從0到249，在每一個時間段中，都需要判斷數(shù)值所代表的動作并將其分組，總共為四組，分為上，下，左，右。識別手勢時，對于250個時間段，都使用KNN算法將其中數(shù)據(jù)分組。最終，選擇其中最常見的組點作為識別出的姿態(tài)。

1.4.2機器人控制。識別階段完成后，與手勢相關(guān)聯(lián)的命令被發(fā)送到機器人。機器人控制器是使用libplayerc++庫實現(xiàn)的。運動方向控制是通過調(diào)用SetSpeed（XSpeed，YSpeed）函數(shù)。將與手勢的關(guān)聯(lián)定義如下：向上-前進（y方向速度為0）向下-后退（y方向速度為0）向右-右轉(zhuǎn)（x方向速度為0）向左-左轉(zhuǎn)（x方向速度為0）在此控制模型中，每當(dāng)用戶做出可被識別的手勢，機器人就會做相關(guān)聯(lián)的動作。按下B鍵，用戶暫停機器人，按下Home鍵可以結(jié)束控制，并停止機器人。

2結(jié)論

在這個項目中，我們發(fā)現(xiàn)，使用Wiimote實現(xiàn)機器人體感控制是可行的，其中我們使用的是簡單算法KNN。廉價的硬件和簡單的算法可以幫助改善人與機器人之間的溝通。使用手勢控制機器人是非常直觀的，在今后的工作中，研究重點應(yīng)該在使用其他分類算法來實現(xiàn)更復(fù)雜的手勢控制。

作者：倪欣高昌單位：東北林業(yè)大學(xué)