基于人体运动姿态检测的人形机器人遥操作研究

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随着5G技术的日益革新,新一代的通信技术无疑给各个领域来说带来了更多的可能性,尤其是人工智能领域。遥操作,是一种通过控制机器人进行远程作业的一项技术,人们希望将这项技术与机器人结合,使得人类可以遥操机器人解决各种难题。据研究调查,目前利用遥操作技术研发出来的机器人往往外形结构与人类外形相差甚远,无法真正具备与人一样的活动能力,应用场景相对比较狭窄。故本文提出了一款可遥操的人形机器人,该机器人具备和人类上身一模一样的结构模型,各关节比例符合成年人标准,下半身搭载全向麦克纳姆轮,可以适应各种场地。待获取深度信息后,结合关节数据优化算法可以达到准确定位各个关节的三维位置坐标,再通过动态插值算法以及帧间数据大幅度优化运动过程中的抖动问题,最终将角度信息映射到关节舵机实现遥操控制。本文首先基于研究目的对人形机器人进行了机械机构的设计,机器人上身按照人类上身躯干比例进行设计,搭载12个MX系列舵机控制各个关节的运动。具有头部、颈部、肩膀、大臂、小臂、手腕以及腰部等肢体关节,活动能力以及活动范围与人类完全一致。小臂采用的拉杆设计在保证稳定性的情况下减少了自身重量,全身大部分采用碳纤维工艺,最后对头部进行了装饰,设计了头部的外壳以及用于显示眼睛的显示装置,使整机更加接近于人类,富有观赏性。受周围环境复杂性以及被检测人体的差异性,通过深度摄像头获取的数据不准确,可能会出现因关节数据不稳定导致的剧烈抖动问题。因此,提出了一种既可以预测错误数据,又可以平滑关节数据的滤波算法,该方法可以较大地提高关节数据的准确性,解决错误数据对遥操的影响。受到帧率的限制,捕捉的运动轨迹并不是完全连续的,无法满足配备的高精度舵机。针对该问题,提出了一种动态插值算法,在保证低延时的情况下,根据运动趋势增补了部分角度信息,提高了关节运动的顺滑度。为了保证数据包快速稳定地传输给舵机,最终对传输通讯协议进行了优化,验证了12个舵机的位置信息在5ms内可以快速稳定发送给舵机完成遥操运动。
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