CN103398702A - 一种移动机器人远程操控装置及其操控技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动机器人远程操控装置，其特征在于：包括机器人现场部分和远程控制部分；所述机器人现场部分包括：导航模块、视频采集模块、无线通信模块、运动控制模块和安全模块；所述远程控制部分包括多目视觉采集模块、图像处理模块、控制数据运算模块和无线通信模块。本发明还提供了一种移动机器人远程操控技术，步骤如下：a）人体手臂图像的采集和特征提取；b）人体手臂和手掌运动轨迹跟踪和特征点空间移动数据的获取；c）机器人手臂和手掌运动控制指令的换算和无线输出。本发明使用方便，智能程度高，视觉传感器相对于数据手套成本要低得多，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于移动机器人的远程控制设备及其操控技术，具体地说，涉及一种基于人体手臂运动特征识别的移动机器人远程操控装置及其操控技术。
背景技术
机器人远程控制在空间探索、深海资源开发和生物、化学、电力、爆破、化工等危险环境领域有着不可替代的作用，无线网络通信技术的飞速发展和传输速度的不断提高为机器人远程控制提供了便捷而稳定的通讯手段，将复杂环境下的实时控制变成了可能。
手臂姿势作为人类最自然的表达方式之一，生动，形象，直观，是人与人沟通的重要媒介，目前基于手臂和手掌姿势的交互已经成为人机交互的重要研究内容，符合机器人学智能化的发展前景。目前基于人体手臂姿势的人机交互远程控制主要采用佩戴数据手套的方式，其优点是识别率高，稳定性好，缺点是输入设备昂贵，智能化程度不高，复杂的数据手套穿戴很不方便，难以广泛应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种基于人体手臂运动特征识别的移动机器人远程操控装置，采用多目机器视觉的方式，实时动态识别跟踪人体手臂的运动轨迹，抽象出机器人手臂关节的运动控制数据，通过WiFi无线传输对机器人实现远程控制。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：
一种移动机器人远程操控装置，其特征在于： 包括机器人现场部分和远程控制部分；
所述机器人现场部分包括：导航模块、视频采集模块、无线通信模块、运动控制模块和安全模块；所述远程控制部分包括多目视觉采集模块、图像处理模块、控制数据运算模块和无线通信模块；
导航模块，机器人通过自主导航方式或人工遥控移动到目标附近；
视频采集模块，机器人自带监控摄像头用于实时传输目标附近的监控视频；
无线通信模块，用于监控视频的传输和机器人手臂运动控制指令的获取；
运动控制模块，根据运动控制指令控制机器人手臂各关节执行相应的动作；
安全模块，机器人自身安全状态的监测和控制指令的校验；
远程控制部分包括：
多目视觉采集模块，用于实时跟踪人体手臂和手掌的运动姿态；
图像处理模块，用于人体手臂和手掌特征点的识别提取和关键特征点运动轨迹的跟踪；
控制数据运算模块，根据人体手臂和手掌的运动轨迹计算机器人手臂各个关节的运动控制数据；
无线通信模块，接收现场的监控视频和发送机器人控制指令。
本发明还提供了一种移动机器人远程操控技术，其特征在于：步骤如下：
a）、人体手臂图像的采集和特征提取；
b）、人体手臂和手掌运动轨迹跟踪和特征点空间移动数据的获取；
c）、机器人手臂和手掌运动控制指令的换算和无线输出。
作为一种改进的技术方案，其中步骤a）具体为：
1）、采用多目相机在特定位置采集人体手臂图像，手臂的运动范围不超过相机的视场范围；
2）、采用可见光相机和红外相机相结合实时捕捉手臂和手掌的运动姿态；
3）、在图像中将手臂和手掌部位从环境中识别并分离出来；
4）、提取当前手臂和手掌图像的深度信息和特征点，并将特征点进行识别分类。
作为一种改进的技术方案，其中步骤b）具体为：
1）、计算手臂和手掌关键特征点的三维空间坐标；
2）、根据连续的图像数据计算出手臂和手掌的运动轨迹和各关键特征点的移动范围数据。
作为一种改进的技术方案，步骤c）具体为：
1）、将一定时间内人体手臂和手掌关键特征点的空间位移数据转换成机器人手臂和手掌对应关节的运动控制指令；
2）、将运动指令通过WiFi传输，远程控制机器人手臂关节执行相应的运动动作。
作为一种改进的技术方案，所述采用可见光与红外相机相结合的多目视觉方式在多方位、多角度实时跟踪人体手臂的运动轨迹，获取人体手臂和手掌包括深度信息在内的多个关键特征点的空间位移数据，并将其转换成机器人手臂相应部位的运动控制数据。
作为一种改进的技术方案，所述采用WiFi无线网络实现对现场视频的实时传输和远程控制指令的发送，保证远程控制的实时性。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明实用方便，智能程度高，符合智能机器人的发展趋势，视觉传感器相对于数据手套成本要低得多，便于推广应用。本发明的适用场合非常广泛，适用于化工、电力、生物、爆破、海底开发、空间探索等危险领域中物品的抓取、装配、转移等工作。
同时下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明一种实施例的结构框图；
图2为本发明一种实施例的工作流程图。
具体实施方式
实施例：
如图1所示，一种基于人体手臂运动特征识别的移动机器人远程操控装置，包括机器人现场部分和远程控制部分。
所述机器人现场部分包括：导航模块、视频采集模块、无线通信模块、运动控制模块和安全模块；所述远程控制部分包括多目视觉采集模块、图像处理模块、控制数据运算模块和无线通信模块。
机器人现场部分中，导航模块，机器人通过自主导航方式或人工遥控移动到目标附近。视频采集模块，机器人自带监控摄像头用于实时传输目标附近的监控视频。无线通信模块，用于监控视频的传输和机器人手臂运动控制指令的获取。运动控制模块，根据运动控制指令控制机器人手臂各关节执行相应的动作。安全模块，机器人自身安全状态的监测和控制指令的校验；
远程控制部分中，多目视觉采集模块，用于实时跟踪人体手臂和手掌的运动姿态。图像处理模块，用于人体手臂和手掌特征点的识别提取和关键特征点运动轨迹的跟踪。控制数据运算模块，根据人体手臂和手掌的运动轨迹计算机器人手臂各个关节的运动控制数据。无线通信模块，接收现场的监控视频和发送机器人控制指令。
本发明还提供了一种基于人体手臂运动特征识别的移动机器人远程操控技术，如图2所示，步骤如下：
a）、人体手臂图像的采集和特征提取；
b）、人体手臂和手掌运动轨迹跟踪和特征点空间移动数据的获取；
c）、机器人手臂和手掌运动控制指令的换算和无线输出。
考虑到实际的需要，其中步骤a）具体为：
1）、采用多目相机在特定位置采集人体手臂图像，手臂的运动范围不超过相机的视场范围；
2）、采用可见光相机和红外相机相结合实时捕捉手臂和手掌的运动姿态；
3）、在图像中将手臂和手掌部位从环境中识别并分离出来；
4）、提取当前手臂和手掌图像的深度信息和特征点，并将特征点进行识别分类。
步骤b）具体为：
1）、计算手臂和手掌关键特征点的三维空间坐标；
2）、根据连续的图像数据计算出手臂和手掌的运动轨迹和各关键特征点的移动范围数据。
步骤c）具体为：
1）、将一定时间内人体手臂和手掌关键特征点的空间位移数据转换成机器人手臂和手掌对应关节的运动控制指令；
2）、将运动指令通过WiFi传输，远程控制机器人手臂关节执行相应的运动动作。
在本实施例中，所述采用可见光与红外相机相结合的多目视觉方式在多方位、多角度实时跟踪人体手臂的运动轨迹，获取人体手臂和手掌包括深度信息在内的多个关键特征点的空间位移数据，并将其转换成机器人手臂相应部位的运动控制数据。
所述采用WiFi无线网络实现对现场视频的实时传输和远程控制指令的发送，保证远程控制的实时性。
本发明实用方便，智能程度高，符合智能机器人的发展趋势，视觉传感器相对于数据手套成本要低得多，便于推广应用。本发明的适用场合非常广泛，适用于化工、电力、生物、爆破、海底开发、空间探索等危险领域中物品的抓取、装配、转移等工作。
本发明不局限于上述的优选实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种移动机器人远程操控装置，其特征在于：包括机器人现场部分和远程控制部分；
所述机器人现场部分包括：导航模块、视频采集模块、无线通信模块、运动控制模块和安全模块；所述远程控制部分包括多目视觉采集模块、图像处理模块、控制数据运算模块和无线通信模块；
导航模块，机器人通过自主导航方式或人工遥控移动到目标附近；
视频采集模块，机器人自带监控摄像头用于实时传输目标附近的监控视频；
无线通信模块，用于监控视频的传输和机器人手臂运动控制指令的获取；
运动控制模块，根据运动控制指令控制机器人手臂各关节执行相应的动作；
安全模块，机器人自身安全状态的监测和控制指令的校验；
远程控制部分包括：
多目视觉采集模块，用于实时跟踪人体手臂和手掌的运动姿态；
图像处理模块，用于人体手臂和手掌特征点的识别提取和关键特征点运动轨迹的跟踪；
控制数据运算模块，根据人体手臂和手掌的运动轨迹计算机器人手臂各个关节的运动控制数据；
无线通信模块，接收现场的监控视频和发送机器人控制指令。
2.一种移动机器人远程操控技术，其特征在于：步骤如下：
a）、人体手臂图像的采集和特征提取；
b）、人体手臂和手掌运动轨迹跟踪和特征点空间移动数据的获取；
c）、机器人手臂和手掌运动控制指令的换算和无线输出。
3.根据权利要求2中所述的基于人体手臂运动特征识别的移动机器人远程操控技术，其特征在于：其中步骤a）具体为：
1）、采用多目相机在特定位置采集人体手臂图像，手臂的运动范围不超过相机的视场范围；
2）、采用可见光相机和红外相机相结合实时捕捉手臂和手掌的运动姿态；
3）、在图像中将手臂和手掌部位从环境中识别并分离出来；
4）、提取当前手臂和手掌图像的深度信息和特征点，并将特征点进行识别分类。
4.根据权利要求2中所述的移动机器人远程操控技术，其特征在于：其中步骤b）具体为：
1）、计算手臂和手掌关键特征点的三维空间坐标；
2）、根据连续的图像数据计算出手臂和手掌的运动轨迹和各关键特征点的移动范围数据。
5.根据权利要求3中所述的移动机器人远程操控技术，其特征在于：步骤c）具体为：
1）、将一定时间内人体手臂和手掌关键特征点的空间位移数据转换成机器人手臂和手掌对应关节的运动控制指令；
2）、将运动指令通过WiFi传输，远程控制机器人手臂关节执行相应的运动动作。
6.根据权利要求3中所述的移动机器人远程操控技术，其特征在于：所述采用可见光与红外相机相结合的多目视觉方式在多方位、多角度实时跟踪人体手臂的运动轨迹，获取人体手臂和手掌包括深度信息在内的多个关键特征点的空间位移数据，并将其转换成机器人手臂相应部位的运动控制数据。
7.根据权利要求5中所述的移动机器人远程操控技术，其特征在于：所述采用WiFi无线网络实现对现场视频的实时传输和远程控制指令的发送，保证远 程控制的实时性。
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Legal Events
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Address after: 215100 building 3, Tianlong science and Technology Park, No. 1, Zhufeng Road, Mudu Town, Wuzhong District, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Haitong Robot System Co.,Ltd. Address before: 266101 rooms 901, 1002 and 1003, building 1, No. 153, Zhuzhou Road, Laoshan District, Qingdao, Shandong Province Patentee before: QINGDAO HTAGV ROBOT SYSTEMS CO.,LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address |