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机械手+视觉自动化应用方案

产品系列:机械手+视觉自动化应用方案

产品简介::

 

  用户界面的格式,转化为以模仿和睦似人类感知传输的新闻类型。个中,手势识别因其具有的自然、直接、有用的交互特征,越来越受到探求职员的合切。古板的手势识别,须要借助摆设有的手势识别工夫,冲破硬件限定,从形式识别算法层面更新人机交互格式,更顺应将来人机交互发扬趋向。臂行为摩登工业范围自愿化智能加工中最常睹的履行终端,通过各个合节的和洽运动与板滞末梢的配合,可举行众自正在度模仿仿真。通过对舵机举行控 制安排,使板滞臂可能结束抓取分拣、延续行为,从而使其具有比人手更好的动 作组合伶俐性和指令结束精确性。欢乐斗牛在线玩

  本作品基于呆板视觉,聚焦手势识别,诈欺摄像头获取单目图像新闻,基于 PYNQ 完毕手势破裂、手势修模、手势式样特性提取,对八种分歧手势图像举行识别,以舵机左右的板滞臂模块行为反映终端,借助手势变更来左右板滞臂履行两种效力:一是按指令分拣物体,二是“井字逛戏”人机大战。

  本作品将手势识别行为人机交互格式,以板滞臂行为反映终端,安排了两种基于上述交互格式和反映终端的浮现效力。按指令分拣物体,本色上是对板滞臂举行开环左右,耽误人手用意领域,看待操控大型板滞举行物体分拣的工业自愿化范围或物盛行业,都有极好的行使前景。“井字逛戏”人机大战,仅仅是将手势识别联络板滞臂左右、简陋的人工智能工夫举行组合斥地的例子,“手势识别 +”的物色永无尽头,正在文娱范围、医疗范围、教诲范围、智能家居范围都有着渊博的行使前景。 02

  本体例以 Xilinx ZYNQ SoC 行为主左右芯片,分为管制器模块、摄像头模块、显示器模块、舵机驱动模块、通信传输模块。通过摄像头模块捉拿手势图像新闻,正在管制器模块中结束手势破裂、手势修模、手势式样特性提取、手势识别,手势识其它流程及结果通过显示器浮现,通过管制器内部分歧效力的逻辑运算,将对应的行为指令通过相应的 PWM 信号输出给各个舵机,驱动六自正在度板滞臂结束请求行为,从而完毕对应的组合效力。

  本作品所采用的是静态手势识别算法,算法重心合键由手势特性理会、手势特性修模及手势识别三个人构成,全部框架如上图所示。起初通过图像搜聚修造来获取手势图像,通过手势修模将获取的手势图像用数学模子形容出来,结尾依据获得的手势识别所须要的模子参量判别出实在的手势样子。

  图像预管制,由四个合键措施构成,分裂为界说识别区域、颜色空间转换、 膨胀管制、高斯滤波。界说识别区域,合键用来减小识别区域面积,从而进步识 别成果。颜色空间转换,通过将摄像头捉拿到的 RGB 颜色空间下的图像新闻转 化为 HSV 颜色空间下的图像新闻,容易后续对配景和手部举行颜色破裂。膨胀 操作,使得识别区域高亮区域伸长,扫除手部内的噪声点。高斯滤波,通过加权 乞降的格式,扫除图像内的高斯噪声点。

  诈欺道格拉斯-普克(Douglas-Pucker)算法,将手部轮廓拟合为众边形弧线, 同时打算面积,以获得轮廓内手部面积最大的手部轮廓。正在此根基上,分裂打算 出轮廓总面积(areacnt)、轮廓中手的面积(areahull)、以及手的面积占轮廓总面 积的百分比(arearaTIo)。与此同时,获得最大轮廓面积中的凸缺陷(即凹陷)数 (defects),并通过打算凸缺陷中开始点、尽头、摆脱始点尽头连线最远方的点构 成的三角形的高(d)和顶角(angle)值,来去除因噪声而获得的凸缺陷点,得 到扫除噪声点后的凸缺陷数(l)。

  由手势理会后获得的模子参量通过上述手势识别流程图后,输出“0”“1” “2”“3”“4”“5”“ok”“best of luck”八种手势识别结果,以便后续对结果举行行使。

  逛戏章程逛戏对战的两边执分歧棋子,轮番正在 3×3 的九宫格中落子,但凡正在横排、 竖排、对角线上显现三子雷同的情形,则执该子的一方胜。

  数字化扶植现正在对九宫格的九个职位编码为九个二维坐标(x,y)(x=1,2,3;y=1, 2,3),并赋值为 1,后果如下图所示。

  一方执“0”,一方执“2”,落正在哪个坐标职位上,就把阿谁坐标职位对应的 值改为“0”或“2”。每次落子后,分裂对每排、每列、每对角线上的三个值乞降(和可取 0,1,2,3,4,5,6),即使显现“0”则执“0”的一方胜,即使出 现“6”则执“2”的一方胜。

  假设人执“0”子,呆板执“1”子(1)中心、边上、角上三种职位的获胜格式分裂为

  第一优先级:即使显现“1”,立地将(0,0,1)中的“1”置 2,拦截人告捷。第二优先级:即使显现“5”,立地将(1,2,2)中的“1”置 2,呆板得到逛戏告捷。第三优先级:即使显现“4”,且不是“绝途”的情形,则将(1,1,2)中任 意一个“1”置 2。

  看待本作品中所安排的基于呆板视觉的手势识别算法和“井字逛戏”人机大 战算法,直接诈欺硬件讲话举行编写正在逻辑上万分繁杂,故采用 Python 举行编程完毕,诈欺 FPGA 对图像管制个人举行硬件加快,不但进步了图像管制速率, 还更好地扩展了图像行使。

  本作品的手势指令输入由摄像头采纠集束。采用奥尼 C11 款的高清摄像头敌手势举行画面捉拿,通过USB结束图像输入。比拟于古板的传感器手套敌手势神态的搜聚,摄像头减轻了硬件端的累赘,使得全面体例可扩充性更好。

  本作人品使的板滞臂,是 LeARM公司斥地的一款六自正在度板滞臂,能通过上 位机对其进举措作安排,通过 PWM 左右舵机运转,从而结束抓取和延续繁杂行为两种分歧的形式效力。舵机(板滞臂)模块与管制器的模块采用UART串行通讯,采用下述通讯订定举行指令交互。

  采用显示屏行为图像输出端,浮现手势识别图像管制流程及结果,不但利于 流程中的算法调试与验证,而且具有更好地视觉后果。

  本作品能够对常用的八种手势举行识别管制,分裂为“0”“1”、“2”、“3”、 “4”、“5”、“Best of luck”、“ok”。启动体例后,正在摄像头端摆出相应手势,及完 成手势输入,显示器会显示出对应的识别结果。显示器画面,有矩形框定位识别区域,正在该矩形框中会有众边形框开始部轮廓,右上方会显示识别结果。当识别区域没有放入手举行识别时,显示器画面静止。

  板滞臂内部封装有存储“行为组”的部件,用来存储行为指令。用户即使要 进举措作安排,正在板滞臂通电的情形下,通过 USB 通讯与电脑端上位机举行维系,正在上位机中扶植传输给六个舵机的 PWM 值,酿成一个蕴涵这个行为指令的 “行为组”,下载进存储部件以便后续移用。

  通过 UART(串口通讯)的格式来移用“行为组”,进而驱动板滞臂结束相 应行为。这里须要预防的是,务必将管制器模块与板滞臂模块举行“共地”操作, 不然二者无法结束通讯,板滞臂不行按指令行为。

  预设四个分歧的区域,分裂编号为“1”“2”“3”“4”,行为一组一维职位坐 标。安排板滞臂正在四个分歧区域内抓取、摊开行为,共八个行为组。手势输入“ok”, 告诉体例下一个输入的是初始坐标。待左右板上亮起指示灯后,通过人眼观测物 体初始职位坐标,通过手势输入该坐标(可输入“1”、“2”、“3”、“4”)。待左右板上亮起指示灯后,手势输入“5”,告诉体例下一个输入的是初始坐标。待左右板上亮起指示灯后,通过手势输入倾向职位坐标(可输入“1”、“2”、“3”、“4”)。用户端操作中断,发送指令给板滞臂结束分拣全流程。板滞臂循序结束抓取、转移、放下,即结束一次按指令分拣。

  逛戏章程参看“2.3‘井字逛戏’人机大战算法安排”。手势输入“ok”,告诉 体例接下来输入人落子的坐标区域(x,y)。待左右板上亮起指示灯后,手势输 入“5”,告诉体例接下来输入横向坐标(可输入“1”、“2”、“3”),待左右板上 亮起指示灯后,输入纵向坐标(可输入“1”、“2”、“3”)。用户端操作中断,可 以发送指令给板滞臂结束人落子的操作,板滞臂结束正在棋盘上的人落子操作后, 赓续结束呆板落子操作。循序举行下去,直至显现有一方告捷。亮红灯默示“人 赢”,亮绿灯默示“呆板赢”,亮白灯默示“和局”。

  本作品算法下的手势识别效力,正在 FPGA 加快下能较好地平均识别次数和识 别韶华的冲突。欢乐斗牛在线玩依据测试结果,本作品取 60 行为全面作品的手势识别轮回次数。

  板滞臂能通过用户端“行为组”的安排,举行抓取、转移等延续繁杂行为, 具有很好的伶俐性。行为机电安排的反映终端,能很好地结束众种效力的指令请求。

  “按指令分拣物体”能很好地结束初始坐标输入、倾向职位输入,同时能正在 较短的韶华内急速结束抓取与送达。

  “井字逛戏”算法能很好地遍历全部也许结果,因而人和呆板对战只会显现 “和局”、“呆板赢”两种结果。而且,较为平静、精确的呆板识别以及人工智能 算法,可能使全面逛戏畅达举行。“手势识别”联络“板滞臂”具有很强的视觉抚玩性,与此同时,逛戏的形式使全面效力更具风趣味性。

  本作品全部而言,不但将手势识别效力完毕,还正在此根基上联络板滞臂运动特征举行了众效力斥地,总体结束度较高,视觉后果较好,兼具伶俐性、兴会性及可拓展性。斥地本作品采用的手势识别算法,为了获得较高的识别精度,必须要以耽误识别韶华、推广单次识别次数行为放弃,使得正在行使斥地时推广较众的韶华累赘,不行能凸显人机交互的容易性。从手势识别算法及对识别结果的管制工夫层面启程,全面作品再有较大晋升空间。

  本作人品使最新的基于呆板视觉的手势识别工夫行为人机交互格式,更新人 机交互的行使体验,具有极佳的工夫前瞻性。行使板滞臂行为履行终端,逼近目前工业安排的最新潮水。正在安排效力时,基于数学修模,安排出更具有人机互动本质的小逛戏,显露人工智能的伶俐与聪明。机电一体化斥地,充沛阐明基于 Python 编程的代码伶俐的特征,以完毕复 杂算法,诈欺 FPGA 硬件加快的上风,进步视觉管制速率。正在本作品的根基上,优化识别算法,加疾识别速率,进步识别精度,“手势 识别+”将正在将来阐明出自己更强的上风,正在教诲范围、文娱范围、工业范围、 医疗范围、智能家居范围都具有越来越广宽的行使前景。

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