面向林业机械手势控制的手部姿态监测与重建

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjran2008
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林业工作者通过用不同的手势远程控制智能林业机械进行多种类型的作业,不仅可以消除传统林业机械的机器性能不稳定对林业工作者造成的安全隐患,还可以大大改善林业工作者的工作环境,使他们远离崎岖的林间灌木及长期的噪声环境。要想实现对智能林业机械的手势控制,需要用计算机及时识别林业工作者的手部运动姿态,然后计算机根据林业工作者的手部姿态和预先设定好的程序,实时控制智能林业机械进行相关作业。本论文基于光纤曲率传感技术,提出一种面向林业机械手势控制的对手部姿态进行监测和重建的数据手套,对林业工作者的手部姿态进行监测和模拟重建,为进一步实现用手势控制林业机械奠定基础。本文的主要研究内容如下:(1)分析光纤传感器的特性和优点,并基于具有增敏结构的光纤曲率传感器,制作一种光纤传感器带,为后续数据手套的制作提供基础。为光纤传感器带中的光纤传感信号引入一个参考光信号,提高光纤传感信号的抗干扰能力,同时研究光纤传感器的组配方案和光纤传感器带的封装工艺。(2)通过对人体手部构造及各手指关节之间的关联性进行分析,研究利用光纤传感器带测量手指弯曲状态时的布置方案,采用方向传感器测量手部腕关节的滚转、俯仰和偏转角度;设计并制作信号处理电路和信号处理程序,建立数据信号的通讯传输系统,将监测系统采集到的信息传输给上位机,为手部姿态的重建提供基础数据。(3)对食指关节的弯曲角度和腕关节的俯仰角度进行标定试验,得到系统输出值与手指实际弯曲角度和腕关节俯仰角度之间的函数关系,并绘制拟合曲线;利用拟合曲线,对手指关节的弯曲角度以及腕关节俯仰角度进行重复监测试验,分析系统的监测精度。试验结果显示,利用光纤传感器和方向传感器对手部姿态进行监测的最大误差分别为π/40和π/120。(4)对手部姿态进行实时重建。利用3ds Max软件制作虚拟手部模型并对模型进行骨骼绑定与蒙皮处理,将制作好的手部模型导入到Unity软件中,在Unity软件中把手部的每个主要运动关节关联到数据手套对应手指的监测数据,实现对手部姿态的实时模拟重建。
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