استفاده از برآورد حالت‌های پویای دست مبتنی بر مدل، برای تقلید عملکرد بازوی انسان توسط ربات با داده‌های کینکت

Authors

Abstract:

Pose estimation is a process to identify how a human body and/or individual limbs are configured in a given scene. Hand pose estimation is an important research topic which has a variety of applications in human-computer interaction (HCI) scenarios, such as gesture recognition, animation synthesis and robot control. However, capturing the hand motion is quite a challenging task due to its high flexibility. Many sensor-based and vision-based methods have been proposed to fulfill the task. In sensor-based systems, specialized hardware is used for hand motion capture. Generally, vision-based hand pose estimation methods can be divided into two categories: appearance-based methods and model-based methods. In appearance-based approaches, various features are extracted from the input images to estimate the hand pose. Usually a lot of training samples are used to train a mapping function from the features to the hand poses in advance. Given the learned mapping function, the hand pose can be estimated efficiently. In model-based approaches the hand pose is estimated by aligning a projected 3D hand model to the extracted hand features in the inputs. Therefore, the desired information to be provided includes state at any time. These methods require a lot of calculations which are not possible in practice to implement them immediately. Hand pose estimation using (color/depth) images consist of three steps: Hand detection and its separation Feature extraction Setting the parameters of the model using extracted feature and updating the model To extract necessary features for pose estimation, depending on used model and usage of hand gesture analysis, features such as fingertips position, number of fingers, palm position and joint angles are extracted. In this paper a model-based markerless dynamic hand poses estimation scheme is presented.  Motion Capture is the process of recording a live motion event and translating it into usable mathematical terms by tracking a number of key points in space over time and combining them to obtain a single 3D representation of the performance. The sequence of depth images, color images and skeleton data obtained from Kinect (a new tool for markerless motion capture) at 30 frames per second are as inputs of this scheme. The proposed scheme exploits both temporal and spatial features of the input sequences, and focuses on index and thumb fingertips localization and joint angles of the robot arm to mimic the user's arm movements in 3D space in an uncontrolled environment. The RoboTECH II ST240 is used as a real robot arm model. Depth and skeleton data are used to determine the angles of the robot joints. Three approaches to identify the tip of the thumb and index fingers are presented using existing data, each with its own limitations. In these approaches, concepts such as thresholding, edge detection, making convex hull, skin modeling and background subtraction are used. Finally, by comparing tracked trajectories of the user's wrist and robot end effector, the graphs show an error about 0.43 degree in average which is an appropriate performance in this research. The key contribution of this work is hand pose estimation per every input frame and updating arm robot according to estimated pose. Thumb and index fingertips detection as part of feature vector resulted using presented approaches. User movements transmit to the corresponding Move instruction for robot. Necessary features for Move instruction are rotation values around joints in different directions and opening value of index and thumb fingers at each other.  

Upgrade to premium to download articles

Sign up to access the full text

Already have an account?login

similar resources

آموزش تقلیدی حرکات پیچیده به ربات‌های انسان‌نما به کمک بهینه سازی تکاملی شبکه‌ عصبی مولد الگوی واحد

در این مقاله یک سیستم مبتنی بر ساختارهای عصبی موسوم به مولد مرکزی الگوی واحد ارائه می‌شود که قادر است الگوی موردنیاز برای حرکت در یک ربات را بر اساس یک نوع آموزش نمایشی به دست آورد. مولد الگوی واحد می‌تواند به دو زیرسیستم گسسته و ریتمیک تقسیم‌بندی شود. زیرسیستم اول مسئولیت تولید حرکات کوتاه و معطوف به هدف و زیرسیستم دوم مسئولیت تولید حرکات ریتمیک را به عهده دارد. الگوریتم آموزشی خاصی برای استفا...

full text

طراحی ربات پوشیدنی کمک حرکتی برای دست

با توجه به اهمیت درمان های توانبخشی وجود ربات پوشیدنی احساس می شود . در این مقاله به طراحی یک ربات کمک حرکتی پرداخته شده است که متشکل از یک مکانیزم شش میله ای می باشد. این مکانیزم دارای یک درجه آزادی می باشد و برای انجام حرکت رادیال/ اولنار مچ دست مورد استفاده قرار می گیرد و به صورت موازی با بدن شخص حرکت می کند. طراحی ربات به گونه ای است که ابعاد ربات متناسب با دست بیمار خواهد بود و همچنین حرکت...

full text

تلفیق داده‌های تک سنجنده‌ی کینکت برای مدل‌سازی سه‌بعدی بدن انسان

سنجنده­ی کینکت به دلیل برخورداری از هزینه‌ی پایین و قابلیت استفاده از آن در موقعیت‌ها و شرایط متفاوت، می‌تواند به‌ عنوان ابزاری کارا برای مدل‌سازی سه بعدی بدن انسان بکار گرفته شود. از کاربردهای ساخت مدل سه بعدی بدن انسان می­توان به ایجاد اتاق پرو مجازی برای انتخاب و مشاهده لباس، تولید کاراکترهای گرافیکی در بازی­های رایانه­ای، ساخت آواتار شخصی برای ارتباطات مجازی، تولید پویانمایی و فیلم سه بعدی،...

full text

طراحی و تحلیل بازوی رباتیک برای توان بخشی دست انسان

حرکت های مداوم فیزیوتراپی، تضمینی است برای بیمارانی که دچار عارضه ی سکته ی مغزی شده اند تا بتوانند سلامتی خود را بازیابند. انجام هرچه بهتر حرکات فیزیوتراپی، مشروط به وجود سیستمی ساده، سبک و با ایمنی بالاست که بتواند حرکات کاملی را برای بیمار انجام دهد. در این پایان نامه سعی شده است تا مدلی جدید و کامل از یک ربات توان بخشی برای دست انسان ارایه گردد. این مدل دارای 8 درجه ی آزادی می باشد که سه درج...

15 صفحه اول

کنترل بینامبنای بازوی ربات با مدل‌سازی عصبی معکوس ماتریس ژاکوبین

سیستم کنترل خودفرمان بینایی، به سیستمی اتلاق می شود که از اطلاعات بازخوردی دوربین برای کنترل ربات استفاده می‌کند؛ تا ربات، از نقاط شروع دلخواه به نقطه هدف برسد. راه‌های متنوعی از جمله کنترل با استفاده از مدل ربات، طراحی کنترلگر بصورت مستقیم، و استفاده از ماتریس ژاکوبین در این زمینه مطرح شده است. اما، از آنجا که در بسیاری از مواقع، مدلی از ربات دردسترس نیست و یا بدست آوردن آن کاری دشوار و زمانبر...

full text

طراحی کنترل‌گر فازی با قابلیت تنظیم برخط برای کنترل بینامبنای بازوی ربات

درکنترل بینامبنا ربات از اطلاعات استخراج شده از حسگر بصری برای کنترل حرکت ربات استفاده می‌شود. در روش‌های سنتی کنترل بینامبنا، مدل ربات و مدل دوربین مورد نیاز است. به دست آوردن این مدل‌ها زمان‌بر و گاهی اوقات غیرممکن است. بنابراین در تحقیقات اخیر از روش‌های هوشمند برای مقابله با این چالش استفاده می‌شود. در این پژوهش ابتدا از یک کنترل­گر فازی ترکیبی برای کنترل بازوی ربات استفاده شده است. ورودی‌ه...

full text

My Resources

Save resource for easier access later

Save to my library Already added to my library

{@ msg_add @}


Journal title

volume 14  issue 4

pages  97- 116

publication date 2018-03

By following a journal you will be notified via email when a new issue of this journal is published.

Keywords

No Keywords

Hosted on Doprax cloud platform doprax.com

copyright © 2015-2023