一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人及猜拳手勢識別方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人領域，特別涉及一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人及猜 拳手勢識別方法。
【背景技術】
[0002] 目前的猜拳手勢識別技術是使用普通攝像頭在理想光照下的進行手勢識別，對光 線依賴性比較強，精確度比較低。特別是在光線變化比較劇烈，左右手方向以及手掌傾斜度 較大的情況下，猜拳機器人無法對不規(guī)則的猜拳動作及變換手勢的猜拳動作進行有效的識 另IJ，識別速度慢，識別率低，無法進行正常的娛樂活動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術中猜拳機器人對環(huán)境光照條件依賴較大，識別速度慢，識別率 低的問題，本發(fā)明提供了一種基于LeapMotion圖像采集和處理設備，使猜拳手勢識別更加 準確流暢的基于LeapMotion設備的猜拳機器人及猜拳手勢識別方法。
[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術方案是：
[0005] -種基于LeapMotion設備的猜拳機器人，包括座體，其特征在于：還包括采集出 拳手勢的LeapMotion設備、設置于座體的出拳區(qū)、設置于座體的用于檢測是否有出拳人的 超聲波傳感器、系統(tǒng)控制主機和猜拳機器人本體，所述的猜拳機器人本體設置在座體上，猜 拳機器人本體的出拳臂伸入到出拳區(qū)，所述超聲波傳感器和LeapMotion設備均與系統(tǒng)控 制主機連接。
[0006] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人，還包括音響和觸摸顯示屏，所述 音響和觸摸顯示屏分別與系統(tǒng)控制主機相連接。
[0007] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人，所述出拳臂包括手指、手指拉 桿、手臂桿、舵盤、舵機和電機，所述電機通過手臂桿與舵機相連接，所述舵機控制舵盤旋轉 帶動手指拉桿運動，所述手指拉桿末端連接有手指。
[0008] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人，還包括電機座、舵機安裝板和底 板，所述電機安裝電機座上，所述電機座固定在底板上，所述的舵機設置在舵機安裝板上。
[0009] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人，所述手臂桿包括手臂搖桿、手臂 連桿和主動搖桿，手臂搖桿安裝于電機座上，手臂搖桿通過手臂連桿與主動搖桿一段鉸接， 所述電機與主動搖桿另一端連接。
[0010] -種基于LeapMotion設備的猜拳手勢識別方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0011] (I)、LeapM〇ti〇n設備獲取出拳人的隨機猜拳動作，并將出拳人猜拳動作圖像轉化 為三維坐標；
[0012] (2)、LeapM〇ti〇n設備將手勢的三維坐標傳送給系統(tǒng)控制主機中的信息處理器，信 息處理器通過對坐標數(shù)據(jù)進行計算，對出拳人的猜拳動作進行識別。
[0013] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳手勢識別方法，還包括以下步驟：在步驟 (1)和步驟（2)之間設有步驟：
[0014] 猜拳機器人隨機產(chǎn)生猜拳動作；
[0015] 在步驟（2)之后依次設有步驟：
[0016] 信息處理器通過識別出的出拳人猜拳動作與機器人的猜拳動作，得出猜拳結果；
[0017] 系統(tǒng)控制主機通過信息處理器的猜拳結果，控制音響進行機器人發(fā)聲，與出拳人 間進行猜拳互動。
[0018] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳手勢識別方法，所述步驟（1)對出拳人的 猜拳動作獲取包括以下兩個步驟：
[0019] (I)、LeapMotion設備獲取出拳人出拳手勢的整體圖像；
[0020] (2)、LeapMotion設備獲取每個指關節(jié)骨骼空間三維位置坐標信息。
[0021] 前述的一種基于LeapMotion設備的猜拳手勢識別方法，所述步驟（2)對出拳人的 猜拳動作進行識別包括以下兩個步驟：
[0022] (1)、信息處理器通過對指尖坐標與手掌心坐標的分析，計算出手指長度信息；
[0023] (2)、信息處理器通過手指長度信息以及指尖坐標位置關系，判斷出當前手掌的手 勢。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 本發(fā)明基于現(xiàn)有的猜拳游戲基礎上進行了猜拳手勢識別方法的優(yōu)化，能夠不依賴 于周圍環(huán)境的光線條件，有效快速的識別猜拳手勢。同時本發(fā)明將優(yōu)化后的猜拳手勢識別 方法有效的與機器人相結合，機器人可以通過機械臂出拳，使猜拳過程更加生動有趣。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明進行猜拳互動過程流程圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明基于LeapMotion設備的猜拳機器人結構示意圖。
[0028] 圖3是本發(fā)明出拳臂結構示意圖。
[0029] 圖4是本發(fā)明LeapMotion設備獲取手勢三維示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0031] 如圖1-圖2所示，一種基于LeapMotion設備的猜拳機器人，包括系統(tǒng)控制主機 12、超聲波傳感器13、LeapMotion設備16、音響17、觸摸顯示屏18、猜拳機器人本體19和 座體20,在座體20上設置有猜拳機器人本體19,在座體上20設置有出拳區(qū)14,猜拳機 器人本體19的出拳臂伸入到出拳區(qū)14,在出拳區(qū)1側面設置有獲取出拳人出拳手勢的 LeapMotion設備16,在座體20上設置有檢測是否有出拳人的超聲波傳感器13,所述超聲波 傳感器13和LeapMotion設備16與系統(tǒng)控制主機12連接。所述音響17和觸摸顯示屏18 分別與系統(tǒng)控制主機12相連接。其中圖1中的發(fā)生裝置為音響，機械手控制器控制出拳臂 的動作，微操作機械手為出拳臂，微動平臺是指與手指連接，控制手指動作的轉動圓盤（具 體見圖3中的4、5、6、7及9、10、11部件）。
[0032] 基于LeapMotion圖像采集和處理設備的猜拳機器人工作時，超聲波傳感器13檢 測是否有觀眾出現(xiàn)，如有觀眾出現(xiàn)，控制程序通過音響17使用語音自動邀請觀眾參與科普 互動，使用觸摸顯示屏18可以讓觀眾進行有關猜拳的科學知識講解。系統(tǒng)通過LeapMotion 設備16采集出現(xiàn)在出拳區(qū)14中的各種手勢。整個操作過程由系統(tǒng)控制主機12可靠地控 制。
[0033] 如圖3所示，出拳臂包括電機座1、手臂搖桿2、手指3、手指拉桿4、舵盤5、舵機6、 舵機安裝板7、底板8、手臂連桿9、主動搖桿10和電機11。電機11安裝電機座上1，電機座 1通過螺栓連接固定在底板8上，底板8對整個機械手臂起支撐作用。在電機座1上安裝 有手臂搖桿2,手臂搖桿2通過手臂連桿9與主動搖桿10 -段鉸接，所述電機11與主動搖 桿10另一端連接。在手臂搖桿2上安裝有舵機安裝板7,在舵機安裝板7上設置有舵機6， 舵機6與舵盤5連接控制舵盤5帶動手指拉桿4運動，所述手指拉桿4末端連接有手指3。 具體表現(xiàn)為：在進行猜拳游戲時，電機11轉動，帶動手臂搖桿產(chǎn)生上下移動，整體手臂表現(xiàn) 為上下晃動動作。當需要出拳時，舵機6及其他兩個舵機同時轉動舵盤，舵盤帶動3個手指 拉桿，使得手指產(chǎn)生伸開和收縮的狀態(tài)，當需要出拳時，3個舵機同時向手指收縮方向轉動， 則手指拉桿帶動手指產(chǎn)生"拳"的手勢。當需要出"布"時，三個舵機同時向手指伸張方向 轉動，手指拉桿帶動手指，產(chǎn)生"布"的手勢。當需要出"剪刀"手勢時，中間手指舵機向手 指拉伸方向轉