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网络机器人的交互功能设计与实现

作　者: 武婉萍
导　师: 程玉华
学　校: 电子科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 网络机器人仿人功能交互指尖识别
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，基于即时通讯（Instant Messaging，IM）技术的网络机器人逐渐成为人们进行互联网交流的重要工具。但是目前的IM网络机器人仍存在一些缺陷，如用户与机器人之间的交互还是依赖于键盘输入；没有机器人实体，仅仅是虚拟的形式；缺乏生动性、娱乐性等。本课题的研究目标是设计并实现一个机器人实验系统。该系统可最大化地利用IM的增值业务及网络资源，并通过触觉、视觉等仿人功能模块实现与用户进行友好的交互，具有生动的表情肢体动作、行为学习等表现方式。本课题开发完成了机器人硬件系统，其采用以Cortex-M3为处理内核的微控制器LPC1752，硬件外设扩展主要包括电源、USB通讯、机器人仿人功能（触觉、动作、显示）等电路模块。为了实现用户利用手指和机器人进行视觉交互，提出了一种简单高效改进的基于曲率的指尖检测方法。该方法首先对色彩空间进行比较，选择合适的颜色空间YCbCr；在此颜色空间中利用肤色检测的方法检测出人手区域；然后在肤色区域的轮廓上，根据k曲率法检测出类指尖点，得到一系列曲率极大点，通过过滤算法过滤掉误判的点；最后通过最小二乘椭圆拟合，确定指尖的精确位置。最后，本课题对实验机器人的核心系统模块，进行了实验测试和分析。主要包括机器人基本功能测试，机器人的触觉和视觉仿人功能应用测试等。实验结果表明，该机器人实验系统基本达到了预期目标和实验效果。本课题的研究将为突破传统键盘、鼠标等方式的限制，以实现更方便的手势、动作和表情等人机交互方式，提供了一种可行的技术解决方案。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题研究目的和意义  11-12
  1.2 国内外相关研究现状  12-16
    1.2.1 网络智能机器人的发展情况  12-13
    1.2.2 基于 IM 的互联网机器人发展情况  13-16
  1.3 本文工作及论文组织结构  16-17
第二章机器人总体设计  17-25
  2.1 外形设计需求  17-18
    2.1.1 形象设计需求  17
    2.1.2 外形指标  17-18
  2.2 功能设计需求  18-19
    2.2.1 智能语音功能  18
    2.2.2 丰富的肢体动作和表情功能  18-19
    2.2.3 视觉功能  19
    2.2.4 触控功能  19
  2.3 硬件设计方案  19-21
    2.3.1 硬件系统总体构架  19-20
    2.3.2 处理器接口功能  20-21
    2.3.3 语音识别控制模块  21
    2.3.4 系统电源模块  21
  2.4 软件设计方案  21-24
    2.4.1 底层驱动软件  21-22
    2.4.2 上层应用软件  22-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章硬件设计与实现  25-38
  3.1 微处理器选择  25-26
  3.2 外围电路的设计  26-33
    3.2.1 主控制器接口电路设计  26-27
    3.2.2 处理器电源模块  27
    3.2.3 系统复位电路设计  27
    3.2.4 显示电路设计  27-30
    3.2.5 触觉电路设计  30-31
    3.2.6 动作电路设计  31-33
  3.3 电源电路设计  33-35
  3.4 USB 通讯模块设计  35-37
  3.5 硬件系统实物图  37
  3.6 本章小结  37-38
第四章基于指尖识别的人机交互算法  38-64
  4.1 交互设计原理  38-39
  4.2 人手的视觉检测方法  39-41
    4.2.1 基于标记物的人手检测  39
    4.2.2 基于红外图像的人手检测  39-40
    4.2.3 基于图像差分的人手检测  40
    4.2.4 基于肤色的人手检测  40-41
  4.3 肤色空间及模型的选择  41-52
    4.3.1 色彩空间  41-47
    4.3.2 肤色模型  47-52
  4.4 YCBCR空间的高斯肤色模型的检验  52-55
    4.4.1 肤色模型的建立  52-53
    4.4.2 肤色分割步骤  53-55
  4.5 指尖探测  55-63
    4.5.1 基于曲率的类指尖点检测  55-57
    4.5.2 凹点过滤  57-61
    4.5.3 最小二乘椭圆拟合  61-63
  4.6 本章小结  63-64
第五章系统测试与结果分析  64-79
  5.1 系统基本功能测试与结果分析  64-68
    5.1.1 测试内容及步骤  64-66
    5.1.2 结果与分析  66-68
  5.2 触觉测试结果与分析  68-72
  5.3 视觉测试结果与分析  72-78
    5.3.1 指端识别结果与分析  72-77
    5.3.2 眼睛屏测试结果与分析  77-78
  5.4 本章小结  78-79
第六章总结与展望  79-81
  6.1 论文研究工作总结  79-80
  6.2 展望  80-81
致谢  81-82
参考文献  82-86
攻硕期间取得的研究成果  86-87

网络机器人的交互功能设计与实现

内容摘要

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