一種基於Kinect技術的智能小車的製作方法
2023-06-05 00:06:46 2
一種基於Kinect技術的智能小車的製作方法
【專利摘要】本發明的目公開一種基於Kinect技術的智能小車，包括底盤、轉軸總成、車輪總成、Kinect傳感器、計算機和下位機。所述Kinect傳感器採集到操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音指令後，傳遞給所述計算機。所述計算機對操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音進行解析後，向所述下位機發出指令。所述下位機根據指令來控制各個電機正向旋轉、反向旋轉或停止旋轉，以控制智能小車的運動狀態。
【專利說明】—種基於Kinect技術的智能小車
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能運動小車。
【背景技術】
[0002]智能小車是現代工業生產中常用的裝置。現有的智能小車可以按照預先設定的模式在一個環境裡自動的運作，不需要人為的管理，可應用於物料運送、裝配、焊接零部件、科學勘探等。智能小車能夠實時顯示時間、速度、裡程，具有自動尋跡、尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車，遠程傳輸圖像等功能。
[0003]Kinect是微軟公司研製的一款體感外設，實際上是一種3D體感攝影機。該設備共有3個攝像頭，中間是RGB彩色攝像頭，左右兩邊分別為紅外投影機(紅外線發射器)和紅外攝像頭(CMOS紅外感應設備)，用於深度探測。Kinect搭配了追焦技術，底座馬達會隨著對焦物體移動而轉動。同時Kinect還內置麥克風陣列，用於語音識別。
[0004]現有的智能小車的運動部位設計比較簡單，需要複雜的編程控制才能夠實現的各方向的運動，且難以實現原地轉向。這嚴重影響智能小車性能發揮。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是解決現有的智能小車難以控制運動的問題。
[0006]為實現本發明目的而採用的技術方案是這樣的，一種基於Kinect技術的智能小車，包括底盤、轉軸總成、車輪總成、Kinect傳感器、計算機和下位機。
[0007]所述底盤的下表面為水平面，四個所述轉軸總成安裝在所述底盤的下表面。所述轉軸總成包括電機、輸出軸和軸承。所述電機和軸承固定在所述底盤的下表面。所述輸出軸平行於所述底盤的下表面。所述輸出軸的一端連接所述電機的轉軸，所述輸出軸的另一端穿過所述軸承後，安裝所述車輪總成。安裝在所述底盤的下表面的四個所述轉軸總成中，相鄰的兩個轉軸總成的輸出軸相互垂直。
[0008]所述Kinect傳感器採集到操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音指令後，傳遞給所述計算機。
[0009]所述計算機對操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音進行解析後，向所述下位機發出指令。
[0010]所述下位機根據指令來控制各個電機正向旋轉、反向旋轉或停止旋轉，以控制智能小車的運動狀態。
[0011]進一步，還包括一個急停開關。所述急停開關用於控制各個電機的電源的通斷。當智能小車運動時，若所述Kinect傳感器探測到智能小車與障礙物之間的距離低於閾值時，則向所述下位機發出急停指令。所述下位機接收到急停指令後，向所述急停開關發出信號以切斷各個電機的電源。
[0012]本發明的技術效果是毋庸置疑的，該小車的運動系統具有多個轉軸的設計，能夠實現靈活地轉向。另外，本發明集成了 Kinect系統，使得小車理解操作人員的指令，精準地實現的各方向的運動，發揮出優異的性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明發明的結構示意圖；
[0014]圖2為本發明發明的仰視圖；
[0015]圖3為車輪部分的結構示意圖；
[0016]圖4為計算機控制流程圖；
[0017]圖5為下位機控制流程圖。
[0018]圖中:底盤1、轉軸總成2、電機201、輸出軸202、軸承203、車輪總成3、輪轂301、安裝孔302、輻條303、正多邊形框304、滾輪305、平臺4、Kinect傳感器5。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不應該理解為本發明上述主題範圍僅限於下述實施例。在不脫離本發明上述技術思想的情況下，根據本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本發明的保護範圍內。
[0020]實施例1:
[0021]—種基於Kinect技術的智能小車,包括底盤1、轉軸總成2、車輪總成3、Kinect傳感器5、計算機和下位機。
[0022]所述底盤I的下表面為水平面，四個所述轉軸總成2安裝在所述底盤I的下表面。所述轉軸總成2包括電機201、輸出軸202和軸承203。所述電機201和軸承203固定在所述底盤I的下表面。所述輸出軸202平行於所述底盤I的下表面。所述輸出軸202的一端連接所述電機201的轉軸，所述輸出軸202的另一端穿過所述軸承203後，安裝所述車輪總成3。安裝在所述底盤I的下表面的四個所述轉軸總成2中，相鄰的兩個轉軸總成2的輸出軸202相互垂直。
[0023]所述Kinect傳感器5採集操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音指令後，傳遞給所述計算機。實施例中，操作人員發出的語音指令「向前、右轉、向左、向右、左轉和向後」共六種語音指令會被所述Kinect傳感器5的麥克風採集並傳送給計算機。
[0024]所述計算機對操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音進行解析後，向所述下位機發出指令。
[0025]所述下位機根據指令來控制各個電機201 (四個電機201)正向旋轉、反向旋轉或停止旋轉，以控制智能小車的運動狀態。
[0026]實施例中，四個轉軸總成2上的電機201分別記為第一電機、第二電機、第三電機和第四電機。
[0027]計算機解析出操作人員發出語音指令「向前」時，所述下位機控制第二電機和第四電機正轉，第一電機和第三電機不動。使得智能小車向前移動。
[0028]計算機解析出操作人員發出語音指令「向後」時，所述下位機控制第二電機和第四電機反轉，第一電機和第三電機不動。使得智能小車向後移動。
[0029]計算機解析出操作人員發出語音指令「向左」時，所述下位機控制第一電機和第三電機正轉，第二電機和第四電機不動。使得智能小車向左移動。[0030]計算機解析出操作人員發出語音指令「向右」時，所述下位機控制第一電機和第三電機反轉，第二電機和第四電機不動。使得智能小車向右移動。
[0031]計算機解析出操作人員發出語音指令「左轉」時，所述下位機控制第一電機正轉，第三電機、第二電機和第四電機不動。使得智能小車左轉。
[0032]計算機解析出操作人員發出語音指令「右轉」時，所述下位機控制第三電機正轉，第一電機、第二電機和第四電機不動。使得智能小車右轉。
[0033]實施例2:
[0034]本實施例主要部分同實施例1，更為具體地，本實施例中，所述下位機單元設置在鋁板上表面，其主要包括MCU電路板，MCU的最小系統板，測速模塊，鉛蓄電池、測速模塊電路板；兩塊測速模塊電路板對稱分布在正方形鋁板兩個同向角落處，鉛蓄電池位於鋁板中央；用於提供電源，電池與直流電機經有線方式連接，電機和測速模塊以螺釘固定，並以有線的方式與測速模塊電路板連接，用於實時測量電機轉速並傳輸數據給MCU電路板，MCU電路板及其最小系統板由螺絲連接，MCU電路板及其最小系統板通過RS232串口與上位機(計算機和KINECT傳感器)計算機連接，並且電機的旋轉方向由MCU電路板進行控制。頂層控制單元即上位機由KINECT傳感器、計算機組成，KINECT傳感器通過匝帶固定在小有機玻璃板上，用來接收語音和肢體動作信息，計算機位於中層有機玻璃平臺中央，可以處理KINECT傳輸的信息數據並下達命令給驅動系統，計算機和KINECT傳感器通過USB數據線相連，計算機經RS232串口與MCU電路板相連。
[0035]總控制包括電源開關、急停開關，兩者對稱分布在中層有機玻璃平臺後側兩角落處，電源開關用於控制電源開閉，急停開關用於迅速斷開電源。
[0036]以下I?9種具體實施過程，是在實施例1的基礎上進行拓展和細化:
[0037]首先，使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，做出肢體動作或發出語音指令，KINECT同過紅外線攝像頭和麥克風接受圖像語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的SDK程序工具包通過LABVIEW語言進行處理，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機的轉向(正轉或反轉)和轉速。
[0038]I)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出語音指令「向前進」或「向後退」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(前進/後退距離可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制，前後電機停轉，左右電機順時針/逆時針旋轉。(電機轉向以同一側為參考系)
[0039]2)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出語音指令「向右轉」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(旋轉角度可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，右電機逆時針旋轉，左側電機順時針旋轉，前側電機順時針旋轉，後側電機逆時針旋轉。(電機轉向以同一側為參考系)
[0040]3)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出語音指令「向左轉」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(旋轉角度可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，右電機順時針旋轉，左側電機逆時針旋轉，前側電機逆時針旋轉，後側電機順時針旋轉。(電機轉向以同一側為參考系)。
[0041]4)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出語音指令「面對我」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，當攝像頭識別到部分肢體特徵時，平臺以「向左轉」或「向右轉」的方式轉到發出聲音的方向。當攝像頭內沒有肢體骨骼信號時平臺以「向左轉」或「向右轉」的方式旋轉180度。(電機轉向以同一側為參考系)
[0042]5)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出語音指令「暫停」或「結束」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，全部電機停轉。
[0043]6)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出肢體骨骼指令「右手向左指」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(旋轉角度可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，右電機順時針旋轉，左側電機逆時針旋轉，前側電機逆時針旋轉，後側電機順時針旋轉。(電機轉向以同一側為參考系)。
[0044]7)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出肢體骨骼指令「左手向右指」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(旋轉角度可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，右電機逆時針旋轉，左側電機順時針旋轉，前側電機順時針旋轉，後側電機逆時針旋轉。(電機轉向以同一側為參考系)。
[0045]8)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出肢體骨骼指令「右手上舉」或「左手上舉」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(前進/後退距離可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，前後電機停轉，左右電機順時針/逆時針旋轉。(電機轉向以同一側為參考系)。
[0046]9)使用者出現在KINECT識別範圍內的攝像頭內，發出肢體骨骼指令「雙手交叉於腹前」，KINECT麥克風接受語音信息並發送數據信息到計算機上，計算機上的KINECT肢體語音控制平臺通過LABVIEW語言對接收到的信息進行處理(旋轉角度可設置)，將運動信息經RS232串口發送至下位機的MCU電路板，再經電線控制電機，全部電機停轉。
[0047]實施例3:
[0048]本實施例對實施例1或2的控制系統進一步說明。
[0049]參見圖4和圖5:
[0050]1.硬體初始化階段。此階段下位機硬體上電的第一個階段。在此階段中，首先對系統平臺接在硬體進行初始化，如kinect傳感器,下位機硬體等。
[0051]2.對初始化是否成功進行判斷；若判斷為「否」，進入錯誤處理階段；若判斷為「是」，則在上位機(kinect傳感器和計算機)進行系統參數設置，包括速度，距離以及系統平臺的轉向角。
[0052]3.對上位機系統是否從傳感器接收到音頻，視頻，深度數據流進行判斷。若判斷為「否」，則重新進行硬體初始化；若判斷為「是」，則上位機直接進行傳感器信息採集及處理。
[0053]4.對相關數據進行並行處理，同時啟動語音識別，骨骼追蹤和手勢識別，以及彩色圖像顯示。
[0054]5.進行語音，手勢識別命令判斷；在此階段中，判斷語音識別結果是否符合既定語音命令，若判斷結果為「否」，則繼續進行語言識別，若判斷結果為「是」，則匹配識別結果，生成特定指令；同時，此階段中，判斷傳感器是否追蹤到人體骨骼，若判斷結果為「否」，則繼續進行手勢識別；若判斷結果為「是」，則繼續判斷識別手勢是否符合既定手勢算法；進行是否符合既定手勢算法判斷，若判斷結果為「否」，則繼續判斷該手勢是否符合既定算法，若判斷結果為「是」，則生成特定指令。
[0055]6.生成特定指令後，上位機將指令發送至串口，發送串口指令。
[0056]7.下位機與上位機通過串口數據線進行數據連接，進行下位機是否接收到命令進行判斷。若判斷結果為「否」，則重新發送串口指令；若判斷結果為「是」，則下位機執行命令。
[0057]8.下位機在執行命令過程中，要進行新命令判定。若判斷結果為「否」，則下位機繼續執行，然後等待新命令；若判斷結果為「是」，則轉入下位機執行命令，即覆蓋前一命令，執7TT新命令。
[0058]9.命令執行完畢後，系統重新進行系統的參數設置，此階段可改變平臺的速度，行駛距離以及轉向角，亦可不作更改，系統進行新一輪語音手勢識別。
[0059]實施例4:
[0060]本實施例在實施例1基礎上進一步公開一種智能小車的結構，參見圖1?3，該小車包括底盤1、轉軸總成2和車輪總成3。所述底盤I的下表面為水平面，四個所述轉軸總成2安裝在所述底盤I的下表面。
[0061]參見圖2，所述轉軸總成2包括電機201、輸出軸202和軸承203。所述電機201和軸承203固定在所述底盤I的下表面。所述輸出軸202平行於所述底盤I的下表面。
[0062]所述底盤I的上表面安裝有支撐杆，所述Kinect傳感器5安裝在所述支撐杆的上端。
[0063]所述輸出軸202的一端連接所述電機201的轉軸，所述輸出軸202的另一端穿過所述軸承203後，安裝所述車輪總成3。實施例中，所述軸承203的外圈固定在所述底盤I的下表面。所述輸出軸202穿過，並固定在所述軸承203的內圈。所述輸出軸202穿過所述軸承203的內圈的一端懸空在所述底盤I的四周，以便於安裝車輪總成3。
[0064]實施例中，所述底盤I為正方形。安裝在所述底盤I的下表面的四個所述轉軸總成2中，相鄰的兩個轉軸總成2的輸出軸202相互垂直。即以所述正方形底盤I的中心畫一個「十」字，所述四個所述轉軸總成2分別安裝在所述「十」字的四個分支上。即使得四根所述輸出軸202呈輻射狀地安裝在所述正方形底盤I的下表面。
[0065]所述車輪總成3包括輪轂301、輻條303、正多邊形框304和滾輪305。所述輪轂301的中心處具有安裝孔302。所述安裝孔302套在所述輸出軸202上，使得所述車輪總成3被安裝在所述輸出軸202上。所述輪轂301的外圓周上連接若干輻條303。所述輪轂301位於所述正多邊形框304之中，所述正多邊形框304與所述輪轂301同心。所述輻條303的一端連接在輪轂301的外圓周上、另一端連接在所述正多邊形框304的頂點上。若干個所述滾輪305安裝在所述正多邊形框304的各個邊上。所述滾輪305可以自由滾動。[0066]實施例5:
[0067]本實施例主要結構同實施例4。在本實施例中，還包括平臺4，所述平臺4安裝在所述底盤I的上表面。所述正多邊形框304是正十二邊形框，所述輻條303的根數為十二根，所述滾輪305的個數為十二個。即所述車輪總成3中的所述正多邊形框304是橫截面為圓形的金屬條彎成的正十二邊形金屬框。所述正十二邊形金屬框套在輪轂301的外部。通過十二根輻條303使得所述正十二邊形金屬框與輪轂301固定在一起，所述輪轂301的圓心與正十二邊形的中心重合。本實施例中,所述滾輪305是兩端敞口的中空圓柱體，其材料可以為橡膠。十二個所述滾輪305套在所述正十二邊形金屬框的每一個邊上，可以自由滾動。優選地，所述所述正十二邊形金屬框的每一個邊上還安裝有軸承，所述滾輪305套在這些軸承上。
[0068]實施例6:
[0069]本實施例的主要部分同實施例1，只是還包括一個急停開關。當智能小車運動時，若所述Kinect傳感器5探測到智能小車與障礙物之間的距離低於閾值時，則向所述下位機發出急停指令。所述下位機接收到急停指令後，向所述急停開關發出信號以切斷各個電機201的電源。
【權利要求】
1.一種基於Kinect技術的智能小車，其特徵在於:包括底盤(I)、轉軸總成(2)、車輪總成(3)、Kinect傳感器(5)、計算機和下位機； 所述底盤(I)的下表面為水平面，四個所述轉軸總成(2)安裝在所述底盤(I)的下表面；所述轉軸總成(2)包括電機(201)、輸出軸(202)和軸承(203);所述電機(201)和軸承(203)固定在所述底盤(I)的下表面；所述輸出軸(202)平行於所述底盤(I)的下表面；所述輸出軸(202)的一端連接所述電機(201)的轉軸，所述輸出軸(202)的另一端穿過所述軸承(203)後，安裝所述車輪總成(3);安裝在所述底盤(I)的下表面的四個所述轉軸總成(2)中，相鄰的兩個轉軸總成(2)的輸出軸(202)相互垂直； 所述Kinect傳感器(5)採集到操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音指令後，傳遞給所述計算機； 所述計算機對操作人員的肢體動作或操作人員發出的語音進行解析後，向所述下位機發出指令； 所述下位機根據指令來控制各個電機(201)正向旋轉、反向旋轉或停止旋轉，以控制智能小車的運動狀態。
2.根據權利要求1所述的一種基於Kinect技術的智能小車，其特徵在於:還包括一個急停開關；所述急停開關用於控制各個電機(201)的電源的通斷； 當智能小車運動時，若所述Kinect傳感器(5)探測到智能小車與障礙物之間的距離低於閾值時，則向所述下位機發出急停指令；所述下位機接收到急停指令後，向所述急停開關發出信號以切斷各個電機(201)的電源。
【文檔編號】G05D1/02GK103991492SQ201410255221
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月11日 優先權日:2014年6月11日
【發明者】王見, 劉銳, 汪宇辰, 孔維仲, 葉蔥蔥, 卓著 申請人:重慶大學