kinect识别人体动作控制小车运动
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题设计任务 2
2.智能车机构和控制系统硬件 3
2.1智能车的机构设计 3
2.1.1 智能车的控制板设计 3
2.1.2智能车的车身设计 3
2.2智能车硬件设计 4
2.3单片机系统设计 5
2.3.1 Arduino单片机 5
2.3.2单片机最小系统硬件设计 6
2.4本章小结 6
3.基于上/下位机控制智能车运动设计 7
3.1基于底层主板直接控制小车 7
3.2基于上位机直接控制小车 8
3.3实验结果 8
3.4本章小结 11
4.基于蓝牙控制小车 12
4.1基于蓝牙控制小车运动的原理 12
4.2基于蓝牙控制小车运动的方法 13
4.2.1小车驱动面板设计 13
4.2.2小车蓝牙驱动程序设计 14
4.3基于蓝牙控制小车运动的实验结果 15
4.4本章小结 18
5.基于Kinect识别人体动作控制小车运动 19
5.1基于Kinect识别人体动作控制小车运动的原理 19
5.2基于Kinect识别人体动作控制小车运动的方法 21
5.3基于Kinect识别人体动作控制小车运动的实验结果 23
5.4本章小结 25
6.结论与展望 26
6.1结论 26
6.2展望 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
课题研究的背景：Kinect是一种3D体感摄影机，同时导入了动态技术捕捉，影像识别，麦克风输入，语音识别，社群输入等功能。体感应用功能的开发是可以为开发者带来收入的，已经有很多开发者尝试这样做了。此外
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，开发者的开发环境，氛围，技术，成本等因素也约制着体感应用的开发和普及，Kinect能否掀起体感应用技术的开发的热潮还得让时间来告诉我们。
Kinect的研究趋势：它将会越来越频繁的出现在客厅以外的各种场所，比如学校和医院。在技术方面可以看到我们对人脸和手指的跟踪，比如眼睛的方向，还有人脸的各个部位，部分语音的方向，我们都可以做到达到逼真的效果。Kinect不仅仅用于游戏方面，也应用于电视，特别是手机，它会给整个电子产业带来革命性的变化。
在国外，主流的动作捕捉技术可分为光学式和机械式两种，而其中光学式的动作捕捉更为主流，它的主要优点就是在于用户有较大的活动表演空间，受限制的因素较小，完成度也很高。好莱坞很多特效大片都是通过先进的动作捕捉技术来完成的，比如知名的动画大片《极地特快》。自从微软的xbox360发布以来，期配套使用的Kinect红外深度感应器更是革新了动作捕捉技术，用户可根据微软的官方开发软件及SDK，来进一步开发相关的应用。利用SDK，电脑为人体的骨架和建模做出了突破性的贡献，所以Kinect可以说是革新了动作捕捉的传感器，对未来的科技也有着不可估量的价值。
在国内，自Kinect发布伊始，我国很多知名大学的专家就纷纷开始了对它的研究，其实在动作捕捉领域方面的研究，我国最早可以追溯到2000年。那时我国的体育总局的技术研发部门就我国的一些优势体育项目创建了一个“数字化三维人体仿真系统”。所以就人机交互的研究方面而言，我国还是走在世界的前列。
课题研究的意义：本课题是通过对Kinect的二次开发，建立相应的人机交互系统，使机器人与人能够进行互动。本课题总体上课分为三个部分，第一部分是对两轮机器小车的研究；第二部分是对Kinect的应用；最后一部分是完善人机交互系统。
1.2课题设计任务
本文设计的基于Kinect识别人体动作控制小车运动,主要包括小车的控制,基于Kinect人机交互模式控制小车。具体实现以下功能：
基于底层主板主板直接控制智能车，实现将小车驱动的程序烧写到小车主板上，连接到电源后可使小车直接驱动，进行前进后退左转右转。
基于上位机控制智能车运动，将控制程序烧写到小车主板上之后，利用usb数据线，实现电脑对小车发送指令从而对小车进行控制。
基于蓝牙控制智能车运动，将蓝牙驱动程序烧写到小车上后，利用移动终端和小车上蓝牙模块进行通
讯从而发出指令控制小车运动。
基于Kinect控制智能车运动，将Kinect源代码进行深入编译，最终Kinect可以识别出用户向左向右的手势，再将控制程序下载到小车主板上，利用通讯模块建立小车与Kinect之间的联系，从而用户可以通过手势控制小车移动。
智能车机构和控制系统硬件
2.1智能车的机构设计
2.1.1 智能车的控制板设计
小车的控制板采用的是Arduino芯片，它主要是由L298P电机驱动模块和ATmega32U4微控制器，蓝牙模块和USB接口组成，如图2.1所示。
图2.1小车单片机模块图
2.1.2智能车的车身简介
小车的车身主要是由两个直流电机，塑料车身板，两个轮胎，一个万向轮和一个电池盒组成当智能车开始驱动时，两个轮胎会根据指令进行同步或者异步的转动，万向轮会根据两个轮胎的转速而改变智能车的方向，如下2.2图所示。
图2.2小车车身模块图
2.2智能车硬件设计
Arduino机器小车,Arduino是一种基于开放源代码USB的I/O接口板,该主控板整合了一个L298P电机驱动器和一个ATMEGA32U4芯片,并且还有Arduino Xbee传感器扩展板还有一个蓝牙串口模块组成。小车工作流程如下图2.3所示。
1.绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2课题设计任务 2
2.智能车机构和控制系统硬件 3
2.1智能车的机构设计 3
2.1.1 智能车的控制板设计 3
2.1.2智能车的车身设计 3
2.2智能车硬件设计 4
2.3单片机系统设计 5
2.3.1 Arduino单片机 5
2.3.2单片机最小系统硬件设计 6
2.4本章小结 6
3.基于上/下位机控制智能车运动设计 7
3.1基于底层主板直接控制小车 7
3.2基于上位机直接控制小车 8
3.3实验结果 8
3.4本章小结 11
4.基于蓝牙控制小车 12
4.1基于蓝牙控制小车运动的原理 12
4.2基于蓝牙控制小车运动的方法 13
4.2.1小车驱动面板设计 13
4.2.2小车蓝牙驱动程序设计 14
4.3基于蓝牙控制小车运动的实验结果 15
4.4本章小结 18
5.基于Kinect识别人体动作控制小车运动 19
5.1基于Kinect识别人体动作控制小车运动的原理 19
5.2基于Kinect识别人体动作控制小车运动的方法 21
5.3基于Kinect识别人体动作控制小车运动的实验结果 23
5.4本章小结 25
6.结论与展望 26
6.1结论 26
6.2展望 27
参考文献 28
致谢 29
1.绪论
1.1课题研究的背景及意义
课题研究的背景：Kinect是一种3D体感摄影机，同时导入了动态技术捕捉，影像识别，麦克风输入，语音识别，社群输入等功能。体感应用功能的开发是可以为开发者带来收入的，已经有很多开发者尝试这样做了。此外
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
，开发者的开发环境，氛围，技术，成本等因素也约制着体感应用的开发和普及，Kinect能否掀起体感应用技术的开发的热潮还得让时间来告诉我们。
Kinect的研究趋势：它将会越来越频繁的出现在客厅以外的各种场所，比如学校和医院。在技术方面可以看到我们对人脸和手指的跟踪，比如眼睛的方向，还有人脸的各个部位，部分语音的方向，我们都可以做到达到逼真的效果。Kinect不仅仅用于游戏方面，也应用于电视，特别是手机，它会给整个电子产业带来革命性的变化。
在国外，主流的动作捕捉技术可分为光学式和机械式两种，而其中光学式的动作捕捉更为主流，它的主要优点就是在于用户有较大的活动表演空间，受限制的因素较小，完成度也很高。好莱坞很多特效大片都是通过先进的动作捕捉技术来完成的，比如知名的动画大片《极地特快》。自从微软的xbox360发布以来，期配套使用的Kinect红外深度感应器更是革新了动作捕捉技术，用户可根据微软的官方开发软件及SDK，来进一步开发相关的应用。利用SDK，电脑为人体的骨架和建模做出了突破性的贡献，所以Kinect可以说是革新了动作捕捉的传感器，对未来的科技也有着不可估量的价值。
在国内，自Kinect发布伊始，我国很多知名大学的专家就纷纷开始了对它的研究，其实在动作捕捉领域方面的研究，我国最早可以追溯到2000年。那时我国的体育总局的技术研发部门就我国的一些优势体育项目创建了一个“数字化三维人体仿真系统”。所以就人机交互的研究方面而言，我国还是走在世界的前列。
课题研究的意义：本课题是通过对Kinect的二次开发，建立相应的人机交互系统，使机器人与人能够进行互动。本课题总体上课分为三个部分，第一部分是对两轮机器小车的研究；第二部分是对Kinect的应用；最后一部分是完善人机交互系统。
1.2课题设计任务
本文设计的基于Kinect识别人体动作控制小车运动,主要包括小车的控制,基于Kinect人机交互模式控制小车。具体实现以下功能：
基于底层主板主板直接控制智能车，实现将小车驱动的程序烧写到小车主板上，连接到电源后可使小车直接驱动，进行前进后退左转右转。
基于上位机控制智能车运动，将控制程序烧写到小车主板上之后，利用usb数据线，实现电脑对小车发送指令从而对小车进行控制。
基于蓝牙控制智能车运动，将蓝牙驱动程序烧写到小车上后，利用移动终端和小车上蓝牙模块进行通
讯从而发出指令控制小车运动。
基于Kinect控制智能车运动，将Kinect源代码进行深入编译，最终Kinect可以识别出用户向左向右的手势，再将控制程序下载到小车主板上，利用通讯模块建立小车与Kinect之间的联系，从而用户可以通过手势控制小车移动。
智能车机构和控制系统硬件
2.1智能车的机构设计
2.1.1 智能车的控制板设计
小车的控制板采用的是Arduino芯片，它主要是由L298P电机驱动模块和ATmega32U4微控制器，蓝牙模块和USB接口组成，如图2.1所示。
图2.1小车单片机模块图
2.1.2智能车的车身简介
小车的车身主要是由两个直流电机，塑料车身板，两个轮胎，一个万向轮和一个电池盒组成当智能车开始驱动时，两个轮胎会根据指令进行同步或者异步的转动，万向轮会根据两个轮胎的转速而改变智能车的方向，如下2.2图所示。
图2.2小车车身模块图
2.2智能车硬件设计
Arduino机器小车,Arduino是一种基于开放源代码USB的I/O接口板,该主控板整合了一个L298P电机驱动器和一个ATMEGA32U4芯片,并且还有Arduino Xbee传感器扩展板还有一个蓝牙串口模块组成。小车工作流程如下图2.3所示。
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