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基于双目视觉的助老助残机器人定位系统研究 　　摘 要： 提出一种基于双目立体视觉的人机交互方式。该系统不仅可以主动检测人脸嘴部三维空间坐标，还可以通过激光引导随意确定某一位置的空间三维坐标。通过坐标变换和逆向运动学求解，反解出机械臂的各个关节运动角度，发送控制指令使机械臂在保持手部平衡的情况下运动到指定位置。实验结果表明，该方法操作简单，应用领域广，不仅能应用于助老助残机器人，还可以用于其他非结构化环境中的机器人。 　　关键词： 助老助残； 双目视觉； 机器人； 人机交互 　　中图分类号： TN911?34； TP391.4 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）02?0048?05 　　Abstract： A novel human?computer interaction mode based on stereo vision is presented in this article. The system not only can take the initiative to detect the 3D coordinate of human’s mouth， but also can determine the 3D coordinate of any position by the guide of the laser. With coordinate transformation and inverse kinematics solution， the moving angle of each joint of mechanical arm can be gotten by inverse solution. And then the control commands are sent to make the robot’s arm move to the specified position while maintaining the balance of the hand. The experiment result shows that the method is very easy to operate， its application field is wide， and it also can be used in the senior and disable people aid robots and the robots in unstructured environments. 　　Keywords： senior and disable people aid； stereo vision； robot； human?computer interaction 　　我国助老助残机器人主要有电动轮椅、多功能护理床、肢体康复机器人等[1?2]。常用的助老助残机器人人机交互方式主要有按键、语音、肌电信号[3]等，本文采用基于双目视觉的人机交互方式[4]。本文提出的基于?p目立体视觉定位的助老助残机器人定位系统操作方便、价格低廉，主要应用于非结构化环境中的机器人。 　　1 助老助残机器人定位系统 　　为了协助手部活动不便的老年人或残疾人在家中或医院里完成抓取、喂食等动作，本文设计完成了一种基于双目立体视觉的多自由度机械臂系统。本系统可以放置在病床或桌椅的旁边。 　　1.1 整体结构 　　本系统整体结构如图1所示。其中：1为可随着人的头部摆动的激光笔；2为可以让双目相机沿水平轴旋转的一个自由度关节；3为位于桌子和病人中间的双目相机；4为桌子上摆放的目标物体；5为多自由度机械臂；6为控制器；7为工作台。当卧床病人想要抓取目标物体4并将目标物移至嘴边时，首先通过语音等指令方式，打开激光笔发出光束，由病人头部转动将光束投射到抓取目标上，识别出激光斑的位置也就得到目标物体的位置。此时的双目相机朝向桌子，双目相机通过双目立体视觉实时得到激光斑在相机坐标系中的三维坐标。利用坐标变换反解方法，求解出机械手各个关节运动角度。当下达抓取命令时，机械臂会在保持手部平衡的同时自动移向指定目标的位置，实现对目标物的抓取，并关闭激光笔。然后通过相机旋转自由度（图1中的2）的转动将双目相机转向人的方向，通过人的嘴部检测以及双目立体视觉实时获得人嘴部位置在相机坐标系中的三维坐标。通过坐标变换、坐标反解，实时得到各个关键运动角度。最后通过语音等指令方式，控制机械臂在保持手部平衡的条件下将抓取物移至人的嘴部。 　　1.2 机械臂结构 　　本系统采用5自由度（不包括手部开合自由度）机械臂。其结构如图2所示。其中：1，2，3自由度对应为伺服电机；4，5为数字舵机；6为直流电机。 　　1.3 传感器系