指挥交通的警察机器人

篇一：一种人形机器人姿态控制的智能交通指挥系统

一种人形机器人姿态控制的智能交通指挥系统

作者：周子玥 邢建平 刘勇

来源：《科技传播》2015年第06期

摘 要 人机交互技术已经成为一项热门的综合技术，不断地被应用到很多领域。本文针对当前智能交通指挥系统的单一性，设计了一种人形机器人姿态控制的智能交通指挥系统，利用提出的骨骼追踪算法，使机器人NAO能够实时模仿人体姿态，以实现智能交通指挥。实验结果表明，本系统能够快速跟踪交警指挥动作，在不同环境复杂条件下具有较好的鲁棒性。 关键词 人机交互；智能交通指挥；KINECT；NAO

中图分类号TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2015）135-0155-02

0 引言

随着计算机技术的发展，人体交互技术越来越多的受到人们的重视，将基于体感识别的骨骼追踪技术与机器人相结合，成为智能交互领域发展的重要方向。

由于交警在指挥交通时往往执勤数个小时，会吸入大量的汽车尾气和灰尘，增加了患呼吸道疾病的几率。为了减少交警工作量，保证交警身体健康，保护交警人身安全，本文从智能交通手势指挥的角度，提出一种新模式的人形机器人姿态控制的智能交通指挥系统，该系统利用KINECT捕获人体姿态，并传输到机器人中央处理器，使机器人可以实时跟随人体动作，协同指挥交通。

1 系统框架

1.1 框架设计

基于体感技术，将骨骼追踪算法应用于人体姿态识别，并控制人形机器人实时模仿人体动作，实现一种新的自然人机交互模式。其具体流程为：人站在体感设备视距范围内，体感设备将捕获到人体在其坐标系中的实时位置数据，将这些原始数据发送到电脑，电脑端运行的服务程序将接收的原始数据进行计算并绘制实时人体骨骼框架以及原始数据数值显示在屏幕上。此外，电脑端的程序还负责根据原始位置数据构建人体模型，并通过滤波、空间向量运算、腿部姿态检测，计算出控制机器人所需的信息。

1.2 系统模块组成

我们选择KINECT体感设备和NAO人形机器人作为工作设备。

KINECT深度传感器可以获取视野内场景的深度信息[1]，并从深度信息提取人体骨骼数据，然后发送至电脑终端。

本系统选取NAO机器人作为系统构架里的智能机器人[2-3]。NAO可编程仿人机器人具有丰富的传感器系统，拥有25个自由度的身体，可完成人体基本动作的模仿，这是实现本系统功能的前提条件。

2 程序设计

2.1 KINECT端程序设计

2.1.1 设备初始化

运行电脑端的服务程序，首先对Kinect进行初始化，该过程包括硬件连接驱动检查、实例化传感器对象、获得深度权限、注册事件等等。

2.1.2 骨骼识别

识别流程主要包括深度图像的获取，通过骨骼识别算法库深度图像识别出人体关节点并提取空间坐标，经过滤波、空间向量计算、腿部姿势识别，为机器人控制提供控制数据。骨骼识别流程为：人体识别事件触发后，获取深度图像，并从中获取关节点位置，然后对位置数据滤波，通过空间向量法计算上肢关节角度，由双脚距离和质心高度估算下肢姿态，完成骨骼的识别。

2.1.3 空间向量法计算关节角度

本文采用空间向量法来何获取人体关节点在KINECT坐标系中的空间坐标，从而计算人体关节角度，下面以Left Elbow Roll为例来说明上肢关节角度的计算方法。

如图1所示，计算Left Elbow Roll角度只需构造该空间夹角两边所在的一组向量，其关节角度计算公

式为：

在机器人的运动过程中下肢关节活动将直接影响到机器人整体的平稳性，为了简化控制难度，本文对于下肢控制采用相对位置法，通过计算下肢末端在相对坐标系中的位置结合人体质心的高度，实现对机器人动作的控制。

将骨骼识别结果的Hip center点垂直投影到地面，作为新的坐标系原点，取左右脚踝点Right ankle和Left ankle在新坐标系中坐标作为机器人的控制数据。

B、C两点在O坐标系中坐标如下：

为了由于不同的人身高差异造成的绝对距离误差，此处将坐标数值除以人体胯宽，其中胯宽计算公式

如下：

因此下肢末端在新坐标系中的位置如下所示：

2.2 机器人控制程序设计

在上文中，已分析将KINECT捕获的关节位置数据转化为关节角度的算法，所得关节角是骨骼模型在理论上可以达到的角度，此处还应结合人类实际的关节活动范围以及机器人实际的舵机转动范围来最终确定使能舵机的关节角度。

在编程实现过程中，其中最主要的参数是每个关节舵机的目标角度，以头部关节为例，下面将讨论把关节角度的计算结果匹配到机器人舵机的方法。

机器头部舵机有两个自由度，名称分别为HeadPich、HeadYaw，其转动方向和角度范围如图3所示。

对于骨骼识别角度Head Pitch和Head Yaw由上文中示意图可知存在向量之间夹角的理论值，又考虑人体肢体可做出的实际动作，根据骨骼模型估计一个经验值，head_yaw的理论值和经验值的范围都为0～180度，head_pitch的理论值为-90～90度，经验值为-85～85度。 由以上数据不难发现，骨骼识别结果经过计算后的关节角度多数情况与机器人舵机可到达角度范围并不匹配，此时需要进行一系列的线性变换，以达到精确控制的效果。

3 结果验证

为了对体感识别模型进行验证，使用Kinect采集提取800组体感动作，测试动作包括左手水平抬起、右手水平抬起、向下右手向前抬起、头部左转、头部右转、左手手臂弯曲、右手手臂弯曲8种手势，每种手势100组。

通过对NAO机器人动作结果和人工动作结果进行比较，输入的800组手势数据中，NAO机器人动作结果和人工动作结果相同的有773组，平均识别率为96.62%，平均响应时间33.85ms，由此可知，该体感识别模型具有很高的动作准确性、实时性、灵活性和稳定性。 4 结论

本文介绍了一种人形机器人姿态控制的智能交通指挥系统，该系统在人机交互的基础上实现了智能交通指挥控制。且该系统具有很高的动作结果匹配性，可以尝试试点使用，为交通系统提供了一种别具一格的新模式，相信在不久的将来，随着技术不断发展与成熟，本系统一定会实现其实际价值。使得智能交通系统更加便捷和完备。

参考文献

[1]刘鑫，许华荣，胡占义.基于GPU和Kinect的快速物体重建[J].自动化学报，2012

（8）：1288-1297.

[2]黄春林，张祺，杨宜民.三次样条插值方法在Nao机器人步态规划中的应用[J].机电工程技术，2011（2）.

[3]赵增顺，沈继毕，王继贞，等.基于Bayes滤波的移动机器人定位方法[J].计算机科学，2011（2）

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篇二：机器人警察

机器人警察

61号 李雨頔 （用时一小时）

每天上学的路上看到交通警察在紧张地指挥交通，他们为了保证我们的交通顺畅，不仅要忍受着嘈杂的噪音，还要忍受汽车尾气的污染。如果能发明一个神奇的机器人警察该有多好啊！

这个机器人警察样子长得和普通警察没有什么区别，但是他们的本事可是大多了……

如果有的路口红绿灯坏了或者没有红绿灯，他的头就会变成红绿灯的样子，根据路上的车流和人流情况自动变换。

如果有人不遵守交通规则或遇到危险时，他的鼻子就会像大象的鼻子样长长的伸出去把车或者人放在安全的地方。

如果堵车了，机器人警察的手和脚可都要忙起来，一摁按钮，他们四肢可以长长的延伸起来，变成了立交桥的样子，车辆就可以顺畅地通行了。

最最神奇的是，他的身体里有一个空气转换器，把那些有害的气体吸进去后转换成新鲜的空气输送出来。

我一定要好好学习，把这个神奇的机器人警察发明出来！

篇三：2013年最新交通警察(交警)指挥手势图解大全

2013

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篇四：交通警察交通指挥手势图解

交通警察交通指挥手势图解

1． 直行信号

右臂（左臂）向右（向左）平伸，手掌向前，准许左右两方直行的车辆通行，各方右转弯的车辆在不妨碍被放行的车辆通行的情况下，可以通行。

动作程序：

（一）右臂向右平伸与身体成90度，手掌向前，五指并拢，面部及目光同时转向右方成45度。

（二）收右臂，面部及目光转向前方，保持立正姿势。

（三）左臂向左平伸与身体成９０度，手掌向前，五指并拢，面部及目光同时转向左方成45度。

（四）收左臂，面部及目光转向前方，保持立正姿势。

2． 直行辅助信号

左臂向左平伸，手掌向前，右臂向右平伸，手掌向前，向左摆动，指挥右方直行的车辆快速通行，各方右转弯的车辆在不妨碍被放行的车辆通行的情况下，可以通行。

动作程序：

（一）左臂向左平伸与身体成90度，手掌向前，五指并拢，面部及目光同时转向左方成45度。

（二）右臂向右平伸与身体成９０度，手掌向前，五指并拢，面部及目光同时转向右方成４５度。

（三）右臂水平向左摆与身体成９０度，手掌向内与左胸衣兜相对，小臂与前胸平行，面部及目光同时转向左方成45度。完成第一次摆动。

（四）重复（二）动作。

（五）重复（三）动作，完成第二次摆动。

（六）收右臂。

（七）收左臂，面部及目光转向前方，保持立正姿势。

3． 左大转弯信号

右臂向右平伸，手掌向前，准许左方的左转弯和直行的车辆通行，各方右转弯的车辆和Ｔ形路口右边无横道的直行车辆，各方右转弯的车辆在不妨碍被放行的车辆通行的情况下，可以通行。

动作程序：

（一）右臂向前平伸与身体成90度，手掌向前（掌心与手臂夹角不低于60度），五指并拢，面部及目光同时转向左方成45度。

（二）收右臂，面部及目光转向前方，保持立正姿势。

4． 左小转弯信号

右臂向右平伸，手掌向前，准许左方的左转弯和直行的车辆通行，左臂同时向右前方摆动时，准许车辆左小转弯，各方右转弯的车辆和Ｔ形路口右边无横道的直行车辆，各方右转弯的车辆在不妨碍被放行的车辆通行的情况下，可以通行。 动作程序：

（一） 右臂向前平伸与身体成90度，手掌向前（掌心与手臂夹角不低于60度），五指并拢，面部及目光同时转向左方成45度。

（二） 左臂与手掌平直向右前方（手臂与身体成45度）摆动。手掌向右，中指尖至上衣中缝，高度到上衣最下一个纽扣，面部及目光转向前方。

（三） 回位至不超过裤缝，面部及目光转向前方，面部及目光同时转向左方成45度，完成第一次摆动。

（四） 重复（二）动作。

（五） 重复（三）动作，完成第二次摆动，但面部及目光不动仍向前方。

（六） 收右臂，保持立正姿势。

5． 左转弯辅助信号

左臂向左下方平伸，手掌向下，上下摆动，准许左方的左转弯的车辆进入路口，沿左转弯行驶方向靠近岗台或者路口中心等候左转弯信号。直行车辆准许通行，各方右转弯的车辆和Ｔ形路口右边无横道的直行车辆，在不妨碍被放行的车辆通行的情况下，可以通行。

动作程序：

（一） 左臂向左下方斜伸与身体成45度。

（二） 左臂与手掌平直向下方。（手臂与身体成20度）摆动，面部及目光同时转向手掌方向，完成第一次摆动。

（三） 重复（一）动作。

（四） 重复（二）动作，完成第二次摆动

（五）收左臂，面部及目光转向前方，保持立正姿势。

6． 停止信号

左臂向上直伸，手掌向前，不准前方车辆通行。

动作程序：

（一）左臂由前向上直伸与身体成135度，手掌向前与身体平行，手指并拢，面部及目光平视前方。

（二）左臂垂直放下，保持立正姿势。

7． 停止辅助信号（靠边停车信号）

左臂向上直伸，手掌向前，不准前方车辆通行，右臂同时向左前方摆动时车辆需靠边停车。

动作程序：

（一）左臂由前向上直伸与身体成135度，手掌向前与身体平行，手指并拢，面部及目光平视前方。

（二）右臂向前平伸与身体成90度，手掌向左，手指并拢。

（三）右臂水平向左摆动不超过左侧身体，面部及目光平视前方。

（四）重复（二）动作，完成第一次摆动。

（五）重复（三）动作。

（六）重复（二）动作，完成第二次摆动。

（七）同时收右臂，保持立正姿势。

8． 右转弯信号

左臂向前平伸，手掌向前，右臂同时向左前方摆动时，准许右方的车辆右转弯，其他方右转弯和左方直行、左转弯车辆可以通行。

动作程序：

（一）左臂向前平伸与身体成90度，手掌向前（掌心与手臂夹角不低于60度），五指并拢，面部及目光同时转向右方成45度。

（二）右臂与手掌平直向左前方（手臂与身体成45度）摆动。手掌向左，中指尖至上衣中缝，高度到上衣最下一个纽扣，面部及目光转向前方。

（三）回位至不超过裤缝，面部及目光同时转向右方成45度，完成第一次摆动。

（四）重复（二）动作。

（五）重复（三）动作，完成第二次摆动，但面部及目光不动仍向前方。

（六）收左臂，保持立正姿势。

9． 减速慢行信号

右臂向右前方平伸，手掌向下，上下摆动，右方车辆应当减速慢行。

动作程序：

（一）右臂向右前方平伸与右肩平行并与右胸成135度，手掌向下，五指并拢，面部及目光同时转向右方45度。

（二）右臂与手掌平直向下方（手臂与身体成45度）摆动，面部及目光同时转向手掌方向，完成第一次摆动。

（三）重复（一）动作。

（四）重复（二）动作。完成第二次摆动。

（五）收右臂，面部及目光转向前方，保持立正姿势。

10．前车避让后车信号

左臂向前平伸，手掌向左，向左摆动，右臂向前屈臂，手掌向后，向后摆动，前方车辆应当向右避让后方车辆通行。

动作程序：

（一）左臂向前平伸与身体成90度，扭转手臂，手掌向左，五指并拢，同时右臂向前，大臂与身体成90度，小臂向上，小臂与大臂成90度，手掌向后，五指并拢，面部及目光平视前方。

篇五：交通警察指挥新手势图解

交通警察指挥新手势图解——减速慢行信号

１．右臂向右前方平伸，与肩平行，与身体成１３５度，掌心向下，五指并拢，面部及目光同时转向右方

４５度；

２．右臂与手掌平直向下方摆动，手臂与身体成４５度，面部及目光保持目视右方４５度，完成第一次摆

动；

３．重复（１）动作；

４．重复（２）动作，完成第二次摆动；

５.收右臂，面部及目光转向前方，恢复立正姿势。 交通警察指挥新手势图解—示意车辆靠边停车信号

【龙虎网报道】

１．面向来车方向，右臂前伸与身体成４５度，掌心向左，五指并拢，面部及目光平视前方；

２．左臂由前向上直伸与身体成１３５度，掌心向前与身体平行，五指并拢；

(转 载 于:wWW.smHAida.cOM 海达范文网:指挥交通的警察机器人)

３．右臂向左水平摆动与身体成４５度，完成第一次摆动；

４．右臂恢复至（１）动作；

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