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手部姿态映射到远程操作机器人

article 2024/10/4 9:37:10

要将手部姿态数据映射到远程操作机器人，可以使用 Python 和一些库（如 mediapipe 和 numpy）来i简单实现这个功能。以下是一个具体的实现步骤，主要包括手部姿态检测、数据处理和关节位置映射。

1. 环境准备

确保您安装了必要的库：

pip install mediapipe opencv-python numpy

2. 手部姿态检测与关节映射

下面是一个完整的 Python 示例代码，用于通过手部姿态重定向模块将从相机获取的人手姿态数据映射到远程操作机器人的关节位置。该代码使用 OpenCV 和 MediaPipe 进行手部检测，并假设你有一个简单的接口与机器人进行通信。

代码实现

import cv2
import mediapipe as mp
import numpy as np
import socket

# 初始化MediaPipe手部模块
mp_hands = mp.solutions.hands
hands = mp_hands.Hands(static_image_mode=False, max_num_hands=1)

# 机器人关节控制函数
def send_joint_angles(joint_angles):
    # 使用socket将关节角度发送给机器人
    with socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) as sock:
        robot_address = ('192.168.1.100', 12345)  # 机器人地址和端口
        message = ','.join(map(str, joint_angles)).encode('utf-8')
        sock.sendto(message, robot_address)
        print(f"Sending joint angles to robot: {joint_angles}")

# 定义手部关键点名称
landmark_names = [
    "Wrist", "Thumb_CMC", "Thumb_MCP", "Thumb_IP", "Thumb_TIP",
    "Index_Finger_CMC", "Index_Finger_MCP", "Index_Finger_PIP", "Index_Finger_DIP", "Index_Finger_TIP",
    "Middle_Finger_CMC", "Middle_Finger_MCP", "Middle_Finger_PIP", "Middle_Finger_DIP", "Middle_Finger_TIP",
    "Ring_Finger_CMC", "Ring_Finger_MCP", "Ring_Finger_PIP", "Ring_Finger_DIP", "Ring_Finger_TIP",
    "Pinky_CMC", "Pinky_MCP", "Pinky_PIP", "Pinky_DIP", "Pinky_TIP"
]

# 映射手部关键点到机器人关节角度的函数
def map_hand_to_robot(hand_landmarks):
    joint_angles = []
    # 假设我们只需要映射前五个关节
    for i in range(5):  # 映射拇指的关节
        angle = hand_landmarks[i + 1].y * 180  # y坐标映射到角度
        joint_angles.append(angle)

    for i in range(5):  # 映射食指的关节
        angle = hand_landmarks[i + 5].y * 180
        joint_angles.append(angle)

    for i in range(5):  # 映射中指的关节
        angle = hand_landmarks[i + 10].y * 180
        joint_angles.append(angle)

    for i in range(5):  # 映射无名指的关节
        angle = hand_landmarks[i + 15].y * 180
        joint_angles.append(angle)

    for i in range(5):  # 映射小指的关节
        angle = hand_landmarks[i + 20].y * 180
        joint_angles.append(angle)

    return joint_angles

# 启动摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0)

while cap.isOpened():
    success, image = cap.read()
    if not success:
        print("Ignoring empty camera frame.")
        continue

    # 转换为RGB并进行手部检测
    image_rgb = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB)
    results = hands.process(image_rgb)

    if results.multi_hand_landmarks:
        for hand_landmarks in results.multi_hand_landmarks:
            # 将手部关键点映射到机器人关节角度
            joint_angles = map_hand_to_robot(hand_landmarks.landmark)
            send_joint_angles(joint_angles)

            # 可视化手部关键点
            mp.solutions.drawing_utils.draw_landmarks(image, hand_landmarks, mp_hands.HAND_CONNECTIONS)

    # 显示图像
    cv2.imshow('Hand Tracking', image)

    # 按 'q' 键退出
    if cv2.waitKey(5) & 0xFF == ord('q'):
        break

# 释放摄像头
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

代码解释

导入必要的库：使用 OpenCV 进行图像处理，使用 MediaPipe 进行手部姿态检测，使用 socket 进行网络通信。
初始化 MediaPipe 手部模块：创建一个手部检测实例，可以检测最多一只手。
机器人关节控制函数：
- send_joint_angles：通过 UDP socket 将关节角度发送到指定的机器人地址。
手部关键点名称：定义手部关键点的名称，便于后续调试和可视化。
映射函数：
- map_hand_to_robot：将手部关键点坐标（这里使用 y 坐标）映射到机器人关节角度。可以根据需要对映射逻辑进行调整。
摄像头捕捉：
- 使用 OpenCV 打开摄像头，持续读取每一帧图像。
手部检测与映射：
- 检测手部关键点，将其映射到机器人关节角度，并通过网络发送到机器人。
可视化：使用 MediaPipe 绘制手部关键点及连接线，以便在窗口中查看。
退出机制：按下 ‘q’ 键退出程序。