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摘要：本文所设计的系统主要通过手臂体感器获取手臂的移动情况，利用信息捕捉加坐标转化的方法，转化为相应的指令传输到机械臂的系统中，使得机械臂能在非特殊情况下，按照手臂的运动轨迹做相应的运动。获取移动轨迹的途径由手臂体感器提供，并将之体现为三维空间中的坐标，使得机械臂的运动更加接近手臂的运动，为进一步的研究开发建立了基础。
关键词：：体感器；机械臂；人机交互；系统设计
随着网络和技术的发展，各种新产品和交互方式越来越多，人们也越来越重视交互的体验。对用户来说，交互设计就是一种让产品更易用，更有效的技术，它致力于了解目标用户和他们的期望，了解用户在同产品交互时彼此的行为，了解“人”本身的心理和行为特点。交互设计还涉及心理学、计算机等多个学科。[1]
1 设计说明
本系统首先通过手臂体感器和人体建立联系，获取人体手臂空间运动轨迹以及对应的坐标变化，通过系统转换为相应的指令，然后发送给机械臂，从而实现机械臂和人体手臂的同步运动。
1.1设备介绍
1.1.1手臂体感器
目前市面上的一些姿态传感器在芯片层面集成了陀螺仪与加速度计，可以同时输出角速度与加速度数据，有效避免了轴间差问题。[2]不过，本系统的设计过程将采用包含摄像头、深度传感器、红外线收发器、麦克风阵列等设备的体感器。具备包括动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音识别等功能，可以利用该体感器動态捕捉人体手臂坐标。
1.1.2机械臂
在一些系统中所用的机械臂属于关节型机器人，关节型机器人的实质是由许多转动和移动关节链接起来的连杆系统。关节型机器人每一个独立的关节都代表机器人的一个自由度，我们可以在每个关节上设立一个坐标系，用坐标系之间的相互关系来描述各个关节之间的位姿关系。[3]而本系统采用号称家用工业级性能桌面机器人的桌面机械臂，承重达600g，动作精度达0.3mm，动力部分使用三台步进电机驱动，配备两个角度传感器，移动部分由四个关节点组成，使得其在三维坐标空间中能够灵活的移动。
2 系统所用开发环境
综合本系统的开发需求和输入输出设备的使用需求，本系统主要采用Visual Studio 2010及以上版本作为开发工具。体感器所用型号为Kinect XBOX 360，机械臂采用Dobot旗下的Dobot Magician。
3 系统实现设计
3.1系统结构流程图
整个系统功能实现与运行的系统结构流程图如图3所示。手臂体感器首先获取人体右手臂坐标，然后将相关参数与数据输入到电脑之中，根据体感器与机械臂的坐标系的比例对应关系，可将所得数据进行处理，之后输入到机械臂之中，最后机械臂根据手臂的移动作出相应的移动。
3.2坐标轴变换实现
由于体感器与机械臂两者在三维空间中已建立的坐标体系不同，因此在转换过程中，需要一个坐标比例来作为变换依据。考虑到手臂在实际空间中的运动范围和机械臂的移动范围的关系，可将对应关系定义如下：Xj=450-Zc*150、Yj=Xc*300、Zj=Yc*300。
4 系统功能实现与分析
经过如上文所述的操作流程，将坐标变换后的结果输入机械臂后，调用Dobot.StepForward（）的方法使机械臂开始运动。基本能够实现按照人体手臂的运动轨迹，做出相应运动目标。
5 结语
本文通过手臂体感器结合机械臂的方式设计出新型人机交互系统，基本实现同步运动，具有较好的重合同步率，在应用上仍有深入开发的空间，比如可以进一步实现机械臂与手臂的同步抓取夹持功能。
参考文献
[1]王震亚，刘和山，谈人机交互原理在产品设计中的应用，第一届中国图学大会，2007.
[2]石琪琦， 基于位姿识别的机械臂人机交互控制系统设计与实现，硕士学位论文，2015.
[3]李知菲，卓旭亚，鲍盛林， 人机交互课程创新实验——体感控制的机械臂[J]，计算机教育，2016.
关键词：：体感器；机械臂；人机交互；系统设计
随着网络和技术的发展，各种新产品和交互方式越来越多，人们也越来越重视交互的体验。对用户来说，交互设计就是一种让产品更易用，更有效的技术，它致力于了解目标用户和他们的期望，了解用户在同产品交互时彼此的行为，了解“人”本身的心理和行为特点。交互设计还涉及心理学、计算机等多个学科。[1]
1 设计说明
本系统首先通过手臂体感器和人体建立联系，获取人体手臂空间运动轨迹以及对应的坐标变化，通过系统转换为相应的指令，然后发送给机械臂，从而实现机械臂和人体手臂的同步运动。
1.1设备介绍
1.1.1手臂体感器
目前市面上的一些姿态传感器在芯片层面集成了陀螺仪与加速度计，可以同时输出角速度与加速度数据，有效避免了轴间差问题。[2]不过，本系统的设计过程将采用包含摄像头、深度传感器、红外线收发器、麦克风阵列等设备的体感器。具备包括动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音识别等功能，可以利用该体感器動态捕捉人体手臂坐标。
1.1.2机械臂
在一些系统中所用的机械臂属于关节型机器人，关节型机器人的实质是由许多转动和移动关节链接起来的连杆系统。关节型机器人每一个独立的关节都代表机器人的一个自由度，我们可以在每个关节上设立一个坐标系，用坐标系之间的相互关系来描述各个关节之间的位姿关系。[3]而本系统采用号称家用工业级性能桌面机器人的桌面机械臂，承重达600g，动作精度达0.3mm，动力部分使用三台步进电机驱动，配备两个角度传感器，移动部分由四个关节点组成，使得其在三维坐标空间中能够灵活的移动。
2 系统所用开发环境
综合本系统的开发需求和输入输出设备的使用需求，本系统主要采用Visual Studio 2010及以上版本作为开发工具。体感器所用型号为Kinect XBOX 360，机械臂采用Dobot旗下的Dobot Magician。
3 系统实现设计
3.1系统结构流程图
整个系统功能实现与运行的系统结构流程图如图3所示。手臂体感器首先获取人体右手臂坐标，然后将相关参数与数据输入到电脑之中，根据体感器与机械臂的坐标系的比例对应关系，可将所得数据进行处理，之后输入到机械臂之中，最后机械臂根据手臂的移动作出相应的移动。
3.2坐标轴变换实现
由于体感器与机械臂两者在三维空间中已建立的坐标体系不同，因此在转换过程中，需要一个坐标比例来作为变换依据。考虑到手臂在实际空间中的运动范围和机械臂的移动范围的关系，可将对应关系定义如下：Xj=450-Zc*150、Yj=Xc*300、Zj=Yc*300。
4 系统功能实现与分析
经过如上文所述的操作流程，将坐标变换后的结果输入机械臂后，调用Dobot.StepForward（）的方法使机械臂开始运动。基本能够实现按照人体手臂的运动轨迹，做出相应运动目标。
5 结语
本文通过手臂体感器结合机械臂的方式设计出新型人机交互系统，基本实现同步运动，具有较好的重合同步率，在应用上仍有深入开发的空间，比如可以进一步实现机械臂与手臂的同步抓取夹持功能。
参考文献
[1]王震亚，刘和山，谈人机交互原理在产品设计中的应用，第一届中国图学大会，2007.
[2]石琪琦， 基于位姿识别的机械臂人机交互控制系统设计与实现，硕士学位论文，2015.
[3]李知菲，卓旭亚，鲍盛林， 人机交互课程创新实验——体感控制的机械臂[J]，计算机教育，2016.