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摘 要

随着现代科技的进步与发展，很多行业都逐步引入机械臂技术，例如军事、航天、医疗、日常生活、教育、娱乐等。因此对机械臂所能实现的功能要求也越来越复杂。为了提高机械臂的工作效率和工作范围，特别是在一些特殊环境内，为了使操作人员能安全地完成工作任务，远程控制机械臂的必要性也越来越大。手势识别能使人机交互显得更加自然，所以通过手势来实现机械臂的控制便显得越发重要。本系统采用STM32F103单片机为主控芯片控制机械臂运动，将电脑作为上位机进行手势识别，利用串口把识别到的结果发送给单片机。不同的结果对应机械臂不同的动作，单片机接收识别结果后判断，进而完成对机械臂运动控制系统的设计。

关键词：机械臂 手势识别 串口通信 单片

ABSTRACT

With the development of modern science and technology, many industries start to introduce the technology of mechanical arm. Such as military, aerospace, medical field to daily life, education, entertainment field, the application field of mechanical arm is more and more extensive. Therefore, the functional requirements of mechanical arm are more and more complex. In order to improve the working efficiency and scope of mechanical arm, especially in some special environments. It is more and more necessary to control the robot arm remotely to make the operator to complete the task safely. In order to improve the working efficiency and scope of mechanical arm, especially in some special environments, it is more and more necessary to control the robot arm remotely. Gesture recognition can make human-computer interaction more natural, so control the robot arm by gesture is more and more important. STM32F103 single-chip microcomputer is used to control the movement of the manipulator in this system, the computer is used as the upper computer to recognize the gesture, and the result of recognition is sent to the single-chip microcomputer through the serial port. Different results correspond to different movements of the manipulator. The single-chip microcomputer receives the result of recognition and judges it, and then completes the design of the manipulator movement control system.

Keywords： Microcontroller chips；Mechanical arm；Gesture recognition；

Serial communication

目 录

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 技术发展与研究现状 1

1.2.1 机械臂的研究发展现状 1

1.2.2 手势识别的发展研究现状 2

1.3 本论文主要内容 2

1.4 本论文结构安排 2

1.5 本章小结 3

第二章 系统总体方案设计 4

2.1 系统总体框架 4

2.1.1 手势识别模块 4

2.1.2 单片机模块 4

2.1.3 机械手臂模块 6

2.2 关键技术介绍 6

2.2.1 机械臂驱动技术 6

2.2.2 基于模板匹配的手势识别 8

2.2.3 串口通信技术 8

2.3 本章小结 9

第三章 硬件系统设计 10

3.1 单片机电路 10

3.1.1 时钟电路 10

3.1.2 复位电路 10

3.1.3 LED指示电路 10

3.1.4 单片机最小系统 11

3.2 舵机控制电路 11

3.3 串口通信电路 12

3.4 本章小结 12

第四章 系统软件设计 13

4.1 主程序设计 13

4.2 手势识别程序设计 13

4.2.1 手势图像读取处理 14

4.2.2 中值滤波处理 14

4.2.3 二值化处理 15

4.2.4 图像形态学处理 18

4.2.5 模板匹配 19

4.3 PWM波输出设计 21

4.4 串口通信程序设计 24

4.5 本章小结 25

第五章 系统调试 26

5.1 硬件调试 26

5.1.1 舵机角度测量 26

5.1.2 仿真测试 26

5.1.3 实物测试 27

5.2 软件调试 28

5.2.1 手识别调试 28

5.2.2 串口部分 30

5.3 本章小结 31

总结与展望 32

参考文献 33

致谢 35

附录 系统源程序 36

第一章 绪论

1.1 引言

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