动捕+VR+远程机械臂控制

       花了一个星期时间，攒了个Demo玩玩。两台手机、VR、手臂动捕、机械臂
 

视频走起

PS：为了避免控制代码堆栈，从扮演VR头显角色的手机发送指令的间隔设置了100ms，另外除非舵机的下一次转角会大于3度，否则不会发送指令。所以现在看上去不流畅，之后再慢慢优化吧。




功能独立演示的视频
“头部”同步转动的视频

VR环境下牵引机械臂的视频（那个角度正好被其中一台手机挡住了夹持器）



先介绍下涉及到的硬件
淘宝上弄来的小机械臂。除去夹持器的话，只有三个自由度。用2020铝型材搭了一个支架，上面固定了两个舵机用于实现手机的转动（后面会详细介绍）。用Arduino Duemilanove（加了一个拓展板）控制所有的舵机。
 

把手机组装上去的样子
 

用OTG线连接这台手机和Arduino Duemilanove。这台手机有两个作用：
1. 开启摄像头，做局域网的图像回传。
2. 通过局域网接收机械臂的控制指令，并传递给Arduino Duemilanove完成进一步的控制。
这里先说明一下，这里“手机+Arduino”的实现方案完全可以用Intel Edison的板子来完全代替，或者用淘宝上刷好Openwrt的小路由器代替手机，实现起来也会简单很多。但我之前做过“安卓USB通信”的东西，另外想直接搞个监控界面出来，所以还是用回了“手机+Arduino”的方式。

这台手机的软件架构大概是这样的：
1. 把手机变成一个Http服务器。需要提供两个访问端口（Port）：一个端口接收控制指令，并回复客户端；另一个端口在收到客户端请求时回传一帧摄像头图像（后面会说明为什么没有用视频流而是一帧图像）。
2. 搭建手机和单片机之间的USB通信。


下面就是软件的界面，简单说明一下：
- 左上角是图像监控窗口，可以看到里面的图像是重叠的。大的图像是直接显示启动摄像头后来自摄像头的画面，小的图像则是显示准备好回传给客户端的图像（因为压缩转格式的关系，导致相对于大的画面会有一定延迟）
- 右上角是一堆滑块组件，两个功能：单独控制对应的舵机，实时显示来自客户端的控制指令中的舵机目标角度。
- 左下角是一个滚动信息窗口
- 右下角三个按键：“Acknowledge”按键用于验证通过USB连接的设备，“Reset robot arm”按键用于重置机械臂位置， “Connect”按键启动Http服务器功能。
 

接下来是手臂动作捕捉的硬件。之前的帖子里面说过，主板上专门留了拓展接口，这次就是利用拓展接口改装了一下，增加了一个含两个数字按键的手柄。
 

 

现在来说说Demo中的另外一台手机。这台手机的软件是在Unity3D下面开发的，因为要用Cardboard的SDK开做成VR模式。软件架构大概是这样：
1. 集成Cardboard的SDK。软件就变成VR模式了。可以实时采集头部的转动，用头部的转动去控制机械臂上方的两个舵机，这样之前那台手机的转动就和这里的头部转动同步了。
2. 在Unity下，在头部（Main Camera）前面绑定一个半透明的Plane组件，接收到的回传图像就是显示在这。做成半透明，是为了不遮挡观察3D环境（如手臂模型和机械臂模型）。
3. 集成蓝牙BLE。通过蓝牙连接手臂动捕设备，实现虚拟手臂和现实手臂的同步。手柄上的按键可以调用一些简单功能。
4. 3D重构一个机械臂。这里不用做完全相同的重构，只要把完整的机械关系表现出来就可以了。
5. 机械臂的控制。没有用机械臂和手臂转动同步的方式来实现控制，这么做太麻烦，因为人的手臂和Demo中使用的机械臂没有任何对应关系。在3D环境中可以自主地去牵引机械臂的夹持器，实时测量虚拟机械臂关节处的转动，用这些数据去同步控制现实中的机械臂。
 

 

原帖：动捕+VR+远程机械臂控制
http://www.dfrobot.com.cn/community/thread-25353-1-1.html
(出处: DF创客社区 - 分享创造的喜悦)