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作品展示

原创作品:115885

系统分类: 机器人创想秀 - 技术流

作品版权:115885 版权所有,禁止匿名转载;禁止个人使用。

115885

2016-6-20 10:45:30

初赛得分

总分(0.82)点赞数(12)评委打分(0)

作品亮点:

1 三维扫描技术的创新和优势 本项目基于相机阵列的三维扫描系统。用户只需要站在阵列中间,用数码相机采集到人体不同角度的2D图像,得到的大量平面数据经过计算机视觉算法实现三维重建。本作品的三维扫描系统扫描时间极短;且采用的都是价格相对低廉的树莓派相机,成本相对较低;三维扫描系统为360度全角度拍摄采集数据,获取的三维人体模型精度高。 同时目前的商业系统大都采用标准人体模型,没有结合特定用户的三维扫描模型,不能反映用户真实的体型。通过结合本项目的三维扫描系统及其附属的几何优化算法,可以将这一问题得到完美的解。另外,为了给用户更佳的体验,我们还计划使用 RealSense[11]深度相机,实时采集人体运动捕捉数据,并同步用户动作到对应的模型。 优势:利用树莓派相机阵列拍摄人体2D图片,上位机控制所有树莓派通过局域网将照片上传至上位机,再利用计算机视觉算法图片合成人体三维模型,此扫描系统生成的模型精度高,扫描速度低,相比于结构光类扫面系统,成本更低。 2 试衣机器人上的创新和优势 目前市场上高级服装定制占据了一个重要的位置,婚纱、西装这些传统的需要量身定制的服装,并且现如今都市白领、城市新贵等逐渐追求个性化定制,都倾向于寻找裁缝为自己量体裁衣,设计制造一套适合自己的独一无二的服装。但是,现在市场上高级定制服装的方式有许多缺陷,裁缝给用户亲自测量数据,然后进行服装的设计与制作。在此期间,还需要用户多次到场进行修正。这种传统的高级定制服装的方式测量人体数据不准确,会有很多误差;并且,需要用户多次到场,设计和制作的效率较低,对用户来说时间上也造成极大的浪费,对于这些进行高级服装定制的用户来说,时间往往是最大的成本。针对现如今高级服装定制中的以上问题,我们采用了试衣机器人进行解决。关于试衣机器人,目前国内外都只是处于研究阶段。 本项目中的试衣机器人系统得到了人体三维扫描系统的支持,扫描系统采集的人体三维模型在经过模型优化算法处理之后,通过特征值提取算法获得人体体型参数,从而让试衣机器人根据参数改变体型,更真实地模拟客户体型。另外,我们使用了电机推动滑轨改变模型表面节点凹凸的机械结构,不仅降低了成本,而且机器人机械结构更灵活,在真正投入生产后,将会有很大的市场占有能力。 优势:试衣机器人系统通过交互平台上对人体三维模型进行一系列的图像算法处理,将模型分割为点状图,计算出各个STM32F4模块的控制参数,然后控制减速电机推动滑竿到指定位置,从而改变表面外壳的凹凸,实现模拟人体体型的效果。 3 本项目意义 本系统紧扣“互联网+”的发展趋势,结合三维扫描、、试衣机器人两个个先进概念,满足人们对试穿服装和定制服装的需求,实现了人们对个性化服装的追求,体现了《中国制造2025》[12]中发展个性化定制的基本要求。本系统也能提高消费者的购物体验,倒逼服装企业优化生产流程;而试衣机器人能辅助高级服装定制,弥补现有定制服装的不足。整体而言,如果系统能够大范围投入使用,可推动国内服装产业的产业升级和发展。同时本系统可用于高端定制,可以应用于一些高级定制的服装店,如西装、婚纱等,通过试衣机器人的变形,真实地模拟用户体型,方便设计师随时查看试衣效果,随时修改;该系统同时也极大地缩短了购买服装的时间,给用户带来了极大的便利,因此,也适用于一些工作繁忙、无暇购买服装的用户。广阔的使用范围,预示着不可估量的前景和巨大经济效益。在之后的项目进程中,我们将进行市场调研,联系有关商家,结合实际,进一步开发和优化本系统。我们也将继续优化,改进本系统,使其更加符合人的使用要求,紧贴物联网主题。 4 本项目应用价值 1.市场广大。据权威统计,2014年服装网购交易额达到6153亿元,在所有销售品类中排名第一。但是线上服装销售也面临着退货率居高不下的问题。退货和换货不仅影响正常销售,寄送货物的运费也是一笔不小的开支,如果能够有效的解决线上服装销售退货的问题,将会大大降低服装销售的成本。虚拟试衣镜[13]可以在服装专卖店中为购物者提供虚拟的服装试穿效果,提高服装销售量,改善购物者消费体验。 2.适用于个性化服装定制。客户只需要扫描一次就能够得到精确的人体参数信息,试衣机器人得到参数信息后精确模拟人体体型,可直接被服装设计师用作为服装设计时的重要参考,节约了服装设计与制作的时间。 3.目前在国内外试衣机器人还处于研究阶段,市场上还没有成熟的产品。然而个性化服装定制的需求日益增加,也需要此类产品尽快上市,填补市场空白。

作品说明:

[p=30, 2, left][b]1.1        系统概述[/b]
本系统使用树莓派相机阵列作为2D图形数据采集设备,得到的大量平面数据,经过软件合成从而实现三维重建;已经处理好的人体模型可通过特征提取算法获得人体体型数据,将参数传输给试衣机器人,模拟人体体型,达到代替顾客试衣的理想效果。[/p][p=30, 2, left]系统主要功能说明[/p][p=30, 2, left][b]1.基于多相机的三维扫描单元[/b]
该单元的底座是一个椭圆形木板,上面垂直立有15根铝管,围绕成一个椭圆形,60个树莓派相机分别固定在铝管上。当上位机发出拍摄指令,所有相机立刻同时执行拍摄从而获取2D图像,并能够将图像上传至上位机,用来合成人体三维模型。
[b]2.试衣机器人单元[/b]
试衣机器人单元主要由电机控制网络和上位机两个部分组成。在上位机中获取处理好的人体三位模型,并通过算法处理得到试衣机器人的变换数据,将数据发送至电机控制网络中,底层控制单元获取各自的控制任务,任务执行完毕后,机器人试衣成型。[/p][p=30, 2, left][b]1.2        树莓派相机扫描单元[/b][/p][p=30, 2, left][b]1.2.1    工作流程[/b]
扫描单元的椭圆形底座是由木板拼接而成,木板上垂直立有20根2米高的铝管,每根铝管上安装有5个树莓派相机。在扫描之前,操作者可通过总控单元上的上位机检测所有树莓派是否成功连接,检测无误后,当待测者站入扫描系统的框架中央,按下上位机的快门按钮,1秒内即可获得不同角度不同方向的100张照片。接着,使用上位机把树莓派中刚拍摄的图片下载到Intel平台中,通过计算机视算法觉可以把64张图片合成为人体模型,从而实现人体三维信息的重建。
[b]1.2.2    工作原理[/b]
本单元主要由多根立柱环绕构成的椭圆形框架和搭载的树莓派相机构成。椭圆形框架分为木质底座和立柱两部分,因为人体的体型大约可以看做椭圆形,所以我们在底座中央设定了长轴为60cm、短轴为30cm的椭圆形人体投影。由于树莓派相机的焦距约为70cm,所以每根立柱的基座相距中央投影边界的距离同样被设定为70cm,从而获得最好的拍摄效果。木质底座总共15根铝管,每两根铝管构成的圆心角大约为24度。铝管上每间隔50cm依次固定4个树莓派相机,分别拍摄人体的腿部、腹部、胸部以及头部。[/p]
[align=center][align=left] 硬件1.png
[/align][/align][align=center][align=left]图1.1 扫描系统底座示意图[/align][/align][align=left]树莓派是一款基于ARM的微型电脑主板,以SD卡为内存硬盘,卡片主板周围有两个USB接口和一个网口,可连接键盘、鼠标和网线,同时拥有HDMI高清视频输出接口,整张主板只有信用卡大小,却具备所有PC的基本功能。与之搭配的摄像头模块使用OV5647感光芯片[15],像素达到500万,拍摄图片分辨率为2592*1944,同时支持支持1080p30, 720p60以及640×480p60/90视频录像。[/align][align=center][align=left] 硬件2.png
[/align][/align][align=center][align=left]图1.2 搭载摄像头模块的树莓派开发板[/align][/align][align=center][align=left] 硬件3.png
[/align][/align][align=center][align=left]图1.3 扫描系统整体效果图[/align][/align][color=#333333][/color][p=30, 2, left][color=#333333][font=黑体][size=10.5pt]为了实现瞬间同步拍摄的硬件要求,所有树莓派相机和上位机通过两台并联的48口交换机形成局域网;[/size][/font][/color][color=#333333][font=黑体]软件方面,通过[/font][/color]socket实现TCP编程,使得树莓派(作为客户端)和上位机(作为服务端)实现实时数据交互。[/p]
[align=center][color=#333333][/color][/align]
[align=left][b]1.3  [/b][b]试衣机器人单元[/b][/align]
[align=left]试衣机器人单元主要由电机控制网络,上位机构成。电机控制网络中包括电机控制模块,STM32F4控制模块,网络通讯模块;电机控制模块主要有Ln298电机驱动模块,,12V减速电机,100线增量式光电编码器触动开关以及二级滑动推杆组成,电机模块由STM32F4控制模块进行控制。网络通讯模块从上位机上获取任务,并将任务分配到各个STM32F4控制模块。[/align][align=center][align=left] 硬件4.jpg
[/align][/align][align=center][align=left][font=黑体][color=#333333]图1.4试衣机器人单元硬件框架图[/color][/font][/align][/align][align=center][align=left][font=黑体][color=#333333] 硬件5.png
[/color][/font][/align][/align][align=center][align=left]图1.5 试衣机器人工作流程示意图[/align][/align][align=left]试衣机器人模块的主要功能在于将机器人体型变换为扫描出来的人体体型。树莓派相机扫描单元将人体的三维扫描模型发送到试衣机器人的上位机上,在交互平台上对人体三维模型进行一系列的图像算法处理,将模型分割为点状图,计算出各个STM32F4模块[16]的控制参数,并将任务打包发送到网络通讯模块上。在交互平台处理人体三维模型的同时,电机控制网络内部需要检测人体各个部位的电机是否通讯正常,并将电机进行复位校准。STM32F4模块在网络通讯模块上获取各自的任务,将任务拆解到各个子电机上,电机运转,试衣机器人的形态会发生变换。[/align][align=left]                                                   
[p=30, 2, left]为了实现试衣机器人的精确变形,不仅仅需要算法对于人体三维模型的优化,而且需要电机的精确定位。12V减速电机上配置了100线增量式光电编码器[17],增量式编码器可方便地判断出旋转方向,测量减速电机的转速,电机的行程。电机带动二级滑动推杆运动时,控制器通过编码器的数据测量推杆的行程,当行程达到本次任务规定的值时,控制器停转电机,并且记录一个完成信号。当电机控制模块完成了所有电机的变形时,STM32F4向网络通讯模块发送一个任务完成信号。[/p][/align][align=center][align=left] 硬件6.png
[/align][/align]
[align=center][align=left]图1.6  STM32F4单片机控制电路原理图示例[/align][/align][align=left][font=黑体][color=#333333]整个试衣机器人单元在STM32F4与上位机的控制下完成相关工作。STM32F控制器通过读取每个电机上的增量式光电编码器的数据,计算出每个推杆的行程,当推杆达到本次任务的要求时,停转电机,达到试衣机器人变形的目的。[/color][/font][/align][align=center][align=left][font=黑体][color=#333333] 硬件7.png
[/color][/font][/align][/align][align=center][align=left][font=黑体][color=#333333] 图1.7 外部模型结构切割示意图[/color][/font][/align][/align][align=center][align=left][font=黑体][color=#333333] 硬件8.png
[/color][/font][/align][/align][align=center][align=left][font=黑体][color=#333333]图1.8 内部机械结构实物图[/color][/font][/align][/align][align=left][font=黑体][color=#333333]
[/color][/font][/align][align=center][align=left][color=rgb(51, 51, 51)][font=黑体]
[/font][/color][/align][/align]


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