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第一章绪论1

1.1灵巧手控制和接口1

1.1.1 机器人灵巧手控制1

1.1.2 人机交互接口3

1.2 从数据手套到基于视觉的手势姿态分析5

1.3 基于视觉的手势姿态分析的研究概况6

1.4 论文研究工作内容16

1.5 论文结构17

第二章人手和机械灵巧手的结构对比分析19

2.1手功能解剖学方面的有关基本概念19

2.1.1 关节运动分类20

2.1.2 手的姿态21

2.1.3 手部关节运动的概念22

2.2BH-3型机械灵巧手简介23

2.2.1 本体设计23

2.2.2 控制系统硬件结构24

2.2.3 控制系统软件25

2.2.4 运动学模型和方程25

2.2.5 TAFS/T三维指力传感器27

2.3 人手与机械灵巧手的结构差异比较27

第三章二维手势图像处理30

3.1手势图像采集30

3.1.1 图像采集硬件系统构成30

3.1.2 背景和手势图像准备32

3.2标记点图像分割与标号34

3.2.1 特征点图像分割34

3.2.2 子图形标号35

3.2.3 标号整理与形心位置计算37

3.2.4 残余背景图像剔除38

3.3标记点重新排序39

3.3.1 树形结构算法40

3.3.2 多边形搜索算法（Polyhedron）42

3.3.3 多边形——树形结构复合搜索48

3.3.4 特征距离判别算法50

3.4 小结51

第四章基于Lumigraph理论的空间点三维坐标重建52

4.1摄像机模型和成像几何基础52

4.1.1 图像坐标系、摄像机坐标系和世界坐标系52

4.1.2 摄像机模型55

4.1.3 图像匹配基本概念58

4.1.4 空间点重建60

4.2 Lumigraph理论62

4.3基于Lumigraph理论的空间点三维位置计算66

4.3.1 平面模型上标准点数据的计算方法67

4.3.2 插值计算投影点空间坐标70

4.3.3 特征点匹配72

4.3.4 空间点三维坐标重建76

4.4 基于多幅图像的三维物体重构78

4.5 小结80

第五章机械灵巧手控制参数计算81

5.1 机器人运动学基础81

5.2 转换特征选择83

5.3坐标系变换86

5.3.1 从世界坐标系到人手掌坐标系的坐标系变换86

5.3.2 腕坐标系合成旋转变换87

5.4 机械灵巧手指关节参数计算92

5.5 满足机械灵巧手关节角转动约束条件的解决方案94

5.6 机械灵巧手动作控制设计95

5.7 手运动方向的计算98

5.8 传递控制参数的通讯程序设计99

5.9 结论100

第六章实验验证101

6.1 用户手势姿态标记信息处理实验101

6.2 指尖空间位置计算验证103

6.3 逆运动学方程的正确性验证108

6.4 计算出的关节角度的合理性及灵巧手动作参数的可执行性分析111

6.5实时测试系统构成和实时测试方法112

6.5.1 手指关节角度计算112

6.5.2 抓取关节姿态参数误差计算115

6.5.3 手势姿态实时跟踪、动作实现实验115

6.6 机械灵巧手动作约束问题124

第七章总结与展望129

7.1 工作总结129

7.2 论文创新点131

7.3 工作展望132

参考文献133

作者在攻读研究生期间发表的论文146

作者在攻读博士学位期间所参与的项目148

致谢149

附录1双平面模型中空间点的三维坐标的计算150

附录2三指机械灵巧手逆运动方程及推导156

附录3主要程序流程图160