[发明专利]穿戴式体感控制机械手

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种穿戴式体感控制机械手。

背景技术

机械手是能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

目前，操控机械手的常见方法有：1.通过固化程序，实现固定的机械手的动作。这种控制方法不具备应变性，常见于工业流水线。2.由操纵杆控制大型机械臂。这种方法要求操作者控制机械手各个关节的操纵杆来对机械手进行控制，这样的控制不够直观，对操作者经验技术要求较高，且存在误操作的问题。3.运用摄像头进行体感控制。通过在机械手上做摄像头能够分辨的标记，然后采用摄像头对机械手的实时状态进行实时反馈并进行相应的控制。这种方法因为摄像头只能获得平面化的数据，所以很难反应机械手的整个的空间状态。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种穿戴式体感控制机械手，不仅可以通过用人体动作来直接控制机械手，而且可以通过无线的方式对控制信号进行传输，使得人可以在远距离、相对安全的环境中控制机械手。

技术方案：本发明所述的一种穿戴式体感控制机械手，包括机械手，每个关节都装有舵机进行精确的角度控制；无线终端数据处理及发射系统，用于机械手数据的无线传输、处理和驱动控制；人体手臂姿态数据采集系统，用于采集人体关节处的角度信息；手臂控制端数据处理及发射系统，用于手臂控制端数据的无线传输和处理；机械手和无线终端数据处理及发射系统相连，人体手臂姿态数据采集系统与手臂控制端数据处理及发射系统相连，手臂控制端数据处理及发射系统与无线终端数据处理及发射系统通过无线信号进行数据通讯。通过人实际手臂的动作来使机械手做相应的动作，区别于传统的单个关节摇杆控制的方式，具有体感直接控制机械手的特性。通过无线控制信号与机械手终端的无线传输，实现人与机械手环境的分隔，区别于传统的通过线缆连接的方式，人可以在远程在相对安全的环境中操控出于相对极端环境中的机械手进行相应的作业。

所述无线终端数据处理及发射系统，包括主控系统B以及与主控系统B连接的摄像头模块、无线模块B和舵机驱动模块；主控系统B用于驱动无线模块与摄像头模块，并对传输的数据进行处理，转化成PWM控制信号；摄像头模块用于捕捉机械手的实时运行数据；无线模块B用于接收远程传输过来的人体手臂姿态数据，以及进行机械手实时画面的传输；舵机驱动模块对舵机输出PWM控制信号，驱动机械手上的舵机。

所述摄像头模块安装在机械手的前方。通过机械手端的摄像头进行实时状态的反馈，人根据终端传回的画面进行进一步的对机械手的控制，这样的方式可以保证控制的精确度。

所述手臂控制端数据处理及发射系统，包括无线模块A以及主控系统A，主控系统A用于对人体手臂姿态数据采集系统采集的数据进行数据的耦合处理，无线模块A用于将处理的数据传送给无线终端数据处理及发射系统。

所述人体手臂姿态数据采集系统包括传感器模块，由陀螺仪与加速度传感器组成，负责采集人体关节处的角度信息，然后传送给手臂控制端数据处理及发射系统。

所述人体手臂姿态数据采集系统采集人体关节处的角度信息的步骤为：所述陀螺仪与加速度传感器数据融合，获得在以地面为参考系的坐标下的yaw、pitch、row三个欧拉角数据，通过将关节两边的陀螺仪与加速度传感器角度数据做差比较，获得人体手臂关节的弯曲角度、旋转角度。

所述人体手臂姿态数据采集系统中陀螺仪与加速度传感器分别安装在肘关节和手腕关节内侧上下两边1-2cm处以及手指上。为了更加精确地获得更加稳定的数据，必要时可以在关节附近增加一些陀螺仪与加速度传感器。

所述机械手由6个舵机构成，舵机分别对应于手臂上肢关节、肘关节、手腕关节以及手的开合自由度，各个关节通过钢结构相互连接。

还包括显示器，用于显示机械手所处的实际位置与外界的环境信息，与主控系统A相连。

还包括电源模块，用于为各个模块供电。