[发明专利]服务型移动机械手系统

权利要求书

1.一种服务型移动机械手系统，其特征在于：服务型移动机械手包含电动轮椅（1）、头部信息采集系统（2）、三关节机械臂（3）、主控计算机（4）、摄像机（5）、夹持器（6）、支撑板（7）、人机交互系统（8）、移动机械手决策控制系统（9）、人体视觉空间定位与位置估计系统（10）组成；所述摄像机（5）安装于三关节机械臂（3）前端上部；所述人机交互系统（8）由主控计算机（4）、头部信息采集系统（2）与摄像机（5）组成，能选择与锁定目标物体；所述的头部信息采集系统（2）由脑电信号、眼电信号和头势信号采集传感器组成；所述的人机交互系统（8）由图像信号采集与处理（8a）、脑电信号采集与处理（8b）、眼电信号采集与处理（8c）、头势信号采集与处理（8d）模块组成；所述移动机械手决策控制系统（9）由手眼协调运动规划（9a）与移动机械手运动控制（9b）组成，实现对移动机械手各自由度驱动；所述的人体视觉空间定位与位置估计系统（10）由眼电信号采集与处理（8c）、头势信号采集与处理（8d）组成，通过测量与融合人体眼睛注视点及头部位置信息，实现目标物体在服务型移动机械手空间内的定位与位置估计；所述的人体视觉空间定位与位置估计系统（10）在电动轮椅（1）的两个主动轮中点处建立基坐标系O、人体颈部坐标系O1、夹持器（6）坐标系E1，根据电动轮椅（1）与人体、电动轮椅（1）与三关节机械臂（3）、夹持器（6）之间的参数关系，建立人体双眼眼球与夹持器（6）坐标系的参数转换模型，与眼电图信号参数特征和头部运动信息结合，估算目标物体的视觉空间位置。

2.根据权利要求1所述的服务型移动机械手系统，其特征在于：所述的服务型移动机械手由双轮差动驱动的电动轮椅（1）及安装于电动轮椅（1）左前部的三关节机械臂（3）、夹持器（6）组成，具有5自由度，各自由度及夹持器由直流伺服电机驱动；所述的摄像机（5）采用双目摄像机Eye-in-hand方式采集目标物体图像信息。

3.根据权利要求1所述的服务型移动机械手系统，其特征在于：所述的手眼协调运动规划（9a）方法如下：1）以人体触点运动为基础，采用人体手臂触点运动具有的一些不变特性，融合机械臂势能指标、腕部不适度指标和构型变化代价指标形成移动机械手运动规划准则: minC=ApCp+AdCd+AmCm，其中，Cp，Cd和Cm分别是机械臂势能指标、腕部不适度指标和构型变化代价指标，Ap，Ad和Am分别是上述指标的权系数；2）采用智能优化算法对移动机械手运动规划准则进行优化，将移动机械手的运动从工作空间转换到关节空间；3）在关节空间中，以五次多项式规划各自由度运动轨迹。

4.根据权利要求1所述的服务型移动机械手系统，其特征在于：所述的人体视觉空间定位与位置估计系统（10）引导服务型移动机械手实现远距离的手臂接近运动；所述的人机交互系统（8）引导移动机械手近距离的手臂精确对准。

5.根据权利要求1或4所述的服务型移动机械手系统，其特征在于：所述的人机交互系统（8）在引导移动机械手近距离的手臂精确对准过程中，移动机械手的空间运动划分为水平（X-Y）和垂直（Z）两个方向调整运动，垂直（Z）方向的高度调整通过脑电信号采集与处理（8b）和人体视觉引导，水平方向（X-Y）方向由移动机械手通过摄像机5和图像信号采集与处理（8a）自主调整。