CN103728902A - 一种适合水田电动作业机械的人机交互装置及其应用 - Google Patents

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闫国琦
孙永生
张铁民
李晟
廖浩稀
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Abstract

本发明公开了一种适合水田电动作业机械的人机交互装置及其应用。人机交互装置包括数字处理器、数据通道、投影器、摄像头、多通道红外测距机构和安装在水田电动作业机械控制手柄上的人机交互面板，数字处理器控制投影器将各种控制按键和需要显示的速度数据投影在控制手柄上的人机交互面板上；摄像头和多通道红外测距机构检测操作者手指位于人机交互面板上相应控制按键的位置，然后通过数据通道将信息反馈给数字处理器；数字处理器根据反馈的控制按键对应的命令来控制水田电动作业机械的操作。本发明解决了小型水田作业机械控制按键遇水短路和淤泥覆盖视觉信息等问题，控制可靠，成本较低。

Description

一种适合水田电动作业机械的人机交互装置及其应用
技术领域
本发明涉及机电一体化领域，特别涉及一种适合水田电动作业机械的人机交互装置及其应用。
背景技术
中小功率水田电动作业机械由于体积重量小，适合在山地、丘陵地区和小地块水田作业，具有较大的应用前景。电动插秧机在水田中作业时，电气系统防水和绝缘工艺要求较高，蓄电池和电机可以容易实现低成本防水绝缘处理，而控制手柄上的各种控制开关按键较难实现低成本的绝缘处理。水田作业时，控制手柄不仅容易被水浸湿，而且经常遇到淤泥覆盖的情况，不但会造成开关按键短路，还遮挡了按键上或显示装置的信息，造成机器故障或操作不便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种适合水田电动作业机械的人机交互装置及其应用，解决水田作业时控制面板浸水短路和淤泥覆盖等问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种适合水田电动作业机械的人机交互装置，包括数字处理器、数据通道、投影器、摄像头、多通道红外测距机构和安装在水田电动作业机械控制手柄上的人机交互面板。
数字处理器包括CPU和外围辅助电路，是数据处理和外部控制指令的核心电路，用于分析数据通道输入的图像数据并发出控制指令，控制投影器和水田电动作业机械的驱动电机工作。
数据通道是一个双向数字线路，用于摄像头、多通道红外测距机构与数字处理器之间的数据通讯。
投影器是光学投影机构，用于将数据处理器的图像信息通过可见光投影在人机交互面板上显示。
多通道红外测距机构是利用不可见的红外线检测通道前方遮挡物的距离，用于判断操作者手指是否出现在相应的控制按键位置。
人机交互面板上的投影内容包括启动、停止、加速、减速等控制按键和水田电动作业机械行进的速度数据。
上述适合水田电动作业机械的人机交互装置的操作过程是：首先，数字处理器控制投影器将各种控制按键和需要显示的速度数据投影在控制手柄上的人机交互面板上；摄像头和多通道红外测距机构检测操作者手指位于人机交互面板上相应控制按键的位置，然后通过数据通道将信息反馈给数字处理器；数字处理器根据反馈的控制按键对应的命令来控制水田电动作业机械的操作。
人机交互面板采用深色平面材料，投影器将控制按键和速度数据投影在人机交互面板上时，即使有一定的淤泥覆盖，仍可显示控制按键和速度数据。当操作者用手指触摸某个控制按键时，摄像头采集图像信息，由数字处理器进行图像分析，识别手指和控制按键位置信息，判断操作者的指令；同时，为了增加可靠性，多通道红外测距机构的每个通道对应一个特定的控制按键投影位置，通过采集人体温度的红外信息，判断操作者手指是否在相应控制按键位置上，经过数据通道将该指令传递给数据处理器，结合图像信息，准确判断操作者指令。
一种水田电动作业机械，安装有上述的人机交互装置。所述人机交互装置安装在水田电动作业机械驾驶舱的操作手柄处，其中人机交互面板置于操作手柄之间，便于操作者用手操作，起到显示屏和触摸屏的作用；投影器、摄像头置于人机交互面板上方，用刚性支架固定；数字处理器与投影器、摄像头、多通道红外测距机构之间用电气线路构成数据通道和电源回路，人机交互面板与数字处理器、投影器、摄像头、多通道红外测距机构之间均无电气连接。
本发明利用可见光投影技术，并结合图像处理和红外测距技术，可实现水田电动作业机械控制手柄上开关按键非接触式操作。首先，由于投影器、摄像头和多通道红外测距机构没有运动部件和电气触点，且安装在高位，容易实现低成本的防水绝缘。其次，水田电动作业机械控制手柄上的人机交互面板上所有显示信息均是光影信息，不存在短路问题；即使面板被淤泥覆盖，光影信息仍会投射在表面，不严重影响操作者获取视觉信息，解决了浸水短路和淤泥覆盖等关键问题。此外，若水田电动作业机械要进行功能升级和硬件改造，需要更改控制按键功能和位置时，只需修改软件，更新投影信息即可，节约硬件升级成本，提升了升级空间。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明的原理与结构不同于目前的水田机械上的传统电气控制开关，具有防水绝缘、不受淤泥覆盖和成本较低等特点。
2、本发明的水田电动作业机械人机交互装置采用非接触式操作，不存在机械和电气磨损问题，使用寿命长，工作可靠。
附图说明
图1为本发明的工作原理示意图。
图2为人机交互面板示意图。
其中，1、投影显示区域；2、启动按键；3、停止按键；4、加速按键；5、减速按键；6、速度显示。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种适合水田电动作业机械的人机交互装置，包括数字处理器、数据通道、投影器、摄像头、多通道红外测距机构和安装在水田电动作业机械控制手柄上的人机交互面板。数字处理器包括CPU和外围辅助电路，是数据处理和外部控制指令的核心电路，用于分析数据通道输入的图像数据并发出控制指令，控制投影器和水田电动作业机械的驱动电机工作。数据通道是一个双向数字线路，用于摄像头、多通道红外测距机构与数字处理器之间的数据通讯。投影器是光学投影机构，用于将数据处理器的图像信息通过可见光投影在人机交互面板上显示，发出与水田淤泥颜色对比度较大的波长大于黄色光的可见光，亮度可调。多通道红外测距机构是利用不可见的红外线检测通道前方遮挡物的距离，用于判断操作者手指是否出现在相应的控制按键位置。。人机交互面板上的投影内容包括启动、停止、加速、减速等控制按键和水田电动作业机械行进的速度数据，如图2所示，其中，1、投影显示区域；2、启动按键；3、停止按键；4、加速按键；5、减速按键；6、速度显示。人机交互面板采用金属或塑料等不吸水的深色平面材料，投影区域表面颜色为深色，或接近水田淤泥颜色。投影器将控制按键和速度数据投影在人机交互面板上时，即使有一定的淤泥覆盖，仍可显示控制按键和速度数据。当操作者用手指触摸某个控制按键时，摄像头采集图像信息，由数字处理器进行图像分析，识别手指和控制按键位置信息，判断操作者的指令；同时，为了增加可靠性，多通道红外测距机构的每个通道对应一个特定的控制按键投影位置，通过采集人体温度的红外信息，判断操作者手指是否在相应控制按键位置上，经过数据通道将该指令传递给数据处理器，结合图像信息，准确判断操作者指令。
一种水田电动作业机械，安装有上述的人机交互装置。所述人机交互装置安装在水田电动作业机械驾驶舱的操作手柄处，其中人机交互面板置于操作手柄之间，便于操作者用手操作，起到显示屏和触摸屏的作用；投影器、摄像头置于人机交互面板上方，用刚性支架固定；数字处理器与投影器、摄像头和多通道红外测距机构之间用电气线路构成数据通道和电源回路，人机交互面板与数字处理器与投影器、摄像头、多通道红外测距机构之间均无电气连接。具体操作过程是：首先，数字处理器控制投影器将各种控制按键和需要显示的速度数据投影在控制手柄上的人机交互面板上；摄像头和多通道红外测距机构检测操作者手指位于人机交互面板上相应控制按键的位置，然后通过数据通道将信息反馈给数字处理器；数字处理器根据反馈的控制按键对应的命令来控制水田电动作业机械的操作。
操作者可以触摸加速按键4或减速按键5来控制电动水田作业机械的行进速度，启动按键2和停止按键3分别控制水田电动作业机械的启动和停止。
在水田中作业时，即使偶然有泥水覆盖人机交互面板，投影信息仍会显示在泥水表面，不影响操作者获取视觉信息，而且不会造成短路。

Claims (10)

1.一种适合水田电动作业机械的人机交互装置，其特征在于：包括数字处理器、数据通道、投影器、摄像头、多通道红外测距机构和安装在水田电动作业机械控制手柄上的人机交互面板。
2.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于：数字处理器包括CPU和外围辅助电路，是数据处理和外部控制指令的核心电路，用于分析数据通道输入的图像数据并发出控制指令，控制投影器和水田电动作业机械的驱动电机工作。
3.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于：数据通道是一个双向数字线路，用于摄像头、多通道红外测距机构与数字处理器之间的数据通讯。
4.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于：投影器是光学投影机构，用于将数据处理器的图像信息通过可见光投影在人机交互面板上显示。
5.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于：多通道红外测距机构是利用不可见的红外线检测通道前方遮挡物的距离，用于判断操作者手指是否出现在相应的控制按键位置。
6.根据权利要求1所述的人机交互装置，其特征在于：人机交互面板上的投影内容包括启动、停止、加速、减速的控制按键和水田电动作业机械行进的速度数据。
7.一种权利要求1～6任一项所述的适合水田电动作业机械的人机交互装置的操作过程，其特征在于：首先，数字处理器控制投影器将各种控制按键和需要显示的速度数据投影在控制手柄上的人机交互面板上；摄像头和多通道红外测距机构检测操作者手指位于人机交互面板上相应控制按键的位置，然后通过数据通道将信息反馈给数字处理器；数字处理器根据反馈的控制按键对应的命令来控制水田电动作业机械的操作。
8.根据权利要求7所述的人机交互装置的操作过程，其特征在于：当操作者用手指触摸某个控制按键时，摄像头采集图像信息，由数字处理器进行图像分析，识别手指和控制按键位置信息，判断操作者的指令；同时，多通道红外测距机构的每个通道对应一个特定的控制按键投影位置，通过采集人体温度的红外信息，判断操作者手指是否在相应控制按键位置上，经过数据通道将该指令传递给数据处理器，结合图像信息，准确判断操作者的指令。
9.一种水田电动作业机械，其特征在于：安装有权利要求1～6任一项所述的人机交互装置。
10.根据权利要求9所述的水田电动作业机械，其特征在于：人机交互装置安装在水田电动作业机械驾驶舱的操作手柄处，其中人机交互面板置于操作手柄之间，便于操作者用手操作，起到显示屏和触摸屏的作用；投影器、摄像头置于人机交互面板上方，用刚性支架固定；数字处理器与投影器、摄像头、多通道红外测距机构之间用电气线路构成数据通道和电源回路，人机交互面板与数字处理器、投影器、摄像头、多通道红外测距机构之间均无电气连接。
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