CN104088656B - 一种矿用液压支架手势控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿用液压支架手势控制系统及方法，通过加速度传感器单元将操作人员的手势转换成相应的电信号；然后通过A/D转换单元转换后传递给核心处理单元进行分析处理，得到该手势对应的数据序列，再与标准手势数据序列进行比较匹配，识别出操作人员的手势，通过无线信号收发单元将该手势对应的控制信号发送给液压支架控制器无线信号收发模块，同时液压支架控制器无线信号收发模块反馈液压支架状态参数。该发明操作简单，只需操作人员做出相应的控制手势，液压支架就会做出相应的动作，在液压支架电液控按键不易操作或者发生故障的情况下控制液压支架的动作，可作为液压支架辅助控制方法，保证正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿用液压支架手势控制系统及方法，属于液压支架控制技术领域。。
背景技术
液压支架作为综合机械化采煤的必备设备，为综采工作面采煤机、刮板输送机以及工作人员提供安全的工作空间。液压支架的控制技术近年来发展迅速，具有电液控制功能的液压支架被广泛运用到综采工作面。液压支架电液控制器作为控制液压支架的重要设备，在巷道的有些环境中液压支架电液控按键不易操作或者按键发生故障时，由于没有辅助控制方式，使得工作人员无法正常的进行液压支架的控制，影响了正常工作。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种矿用液压支架手势控制系统及方法，操作简单，只需操作人员做出相应的控制手势，液压支架就会做出相应的动作，在液压支架电液控按键不易操作或者发生故障的情况下控制液压支架的动作，作为一种辅助控制方法，保证正常工作。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该矿用液压支架手势控制系统，包括操作显示部分和执行反馈部分，所述的操作显示部分包括加速度传感器单元、核心处理单元、供电单元、A/D转换单元、按键与显示单元和无线信号收发单元，加速度传感器单元与A/D转换单元连接，A/D转换单元与核心处理单元连接，核心处理单元分别与按键与显示单元和无线信号收发单元连接；所述的按键与显示单元包括按键单元、点阵液晶屏与十个LED指示灯，供电单元为上述各单元供电；所述的执行反馈部分为液压支架控制器无线信号收发模块，无线信号收发单元与液压支架控制器无线信号收发模块无线连接。
进一步，所述的加速度传感器单元为三轴MEMS加速度传感器。
进一步，所述的按键单元包括系统启动键、系统关闭键、0～9十个数字键、连接键和开始采集键；系统启动与关闭键控制整套系统的启动与关闭，0-9十个数字键用于拨号，每个液压支架都有一个固定编号，按下对应液压支架编号后按下连接键，液压支架控制器开始与手势控制系统连接，连接成功后，按下开始采集键开始采集，松开开始采集键后停止采集。
进一步，所述的十个LED指示灯分别为系统启动运行指示灯、与液压支架成功连接指示灯、液压支架立柱上升指示灯、立柱下降指示灯、推溜指示灯、移架指示灯、升护帮板指示灯、降护帮板指示灯、升前梁指示灯和收前梁指示灯。
进一步，所述的核心处理单元为DSP数字量信号处理器。
进一步，所述的操作显示部分为手持式、手套式或分离式。
一种矿用液压支架手势控制方法，具体步骤为：
(1)预先设定八个不同的标准手势，且每个手势均采用重复动作组成，这样可有效避免液压支架的误动作；
(2)通过运动学理论分析得出每个标准手势的X轴、Y轴和Z轴的加速度分量；
(3)将得出的每个手势的X轴、Y轴和Z轴的加速度分量传递给DSP数字量信号处理器进行分析处理，处理后转换成一个标准数据序列，然后存储在核心处理单元中；
(4)八个标准数据序列分别对应液压支架的立柱上升、立柱下降、推溜、移架、升护帮板、降护帮板、升前梁和收前梁八个动作的控制信号；
(5)将液压支架控制器无线信号收发模块安装在液压支架上，并与液压支架电液控制器连接，操作显示部分放置在操作人员手臂或手中；
(6)操作人员任意做出八个手势之一，三轴MEMS加速度传感器将测得X轴、Y轴和Z轴的加速度分量传递给DSP数字量信号处理器进行处理后转换成数据序列；
(7)DSP数字量信号处理器将步骤(6)中得到的数据序列与存储的标准数据序列进行匹配，若匹配成功，则DSP数字量信号处理器通过无线信号收发单元发出相应地控制信号；
(8)液压支架控制器无线信号收发模块接收到传来的控制信号，通过液压支架电液控制器控制液压支架做出相应的动作；
(9)液压支架在动作的同时将自身状态通过无线收发模块发送给操作显示部分；
(10)操作显示部分通过点阵液晶屏显示当前液压支架的动作以及液压支架参数。
与现有技术相比，本发明采用MEMS加速度传感器和DSP处理器相结合的方式，只需操作人员做出相应的控制手势，通过MEMS加速度传感器识别手势，液压支架就会做出相应的动作，无需使用按键，在液压支架电液控按键不易操作或者发生故障的情况下控制液压支架的动作，作为一种辅助控制方法，保证了正常工作。
附图说明
图1是本发明的电原理框图；
图2是本发明实施例中升柱手势对应的X轴、Y轴和Z轴加速度图；
图3是本发明实施例中收前梁手势对应的X轴、Y轴和Z轴加速度图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，该矿用液压支架手势控制系统，包括操作显示部分和执行反馈部分，所述的操作显示部分包括加速度传感器单元、核心处理单元、供电单元、A/D转换单元、按键与显示单元和无线信号收发单元，加速度传感器单元与A/D转换单元连接，A/D转换单元与核心处理单元连接，核心处理单元分别与按键与显示单元和无线信号收发单元连接；所述的按键与显示单元包括按键单元、点阵液晶屏与十个LED指示灯，供电单元为上述各单元供电；所述的执行反馈部分为液压支架控制器无线信号收发模块，无线信号收发单元与液压支架控制器无线信号收发模块无线连接。
进一步，所述的加速度传感器单元为三轴MEMS加速度传感器。
进一步，所述的按键单元包括系统启动键、系统关闭键、0～9十个数字键、连接键和开始采集键；系统启动与关闭键控制整套系统的启动与关闭，0-9十个数字键用于拨号，每个液压支架都有一个固定编号，按下对应液压支架编号后按下连接键，液压支架控制器开始与手势控制系统连接，连接成功后，按下开始采集键开始采集，松开开始采集键后停止采集。
进一步，所述的十个LED指示灯分别为系统启动运行指示灯、与液压支架成功连接指示灯、液压支架立柱上升指示灯、立柱下降指示灯、推溜指示灯、移架指示灯、升护帮板指示灯、降护帮板指示灯、升前梁指示灯和收前梁指示灯；处于哪个状态时，相应的LED灯会点亮，便于工作人员的查看。
进一步，所述的核心处理单元为DSP数字量信号处理器。
进一步，所述的操作显示部分为手持式、手套式或分离式。
本装置整机供电电压为12V，最大电流为800mA，电路中电容不超过0.47uF，电感不超过0.47uH,符合GB3836.4—2010对矿用本安型设备的要求。
事先对X、Y、Z三个轴坐标系进行定义，因为其坐标系不是空间绝对坐标系，而是相对坐标系；现对坐标轴作如下定义，垂直于综采工作面底板向上为Z轴正方向，垂直于Z轴指向煤壁的方向为X轴正方向，垂直于X、Z轴并满足空间坐标系的右手螺旋定则为Y轴正方向；该矿用液压支架手势控制方法，具体步骤为：
(1)预先设定八个不同的标准手势，且每个手势均采用重复动作组成，这样可有效避免液压支架的误动作；
(2)按下系统启动键、等待系统启动指示灯亮之后表示系统开始工作；按下需要操作的液压支架的编号，按下连接键，等待连接指示灯亮之后表示连接成功；按下开始采集键开始做出手势，收拾完毕后松开开始采集键；通过运动学理论分析得出每个标准手势的X轴、Y轴和Z轴的加速度分量；
(3)将得出的每个手势的X轴、Y轴和Z轴的加速度分量传递给DSP数字量信号处理器进行分析处理，处理后转换成一个标准数据序列，然后存储在核心处理单元中；所述的标准数据序列由一个36位的字节组成，该字节高十二位为X轴方向加速度数据序列，中十二位为Y轴方向加速度数据序列，低十二位为Z轴方向加速度数据序列。如图2和图3所示，以立柱上升手势和升护帮板手势为例，从手势开始到结束时间记为T，将时间T十二等分，分别记为t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、t10、t11、t12，MEMS加速度传感器所测得的加速度在每个时间段内得到的值为正记为1，为负记为-1，为零记为0；则升柱手势对应的标准数据序列为[0000 0000 0000 0000 0000 0000 11-1-1 -1-111 11-1-1]，收前梁手势对应的标准数据序列为[11-1-1 -1-111 11-1-1 0000 0000 0000 11-1-1 -1-111 11-1-1]，进而得出八个标准数据序列；
(4)如表1所示，八个标准数据序列分别对应液压支架的立柱上升、立柱下降、推溜、移架、升护帮板、降护帮板、升前梁和收前梁八个动作的控制信号；
(5)将液压支架控制器无线信号收发模块安装在液压支架上，并与液压支架电液控制器连接，操作显示部分放置在操作人员手臂或手中；
(6)操作人员任意做出八个手势之一，三轴MEMS加速度传感器将测得X轴、Y轴和Z轴的加速度分量传递给DSP数字量信号处理器进行处理后转换成数据序列；
(7)DSP数字量信号处理器将步骤(6)中得到的数据序列与存储的标准数据序列进行匹配，若匹配成功，则DSP数字量信号处理器通过无线信号收发单元发出相应地控制信号；
(8)液压支架控制器无线信号收发模块接收到传来的控制信号，通过液压支架电液控制器控制液压支架做出相应的动作。
(9)液压支架在动作的同时将自身状态通过无线收发模块发送给操作显示部分；
(10)操作显示部分通过点阵液晶屏显示当前液压支架的动作以及液压支架参数。
表1：
Claims (6)
1.一种矿用液压支架手势控制系统，其特征在于，包括操作显示部分和执行反馈部分，所述的操作显示部分包括加速度传感器单元、核心处理单元、供电单元、A/D转换单元、按键与显示单元和无线信号收发单元，加速度传感器单元与A/D转换单元连接，A/D转换单元与核心处理单元连接，核心处理单元分别与按键与显示单元和无线信号收发单元连接；所述的按键与显示单元包括按键单元、点阵液晶屏与十个LED指示灯，供电单元为上述各单元供电；所述的执行反馈部分为液压支架控制器无线信号收发模块，无线信号收发单元与液压支架控制器无线信号收发模块无线连接；所述的十个LED指示灯分别为系统启动运行指示灯、与液压支架成功连接指示灯、液压支架立柱上升指示灯、立柱下降指示灯、推溜指示灯、移架指示灯、升护帮板指示灯、降护帮板指示灯、升前梁指示灯和收前梁指示灯。
2. 根据权利要求1所述的矿用液压支架手势控制系统，其特征在于，所述的加速度传感器单元为三轴MEMS加速度传感器。
3. 根据权利要求1或2所述的矿用液压支架手势控制系统，其特征在于，所述的按键单元包括系统启动键、系统关闭键、0～9十个数字键、连接键和开始采集键。
4. 根据权利要求1所述的矿用液压支架手势控制系统，其特征在于，所述的核心处理单元为DSP数字量信号处理器。
5. 根据权利要求1所述的矿用液压支架手势控制系统，其特征在于，所述的操作显示部分为手持式、手套式或分离式。
6. 一种矿用液压支架手势控制方法，其使用权利要求1中的矿用液压支架手势控制系统，其特征在于，具体步骤为：
（1）预先设定八个不同的标准手势，且每个手势均采用重复动作组成；
（2）通过运动学理论分析得出每个标准手势的X轴、Y轴和Z轴的加速度分量；
（3）将得出的每个手势的X轴、Y轴和Z轴的加速度分量传递给DSP数字量信号处理器进行分析处理，处理后转换成一个标准数据序列，然后存储在核心处理单元中；
（4）八个标准数据序列分别对应液压支架的立柱上升、立柱下降、推溜、移架、升护帮板、降护帮板、升前梁和收前梁八个动作的控制信号；
（5）将液压支架控制器无线信号收发模块安装在液压支架上，并与液压支架电液控制器连接，操作显示部分放置在操作人员手臂或手中；
（6）操作人员任意做出八个手势之一，三轴MEMS加速度传感器将测得X轴、Y轴和Z轴的加速度分量传递给DSP数字量信号处理器进行处理后转换成数据序列；
（7）DSP数字量信号处理器将步骤（6）中得到的数据序列与存储的标准数据序列进行匹配，若匹配成功，则DSP数字量信号处理器通过无线信号收发单元发出相应地控制信号；
（8）液压支架控制器无线信号收发模块接收到传来的控制信号，通过液压支架电液控制器控制液压支架做出相应的动作；
（9）液压支架在动作的同时将自身状态通过无线收发模块发送给操作显示部分；
（10）操作显示部分通过点阵液晶屏显示当前液压支架的动作以及液压支架参数。
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