CN104924802A - 残疾人头部控制自动翻书机 - Google Patents

Abstract

一种助残智能用具领域的残疾人头部控制自动翻书机，包括头戴式动作采集器与自动翻书机两部分，头戴式动作采集器包括耳罩、环形框、电池、开关、稳压模块、无线通信模块、传感器与主控制电路、拓展插口；自动翻书机包括压书杆、翻页杆、一对二自由度机械臂、机械臂末端的橡胶块、小型驱动电机、无线通信模块、声纳测距模块、电池、控制电路。头部姿态采集器通过对头部姿态角进行综合分析，识别头部动作及其对应的指令，通过无线通信模块发送相应指令到自动翻书机，翻书机通过声纳检测是否有人在看书，如果有，则根据指令控制翻书机的机械臂展开、收起，或控制左翻页、右翻页。本发明巧妙、智能、使用方便，对提高残疾人的生活质量有较大作用。

Description

残疾人头部控制自动翻书机

技术领域

本发明属于助残智能用具领域，具体地说，是一种可以利用残疾人头部动作控制的自动翻书机。

背景技术

自动翻书机构在自动扫描仪领域以及助残阅读器领域均有应用。其中助残阅读器领域的自动翻书机需要适应残疾人行动不便、无法控制手部动作等特点，现已有不少靠脚踏板控制的产品，但是利用残疾人另一个可动身体部分，即头部来操控的翻书机，这在现有技术中没有实现过。头部动作捕捉在虚拟现实技术中已有不少应用，现有技术多利用加速度传感器和陀螺仪测量头部动作，陀螺仪长时间使用会出现姿态角漂移的问题，使用加速度传感器只能修正头部俯仰和侧面翻滚动作的漂移，而在本发明情况下，对于水平方向转动即摇头的精确度要求最高，就需要使用对地磁场的测量来进行修正，这在现有技术中较为少见。而使用模式识别对头部动作进行综合判断再发送指令给被控对象的工作方式也不多见。因此，通过识别头部动作控制的自动翻书机是一项新技术。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，填补现有产品的空白，本发明提供了一种头部控制自动翻书机。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括头戴式动作采集器和自动翻书机，头戴式动作采集器的结构为：右耳罩内部藏有传感器与控制电路，左耳罩内部藏有电池，其外部安装开关，环形框连接左右耳罩，电源的电能经过供电充电插口提供给稳压模块，经过电压调节的直流电提供给右耳罩中的电路设备以及无线通信模块，拓展插口以外接控制手柄等，供非手部残疾人增加操纵自由度之用；自动翻书机的结构为：底座上装有书籍支撑架、两组推书机构、压书机构、翻页机构，两组推书机构分别由机械臂支撑架、大臂、中臂、小臂构成，支撑架与大臂之间的关节由一台舵机驱动，大臂与中臂之间的关节由一台舵机驱动，中臂与小臂直接的运动通过弹簧限制，以适应各种书的厚度；小臂末端安装橡胶块与书页接触；压书机构由压书杆件与舵机组成。翻页机构由翻页杆与舵机组成；自动翻书机的控制电路利用声纳测距模块探测前方是否有人在看书，无线通信模块从头戴式动作采集器接收指令，根据指令启动相应翻书程序。

本发明的有益效果是：本发明设计合理，结构紧凑，可靠性高，智能化程度高。只需戴一个耳机形状的姿态采集器即可发出多种翻书指令，翻书机执行动作精度高，可在多处进行微调。通过算法对无效动作的过滤以及翻书机上的测距模块，可智能而有效避免误操作。

附图说明

图1为本发明的头戴式动作采集器部分；

图2为本发明的自动翻书机部分；

附图中的标号分别为：1、右耳罩，2、左耳罩，3、环形框，4、开关，5、供电充电插口，6、稳压模块，7、第一无线通信模块，8、拓展插口，9、底座，10、书籍支撑架，11、机械臂支撑架，12、大臂，13、中臂，14、小臂，15、橡胶块，16、压书杆件，17、翻页杆，18、推书机构第一舵机，19、推书机构第二舵机，20、压书机构舵机，21、翻页机构舵机，22、声纳测距模块，23、第二无线通信模块，24、控制电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本发明的具体实施例如图1和图2所示，本发明包括头戴式动作采集器和自动翻书机，头戴式动作采集器由右耳罩1、左耳罩2、环形框3、开关4、供电充电插口5、稳压模块6、第一无线通信模块7、拓展插口8组成，自动翻书机由底座9、书籍支撑架10、机械臂支撑架11、大臂12、中臂13、小臂14、橡胶块15、压书杆件16、翻页杆17、推书机构第一舵机18、推书机构第二舵机19、压书机构舵机20、翻页机构舵机21、声纳测距模块22、第二无线通信模块23、控制电路24组成；开关4安装在左耳罩2上，环形框3连接左右耳罩，电源的电能经过供电充电插口5提供给稳压模块6，经过电压调节的直流电提供给右耳罩1中的电路设备以及第一无线通信模块7，拓展插口8安装在右耳罩1上；底座9上装有书籍支撑架10、两组推书机构、压书机构、翻页机构，两组推书机构分别由机械臂支撑架11、大臂12、中臂13、小臂14构成，机械臂支撑架与大臂12之间的关节由推书机构第一舵机18驱动，大臂12与中臂13之间的关节由推书机构第二舵机19驱动，中臂13与小臂12之间的运动通过弹簧限制，小臂14末端安装橡胶块15与书页接触；压书机构由压书杆件16与压书机构舵机20组成；翻页机构由翻页杆17与舵机21组成；自动翻书机的控制电路24利用声纳测距模块22探测前方是否有人在看书，第二无线通信模块23从头戴式动作采集器接收指令，根据指令启动相应翻书程序；机械臂支撑架11大臂12、中臂13、小臂14、橡胶块15、压书杆件16、推书机构第一舵机18、推书机构第二舵机19均为两个，分别布置在底座9的两侧；头戴式动作采集器整体外形与耳机相似，将主要电子部件隐藏在内部，电池内藏于左耳罩2内，并靠外接插口5给设备供电或接受充电；传感器与控制电路内藏于右耳罩1，通过线束供电以及发送无线信号；稳压模块6内藏于环形框3内。

在本发明的实施过程中，残疾人戴上并开启头戴式动作采集器，开启自动翻书机之后，两个装置通过第一无线通信模块7、第二无线通信模块23开始互相识别、通信。头戴式动作采集器通过右耳罩1内置的陀螺仪、加速度传感器、地磁场传感器进行数据采集、融合解算出头部姿态角。残疾人坐在自动翻书机前面时，声纳测距模块22检测到人，并使能自动翻书机的指令接收功能，如果人离开，则禁用指令接收功能，以防止读者离开后的头部动作导致对翻书机传送错误指令。头戴式动作采集器对一段时间内的姿态数据队列综合判断，识别抬头、左摇头、右摇头动作，并滤除其他动作。如果残疾人做出左摇头并返回的连续动作，则头戴式动作采集器通过第一无线通信模块7发送“左翻页”指令给自动翻书机，右摇头并返回的连续动作对应“右翻页”指令，抬头并返回的连续动作对应“展开或收起机械臂”的指令。自动翻书机第二无线通信模块23收到指令。如果是“展开或收起机械臂”的指令，则翻书机的控制电路24先判断当前机械臂状态是展开还是收起，如果是展开状态，则控制推书机构第一舵机18，推书机构第二舵机19做收起动作，结果状态如图2左侧推书机构，避免干扰看书视线；如果当前是收起状态，则控制推书机构第一舵机18，推书机构第二舵机19做展开动作，推书机械臂直立，处于就绪状态，提高翻书响应速度。如果收到的指令是“左翻页”，则压书机构舵机20驱动的压书杆件16将书的一侧压住，翻书一侧的推书机构第一舵机18，推书机构第二舵机19执行一定时序的动作，驱动末端橡胶块15沿书页直线推动，使书页未被压住的一侧卷起，此时压书杆件16抬起，推书机构的推书机构第一舵机18，推书机构第二舵机19驱动末端橡胶块15向上做曲线运动，离开书页并回复原位，与此同时，翻页机构舵机21驱动的翻页杆17插入书页缝隙，将其翻到书的另一侧，之后翻页杆17回原位。如果收到的指令是“右翻页”，则自动翻书机执行的动作与左翻页对称，只是翻页杆17要在事先旋转到相反位置。整个翻书过程通过控制电路24精准时序控制实现。

Claims (6)

1.一种残疾人头部控制自动翻书机，其特征在于，包括头戴式动作采集器和自动翻书机，头戴式动作采集器由右耳罩(1)、左耳罩(2)、环形框(3)、开关(4)、供电充电插口(5)、稳压模块(6)、第一无线通信模块(7)、拓展插口(8)组成，自动翻书机由底座(9)、书籍支撑架(10)、机械臂支撑架(11)、大臂(12)、中臂(13)、小臂(14)、橡胶块(15)、压书杆件(16)、翻页杆(17)、推书机构第一舵机(18)、推书机构第二舵机(19)、压书机构舵机(20)、翻页机构舵机(21)、声纳测距模块(22)、第二无线通信模块(23)、控制电路(24)组成；开关(4)安装在左耳罩(2)上，环形框(3)连接左右耳罩，电源的电能经过供电充电插口(5)提供给稳压模块(6)，经过电压调节的直流电提供给右耳罩(1)中的电路设备以及第一无线通信模块(7)，拓展插口(8)安装在右耳罩(1)上；底座(9)上装有书籍支撑架(10)、两组推书机构、压书机构、翻页机构，两组推书机构分别由机械臂支撑架(11)、大臂(12)、中臂(13)、小臂(14)构成，机械臂支撑架与大臂(12)之间的关节由推书机构第一舵机(18)驱动，大臂(12)与中臂(13)之间的关节由推书机构第二舵机(19)驱动，中臂(13)与小臂(12)之间的运动通过弹簧限制，小臂(14)末端安装橡胶块(15)与书页接触；压书机构由压书杆件(16)与压书机构舵机(20)组成；翻页机构由翻页杆(17)与舵机(21)组成；自动翻书机的控制电路(24)利用声纳测距模块(22)探测前方是否有人在看书，第二无线通信模块(23)从头戴式动作采集器接收指令，根据指令启动相应翻书程序；机械臂支撑架(11)大臂(12)、中臂(13)、小臂(14)、橡胶块(15)、压书杆件(16)、推书机构第一舵机(18)、推书机构第二舵机(19)均为两个，分别布置在底座(9)的两侧。

2.根据权利要求1所述的残疾人头部控制自动翻书机，其特征在于头戴式动作采集器整体外形与耳机相似，将主要电子部件隐藏在内部，电池内藏于左耳罩(2)内，并靠外接插口(5)给设备供电或接受充电；传感器与控制电路内藏于右耳罩(1)，通过线束供电以及发送无线信号；稳压模块(6)内藏于环形框(3)内。

3.根据权利要求1所述的残疾人头部控制自动翻书机，其特征在于通过拓展插口(8)，非手部残疾者，可将该头戴式动作采集器与控制手柄相连接，通过头部姿态和手柄共同控制轮椅运动、摄像头转动等，提高操作自由度。

4.根据权利要求1所述的残疾人头部控制自动翻书机，其特征在于使用了两组二自由度推书机构，通过对推书机构第一舵机(18)、推书机构第二舵机(19)时序的控制，可以使得机构末端执行部分做任意直线或曲线运动，提高翻书灵活性。提高翻页效率。

5.根据权利要求1所述的残疾人头部控制自动翻书机，其特征在于声纳测距模块(14)安装在读者面前，可以探测读者的存在，以防止读者离开后，其头部动作导致的对翻书机传送错误指令。

6.根据权利要求1所述的残疾人头部控制自动翻书机，其特征在于一共使用6个舵机，分别控制推书、压书、翻页，自由度大，可调节至最优翻书动作，舵机由控制电路统一指挥，控制供电断电、控制各机构协同运动。