CN105302021A - 人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置 - Google Patents

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张广军
林耀东
吕明达
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B2219/30—Nc systems
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Abstract

人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，属于机器人控制领域。为了解决现有对机器人的控制性能不好的问题。所述控制装置包括穿戴式装置和上位机；穿戴式装置包括单片机和至少三个六轴运动传感器；至少三个六轴运动传感器安装在操作人的手指上，用于获取角速度和加速度信息；单片机，用于根据六轴运动传感器采集的速度信息，确定操作人的手势；上位机，用于根据确定的手势，控制六轴机器人运动。本发明实现再制造中的人机交互，解决机器人控制中过程繁琐的不足，提高人对机器人的控制性能。

Description

人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置
技术领域
本发明涉及一种人机协作再制造中的机器人运动控制装置，属于机器人控制领域。
背景技术
在人机协作再制造中，人对机器人的运动控制至关重要。在脱离键盘、鼠标、控制盒等控制设备外，如何能够准确、高效的控制机器人作业是提高人与机器人间的共享控制的效率、质量的关键。
人的手势简单、自然、直观，在短时间里，一个手势能够传达较多的信息。通过手势来控制机器人，不仅可以提高交互的效率，同时能够减轻繁杂的通信设备，具有重要的现实意义。
手势控制亦可作为传统人机交互方式的补充，在手控盒或其它设备作为主要控制方式的情况下，手势控制可配合形成更为立体的拉制方式，提高控制效率与质量。
当前的手势控制设备可分为接触式与非接触式两种：非接触式设备例如Leapmotion，Kinect等，此类设备局限性大，非接触特性对于工作环境要求较高，易受环境、操作者的影响造成较低的识别效率；接触式设备例如触摸板等，对于所检测手势形态有所限制。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有对机器人的控制性能不好的问题，本发明提供一种人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置。
本发明的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，
所述控制装置包括穿戴式装置和上位机；
穿戴式装置包括单片机和至少三个六轴运动传感器；
至少三个六轴运动传感器安装在操作人的手指上，用于获取角速度和加速度信息；
单片机，用于根据六轴运动传感器采集的速度信息，确定操作人的手势；
上位机，用于根据确定的手势，控制六轴机器人运动。
所述单片机包括如下模块：
接收六轴运动传感器采集的角速度信息的模块；
当所述角速度信息小于设定的阈值，接收六轴运动传感器采集的加速度信息的模块；
根据接收的加速度信息，判断是否为指定手势的模块；
当是指定手势，发送手势信息的模块。
控制装置和上位机采用无线通信方式传输数据。
所述控制装置还包括蓝牙模块，
蓝牙模块，用于与上位机配对连接，将确定的操作人的手势发送至上位机。
蓝牙模块采用蓝牙转串口HC-06无线模块实现。
所述六轴运动传感器采用芯片MPU-6050实现。
单片机采用芯片90C516RD+实现。
本发明的有益效果在于，单片机利用读取六轴运动传感器传来的数据，对数据进行处理，判断操作者正在使用的手势，之后将结果以数字形式通过单片机串口发送至蓝牙模块，此时和蓝牙模块配对的上位机就接收单片机传递的数据，并依据这个数据来控制六轴机器人的运动。使用本发明可实现操作者利用手势指令控制机器人三维运动。本发明实现再制造中的人机交互，解决机器人控制中过程繁琐的不足，提高人对机器人的控制性能。通过选用以无线蓝牙传输的数据手套作为操作者手势信息检测的硬件装置，完成低成本的通信控制。
附图说明
图1为具体实施方式的原理示意图。
具体实施方式
结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，所述控制装置包括穿戴式装置和上位机；
穿戴式装置包括单片机和三个六轴运动传感器；
三个六轴运动传感器安装在操作人的手指上，用于获取角速度和加速度信息；
本实施方式中的六轴运动传感器采用芯片MPU-6050实现，集成了3轴MEMS陀螺仪和3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(DigitalMotionProcessor)，可用I2C接口连接一个第三方的数字传感器，比如磁力计。扩展之后就可以通过其I2C或SPI接口输出一个6轴的信号。MPU-60X0也可以通过其I2C接口连接非惯性的数字传感器，比如压力传感器。MPU6050主要承担了重力传感器的角色。因为在近地球表面重力的数值是一个定值，当操作者保持一个手势的情况下，通过检测重力在三个坐标轴的分量，即可找到传感器的当前位姿。将三个六轴运动传感器同时使用，就可以得到操作者三个手指的姿态。按照排列组合原理，一共有6*6*6＝216种可能。
单片机，用于根据六轴运动传感器采集的速度信息，确定操作人的手势：
接收六轴运动传感器采集的角速度信息的模块；
当所述角速度信息小于设定的阈值，接收六轴运动传感器采集的加速度信息的模块；
根据接收的加速度信息，判断是否为指定手势的模块；
当是指定手势，发送手势信息的模块；
本实施方式中，只捕捉附着六轴运动传感器手指的状态，最多支持216种手势，通过自定义不同手势对应的操作，直接通过简单的手指状态改变即可触发预定运动；手势信号处理程序检测三轴加速度计的角速度值并与设定的阈值对比，小于阈值系统默认为手指正常活动，大于阈值判定为人为改变手势，继续提取六轴运动传感器信息，判断当前手势。
上位机，用于根据确定的手势，控制六轴机器人运动；
控制装置和上位机采用无线通信方式传输数据；
所述控制装置还包括蓝牙模块，用于与上位机配对连接，将确定的操作人的手势发送至上位机；
本实施方式中的蓝牙模块采用蓝牙转串口HC-06无线模块实现；所述的蓝牙转串口HC-06无线模块：一方面通过和单片机串口相连，实时获得单片机的处理结果，另一方面将结果通过数字格式传给和它配对的上位机。
本实施方式中的单片机采用芯片90C516RD+实现。

Claims (7)

1.人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，所述控制装置包括穿戴式装置和上位机；
穿戴式装置包括单片机和至少三个六轴运动传感器；
至少三个六轴运动传感器安装在操作人的手指上，用于获取角速度和加速度信息；
单片机，用于根据六轴运动传感器采集的速度信息，确定操作人的手势；
上位机，用于根据确定的手势，控制六轴机器人运动。
2.根据权利要求1所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，所述单片机包括如下模块：
接收六轴运动传感器采集的角速度信息的模块；
当所述角速度信息小于设定的阈值，接收六轴运动传感器采集的加速度信息的模块；
根据接收的加速度信息，判断是否为指定手势的模块；
当是指定手势，发送手势信息的模块。
3.根据权利要求2所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，控制装置和上位机采用无线通信方式传输数据。
4.根据权利要求3所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括蓝牙模块，
蓝牙模块，用于与上位机配对连接，将确定的操作人的手势发送至上位机。
5.根据权利要求4所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，蓝牙模块采用蓝牙转串口HC-06无线模块实现。
6.根据权利要求1或4所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，所述六轴运动传感器采用芯片MPU-6050实现。
7.根据权利要求1或4所述的人机协作再制造中控制机器人运动的穿戴式手势控制装置，其特征在于，单片机采用芯片90C516RD+实现。
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