CN105565212A - 基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车及方法，车身上设置有转杆，所述转杆上设置有电位计；还包括固定架、驱动电机、转向电机、编码器、主转向齿轮、转向大齿轮、编码器齿轮和接近开关；另外还包括固定架、驱动电机、转向电机、编码器、主转向齿轮、转向大齿轮、编码器齿轮和接近开关；还包括用于检测手势的设备和控制搬运的设备；配件柜的柜体同顶部罩板经过改进型铰接部件来铰接相连；结合其方法避免了现有技术中的无法实现远距离操纵由此带来使用不方便的问题、配件柜的柜体同顶部罩板的铰接架构在启用期间操作非常不容易难以让操作者容易启用的缺陷。
Description
技术领域
本发明属于堆垛车技术领域，具体涉及一种基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车及方法。
背景技术
堆垛车，又分为手动堆垛车和电动堆垛车，其中，电动堆垛车，又分为半电动和全电动。适用于狭窄通道和有限空间内的作业，是高架仓库，超市，车间装卸和堆垛托盘化货物的理想工具。其结构简单、操控灵活、微动性好、防爆安全性能高。适用于狭窄通道和有限空间内的作业，是高架仓库、车间装卸托盘化的理想设备。
而现有的堆垛车操控方式往往还是接触式的如按键开关的模式，这样的操纵模式无法实现远距离操纵，由此带来使用不方便的问题，另外为了维护方便，往往在堆垛车的车身上设置有存放电动元件的配件柜，当在启用配件柜期间，不时地必须把配件柜的顶部罩板稳在纵向的地方来让操作者提走配件，但是目前的配件柜的柜体同顶部罩板往往为经过一般的铰接杆的铰接，这样把顶部罩板揭起来之际，就必须经过胳膊或掌部的顶住方可以让顶部罩板稳在纵向的地方以此让顶部罩板不扣下来扣住柜体，此类配件柜的柜体同顶部罩板的铰接架构在启用期间操作非常不容易，难以让操作者容易启用。
发明内容
本发明的目的提供一种基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车及方法，避免了现有技术中的无法实现远距离操纵由此带来使用不方便的问题、配件柜的柜体同顶部罩板的铰接架构在启用期间操作非常不容易难以让操作者容易启用的缺陷。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车及方法的解决方案，具体如下：
一种基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，包括下端分别设有驱动轮101和承重轮102的车身103，车身103的前端设置有起重系统，起重装置包括门架105，门架105的两侧的立柱上设有导轨，导轨上装有升降架107，升降架107的前侧设置有货叉108，所述驱动轮101为万向轮，所述车身103上还设置有转杆300，所述转杆300上设置有电位计；
另外还包括固定架202、驱动电机209、转向电机201、编码器208、主转向齿轮203、转向大齿轮204、编码器齿轮206和接近开关207；所述驱动电机209、转向电机201和编码器208均用螺钉固定在固定架202上；所述主转向齿轮203和编码器齿轮206均与转向大齿轮204啮合；所述转向大齿轮204套装在驱动电机209的电机轴上，所述主转向齿轮203套装在转向电机201的电机轴上，所述编码器齿轮206套装在编码器208的编码器中心轴上，所述转向大齿轮204同所述驱动轮101的支架相连接；
还包括用于检测手势的设备和控制搬运的设备，所述的用于检测手势的设备用于穿戴在使用者的左手或者右手的手腕上，所述的用于检测手势的设备包括肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器、角度传感器、第一无线传输模块、第一主控芯片；所述的控制搬运的设备包括设置在车身103上的高速脉冲输出模块、第二无线传输模块、第二主控芯片；所述的肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器、角度传感器、第一无线传输模块同第一主控芯片相连接；所述的肌电传感器EMG_Sensor的电极同手腕的皮肤相接触；所述的高速脉冲输出模块和第二无线传输模块同第二主控芯片相连接，所述的高速脉冲输出模块与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机的电机轴同转杆300相轴连接，所述的电位计也同第二主控芯片相连接，第二主控芯片还同第一变频器、第二变频器和第三变频器相连，所述的第一变频器、第二变频器和第三变频器分别同驱动电机209、转向电机201和交流电机相连接，所述的驱动轮101套接在所述的交流电机的电机轴上；
在车身103上还设置有存放电动元件的配件柜，所述配件柜的柜体408同顶部罩板409经过改进型铰接部件来铰接相连，所述改进型铰接部件含有水平设置的旋动片401与纵向设置有同旋动片401保持90度夹角并安装在旋动片401上的嵌接头402组成直角折尺状元件，所述旋动片401的下壁面同嵌接头402的上壁面各自带有突起的拱状体，所述旋动片401的上壁面都设置着若干纵向的玻青铜丝403，所述嵌接头402前壁面上焊接着同它保持着九十度夹角并设置在玻青铜丝403更高位置的阻隔棒404，所述旋动片401的更高位置带着同它保持着距离安装并焊接于玻青铜丝403上的嵌接片405，所述嵌接片的前壁上带着水平状洞眼406，所述阻隔棒404安装在水平状洞眼406里，所述阻隔棒404下部同水平状洞眼406的下部相接，所述阻隔棒404的上壁同水平状洞眼406的上壁之间保持有距离，所述旋动片401也带有突起的拱状体，所述旋动片401的后壁面上水平设置着铰接杆407；所述顶部罩板409上带着同嵌接头402相嵌接的嵌接洞410，所述配件柜的柜体408的一对边壁上各自带有用于铰接的沟路411，所述用于铰接的沟路411经直角折尺状端面412、直角折尺状端面412上壁相连的拱状端面413环绕而成，所述拱状端面413上朝着用于铰接的沟路411里突起着拱状突起414，所述拱状突起414同直角折尺状端面412间保持有距离，所述用于铰接的沟路411中带有同铰接杆407相铰接的铰接孔415，所述嵌接头402嵌接在410中，所述铰接杆407设置在铰接孔415中并能够旋动。
基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车的方法为，具体如下：
当有手势动作时，通过紧贴皮肤表面的肌电传感器EMG_Sensor的电极，可以采集手指动作时引起的肌肉的电流信号EMG，结合所述的用于检测手势的设备上的运动传感器和角度传感器用来判断手臂在空间的运动方向和转动角度；经过第一主控芯片处理后映射成指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，具体说来如下：
当判断手臂在空间的运动方向是前进的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为前进的指令，把该前进的指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第三变频器让交流电机运行来让驱动轮朝前转动；
当判断手臂在空间的运动方向是后退的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为后退的指令，把该后退的指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第三变频器让交流电机运行来让驱动轮朝后转动；
当判断手臂在空间的运动方向是左转的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为左转的指令，把该左转指令和角度传感器采集到的转动的角度通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片先让转杆按照角度传感器采集到的转动的角度进行转动，电位计将角度信号发送到第二主控芯片，然后就控制第一变频器和第二变频器来控制驱动电机209和转向电机201运行来让驱动轮左转，也即左转时，电位计将角度信号发送至第二主控芯片，由第二主控芯片控制转向电机201运行，驱动电机209停止工作，主转向齿轮203带动转向大齿轮204左转角度信号代表的角度，转向大齿轮204带动驱动轮205旋转；同时，转向大齿轮204带动编码器齿轮206旋转，编码器208可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮205由驱动电机209驱动沿行走方向转动，转向电机201停止工作；
当判断手臂在空间的运动方向是右转的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为右转的指令，把该右转指令和角度传感器采集到的转动的角度通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片先让转杆按照角度传感器采集到的转动的角度进行转动，电位计将角度信号发送到第二主控芯片，然后就控制第一变频器和第二变频器来控制驱动电机209和转向电机201运行来让驱动轮右转，也即右转时，电位计将角度信号发送至第二主控芯片，由第二主控芯片控制转向电机201运行，驱动电机209停止工作，主转向齿轮203带动转向大齿轮204右转角度信号代表的角度，转向大齿轮204带动驱动轮205旋转；同时，转向大齿轮204带动编码器齿轮206旋转，编码器208可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮205由驱动电机209驱动沿行走方向转动，转向电机201停止工作；
当判断手臂在空间的运动方向是上升的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为刹车的指令，把该刹车指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第一变频器、第二变频器和第三变频器来控制驱动电机209、转向电机201和交流电机来停止运行来让驱动轮停止转动；
当判断手臂在空间的运动方向是下降的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为启动的指令，把该启动指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第一变频器、第二变频器和第三变频器来处于变频器就绪状态。
这样结合转杆上连接有电位计，转向时，电位计将角度信号发送至控制器，由控制器控制转向电机201运行，驱动电机209停止工作，主转向齿轮203带动转向大齿轮204转动，转向大齿轮204带动驱动轮205旋转。同时，转向大齿轮204带动编码器齿轮206旋转，编码器208可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮205由驱动电机209驱动沿行走方向转动，转向电机201停止工作。
附图说明
图1为本发明的外形示意图。
图2为本发明的固定架的连接示意图。
图3为本发明的手势识别基本的算法流程图。
图4为本发明的改进型铰接部件的前视图。
图5为本发明的改进型铰接部件的三维图。
图6为本发明的直角折尺状元件的连接示意图。
图7为图6的三维图。
图8为本发明的嵌接头的前视图。
图9为图8的侧视图。
图10为图8的三维图。
图11为配件柜的拆解图。
图12为图11中B部结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明内容作进一步说明：
参照图1-图12所示，基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，包括下端分别设有驱动轮101和承重轮102的车身103，车身103的前端设置有起重系统，起重装置包括门架105，门架105的两侧的立柱上设有导轨，导轨上装有升降架107，升降架107的前侧设置有货叉108，所述驱动轮101为万向轮，所述车身103上还设置有转杆300，所述转杆300上设置有电位计；
另外还包括固定架202、驱动电机209、转向电机201、编码器208、主转向齿轮203、转向大齿轮204、编码器齿轮206和接近开关207；所述驱动电机209、转向电机201和编码器208均用螺钉固定在固定架202上；所述主转向齿轮203和编码器齿轮206均与转向大齿轮204啮合；所述转向大齿轮204套装在驱动电机209的电机轴上，所述主转向齿轮203套装在转向电机201的电机轴上，所述编码器齿轮206套装在编码器208的编码器中心轴上，所述转向大齿轮204同所述驱动轮101的支架相连接；
还包括用于检测手势的设备和控制搬运的设备，所述的用于检测手势的设备用于穿戴在使用者的左手或者右手的手腕上，所述的用于检测手势的设备包括肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器、角度传感器、第一无线传输模块、第一主控芯片；所述的控制搬运的设备包括设置在车身103上的高速脉冲输出模块、第二无线传输模块、第二主控芯片；所述的肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器、角度传感器、第一无线传输模块同第一主控芯片相连接；所述的肌电传感器EMG_Sensor的电极同手腕的皮肤相接触；所述的高速脉冲输出模块和第二无线传输模块同第二主控芯片相连接，所述的高速脉冲输出模块与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机的电机轴同转杆300相轴连接，所述的电位计也同第二主控芯片相连接，第二主控芯片还同第一变频器、第二变频器和第三变频器相连，所述的第一变频器、第二变频器和第三变频器分别同驱动电机209、转向电机201和交流电机相连接，所述的驱动轮101套接在所述的交流电机的电机轴上；
在车身103上还设置有存放电动元件的配件柜，所述配件柜的柜体408同顶部罩板409经过改进型铰接部件来铰接相连，所述改进型铰接部件含有水平设置的旋动片401与纵向设置有同旋动片401保持90度夹角并安装在旋动片401上的嵌接头402组成直角折尺状元件，所述旋动片401的下壁面同嵌接头402的上壁面各自带有突起的拱状体，所述旋动片401的上壁面都设置着若干纵向的玻青铜丝403，所述嵌接头402前壁面上焊接着同它保持着九十度夹角并设置在玻青铜丝403更高位置的阻隔棒404，所述旋动片401的更高位置带着同它保持着距离安装并焊接于玻青铜丝403上的嵌接片405，所述嵌接片的前壁上带着水平状洞眼406，所述阻隔棒404安装在水平状洞眼406里，所述阻隔棒404下部同水平状洞眼406的下部相接，所述阻隔棒404的上壁同水平状洞眼406的上壁之间保持有距离，所述旋动片401也带有突起的拱状体，所述旋动片401的后壁面上水平设置着铰接杆407；所述顶部罩板409上带着同嵌接头402相嵌接的嵌接洞410，所述配件柜的柜体408的一对边壁上各自带有用于铰接的沟路411，所述用于铰接的沟路411经直角折尺状端面412、直角折尺状端面412上壁相连的拱状端面413环绕而成，所述拱状端面413上朝着用于铰接的沟路411里突起着拱状突起414，所述拱状突起414同直角折尺状端面412间保持有距离，所述用于铰接的沟路411中带有同铰接杆407相铰接的铰接孔415，所述嵌接头402嵌接在410中，所述铰接杆407设置在铰接孔415中并能够旋动。
所述的玻青铜丝403的数量为三个以上。
所述的嵌接片405的底部带着若干同玻青铜丝403相结合的玻青铜丝容纳腔416，玻青铜丝403的局部焊接在玻青铜丝容纳腔416中，组成嵌接片405相互间保持着距离设置于旋动片401更高位置的部件。
所述的水平状洞眼406的水平跨度比阻隔棒404的水平跨度要大。
结合改进型铰接部件，在采用之际，所述阻隔棒404与水平状洞眼406相结合把嵌接片405定位于设定的纵向位置，让玻青铜丝保持在受力变形状，把嵌接头402嵌接进顶部罩板409的嵌接洞410中并保持稳定，把铰接杆407旋动稳定于铰接孔415中，再把顶部罩板409揭开之际，所述嵌接片405上壁的突起的拱状体撞到拱状突起414之际，拱状突起414就会对嵌接片405施以反向的作用，必然使得旋动片401推着玻青铜丝403朝更低处挪动，这样来让嵌接片405绕过拱状突起414后玻青铜丝403把嵌接片405朝更高位置支起，让嵌接片405嵌于拱状突起414与直角折尺状端面412间，能够实现稳定顶部罩板409的效果，而在要把顶部罩板409罩在配件柜的柜体408上之际，施加作用把顶部罩板409朝更低位置旋动，让玻青铜丝403朝更低位置变形，让嵌接片405绕过拱状突起414，让顶部罩板409罩在配件柜的柜体408上，该结构不但能够很容易地把顶部罩板409稳定在纵向的所在，并且结合了在外部作用施加和撤销下变形和复位的玻青铜丝403来作用，降低了嵌接片405与拱状突起414的上壁拱状面间的作用，增强了该部件的工作周期；该部件架构以前未出现过，容易使用者采用，并能让工作周期加大。
所述的肌电传感器EMG_Sensor为两路肌电传感器，所述的肌电传感器EMG_Sensor内部集成有依次连接的两级差分放大电路、精密整流电路、二阶滤波电路和模拟数字转换电路，通过两级差分放大电路，将肌肉电路信号进行差分放大，形成放大后的肌肉电流信号，然后通过精密整流电路进行精密整流，接着通过二阶滤波电路进行滤波处理后放大输出电压信号，再由单个信号通道独用的模拟数字转换电路转换成数字信号，转换后的数字信号是一个连续的电压值，连续变化的信号成波动变化，接着就能够通过定义这个信号的特征值为某一对应的手势。
所述的运动传感器包括航姿参考系统AHRS和惯性测量单元IMU，其内部集合了三轴陀螺仪和三轴加速度计，包含了嵌入式的姿态数据解算单元，通过测量物体运动的轴向角速度和横向纵向的加速度，用卡尔曼滤波算法进行角速度和加速度的数据融合，来判定手臂在空间的运动姿态，即手臂的前、后、左、右、上和下的运动姿态。
所述的嵌入式的姿态数据解算单元是根据四元数姿态解算算法来执行的。
所述的第一无线传输模块为Bluetooth无线传输模块的数据发射端，所述的第二无线传输模块为Bluetooth无线传输模块的数据接收端，所述的第一无线传输模块和第二无线传输模块能够在十米的距离内彼此通信，以此来进行实时的数据传输。
所述的第一主控芯片为数字信号处理器、中央处理器CPU、PLC控制器或者专用集成芯片，用来解析提取特征参数，提取出的特征参数信息通过线性判断分析，结合手势库模糊查寻算法，进行手势甄别，并最终得到最高概率的手势结果以实现手势识别，所述的手势库模糊查寻算法为基于动态模糊神经网络的手势识别算法；所述的第一主控芯片为KinetisK60主控芯片；所述的第二主控芯片为AT89C51主控芯片或者PLC控制器。I
用于检测手势的设备是一个可以佩戴在手腕上的手环，手环内部的电路板集成了肌电传感器EMG_Sensor，运动传感器，角度传感器、第一无线传输模块，第一主控芯片，充电电源模块这样标准电路，主要作用是通过紧贴皮肤表面的两路肌电传感器，检测手臂肌肉运动时产生的肌肉电流，并经过两级差分放大电路，精密整流电路，二阶滤波电路，模拟数字转换电路，以及实时数字信号算法处理，来定义控制搬运的指令；结合运动传感器，依靠陀螺仪和加速度计来检测手臂的空间运动姿态，通过四元数姿态解算法实现对堆垛车的操纵。
基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车的方法为，具体如下：
当有手势动作时，通过紧贴皮肤表面的肌电传感器EMG_Sensor的电极，可以采集手指动作时引起的肌肉的电流信号EMG，结合所述的用于检测手势的设备上的运动传感器和角度传感器用来判断手臂在空间的运动方向和转动角度；经过第一主控芯片处理后映射成指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，具体说来如下：
当判断手臂在空间的运动方向是前进的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为前进的指令，把该前进的指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第三变频器让交流电机运行来让驱动轮朝前转动；
当判断手臂在空间的运动方向是后退的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为后退的指令，把该后退的指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第三变频器让交流电机运行来让驱动轮朝后转动；
当判断手臂在空间的运动方向是左转的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为左转的指令，把该左转指令和角度传感器采集到的转动的角度通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片先让转杆按照角度传感器采集到的转动的角度进行转动，电位计将角度信号发送到第二主控芯片，然后就控制第一变频器和第二变频器来控制驱动电机209和转向电机201运行来让驱动轮左转，也即左转时，电位计将角度信号发送至第二主控芯片，由第二主控芯片控制转向电机201运行，驱动电机209停止工作，主转向齿轮203带动转向大齿轮204左转角度信号代表的角度，转向大齿轮204带动驱动轮205旋转；同时，转向大齿轮204带动编码器齿轮206旋转，编码器208可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮205由驱动电机209驱动沿行走方向转动，转向电机201停止工作；
当判断手臂在空间的运动方向是右转的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为右转的指令，把该右转指令和角度传感器采集到的转动的角度通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片先让转杆按照角度传感器采集到的转动的角度进行转动，电位计将角度信号发送到第二主控芯片，然后就控制第一变频器和第二变频器来控制驱动电机209和转向电机201运行来让驱动轮右转，也即右转时，电位计将角度信号发送至第二主控芯片，由第二主控芯片控制转向电机201运行，驱动电机209停止工作，主转向齿轮203带动转向大齿轮204右转角度信号代表的角度，转向大齿轮204带动驱动轮205旋转；同时，转向大齿轮204带动编码器齿轮206旋转，编码器208可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮205由驱动电机209驱动沿行走方向转动，转向电机201停止工作；
当判断手臂在空间的运动方向是上升的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为刹车的指令，把该刹车指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第一变频器、第二变频器和第三变频器来控制驱动电机209、转向电机201和交流电机来停止运行来让驱动轮停止转动；
当判断手臂在空间的运动方向是下降的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为启动的指令，把该启动指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第一变频器、第二变频器和第三变频器来处于变频器就绪状态。
作为一种远隔操作设备，本发明包括用于检测手势的设备和控制照明的设备，通过紧贴皮肤位置的两路肌电传感器，检测手臂肌肉运动时产生的肌肉电流，并经过两级差分放大电路，精密整流电路、二阶滤波电路模拟数字转换电路，以及实时数字信号算法处理，来定义手势指令；结合运动传感器，依靠陀螺仪和加速度计来检测手臂的运动姿态，通过四元数姿态解算法实现对堆垛车的非接触控制。本发明的核心是解析手臂肌肉生物电流和手势之间的对应关系，通过肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器经过实时数据处理，实现手势识别，并将识别后的手势映射成各种控制指令，以实现以手势作为信息输入的方法，然后通过主控芯片对输入指令的接收处理，然后下达对堆垛车的操作执行指令，达到隔空操控的功能。
本发明在实现中的技术是如何从手臂微弱的肌肉生物电流信号中找出各个手势动作的特征参数信息，以此达到手势识别的目的，并且处理后的手势信息能够通过数据传输方式传输到第二主控芯片中，然后第二主控芯片对堆垛车下达相应的动作指令。
本实施例的手势检测的设备佩戴在前臂处的位置。此位置集中了大部分的手臂肌肉，可以检测到比较强的表皮肌肉电流信号。通过在设备合适位置放置电极。但是按照不同的应用和成本，选样不同复杂度的算法，本设备可以被设计成包含限定或不限定佩戴位置。臂环可以在一定的位置放置一路或者多路电极，运动传感器，数字信号处理器或者中央处理器(CPU)、PLC控制器或者专用集成芯片。
用于检测手势的设备主要构成部分：设备包括一路或者多路表皮EMG差分电极，用于从手臂皮肤检测出皮下肌肉的EMG信号。原则上，EMG通道越多，则后续手势识别精度越高，但是会带来系统成本、功耗、运算复杂度的上升。表皮EMG信号经差分电极后进入模拟信号放大电路。从表皮采集的EMG原始信号，其振幅通常只在+/-10mv以内，放大电路的作用是将信号扩展到后续模拟数字转换器的有效量程，到达更细分的分辨率。经过放大后的模拟信号，经滤波电路来滤除干扰信号和限制的频率范罔。例如环境中50/60Hz的交流电源干扰可通过设置陷波滤波器滤除。滤波电路电可以在数字化后由数字信号处理器(DSP)或者中央处理器(CPU)或专用集成芯片在数字域通过数字方式实现。放大器电路和滤波电路的次序在实现中可能可以调换。经过放大和滤波后的模拟信号，需要经由模拟数字转换器电路转换到数字领域，然后经数字信号处理器(DSP)或者中央处理器(CPU)或者专用集成芯片进行分析处理，解析提取特征参数，以实现手势识别，设备中包含运动传感器电路，用于检测手臂的运动。
本发明采用和设想的手势识别基本的算法流程如图3所示，安置在设备上的电极将检测到的表皮肌肉电流信号通过模拟预处理电路进行放大、滤波、经过模拟数字转换器电路转换到数字域。数字化后的信号可通过数字预处理模块进行更精准的数字滤波、整流等处理。其后对信号进行包含了加窗和阈值判断电路等的分段算法。分段后的信号经过相关参数提取算法进行特征参数提取。提取出的特征参数信息通过线性判断分析，例如手势库模糊查寻算法，进行手势甄别，并最终得到最高概率的手势结果。
佩戴在使用者手臂上的检测手势的设备，具有实时检测和识别用户手势的能力，通过将手势映射成相应的控制指令，可以很好的满足这样的需求，这样的的设备方便灵巧，可以让用户有更好的体验。
在技术上，当做某种手势的时候，相应的肌肉会产生微弱的生物电流，通过检测肌肉电流的微弱变化配合运动传感器检测到的加速度数据和角度数据，经过实时数字信号算法处理，可以检测出手臂的运动姿态。一种可行的方案是通过肌电传感器，通过采集、放大特定肌肉上在运动过程中产生的微弱电流，经过实时运算和分析，提取特征参数，实现相应手势的甄别。
这样结合转杆上连接有电位计，转向时，电位计将角度信号发送至控制器，由控制器控制转向电机201运行，驱动电机209停止工作，主转向齿轮203带动转向大齿轮204转动，转向大齿轮204带动驱动轮205旋转。同时，转向大齿轮204带动编码器齿轮206旋转，编码器208可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮205由驱动电机209驱动沿行走方向转动，转向电机201停止工作；所述接近开关07设置在固定架202上；所述转向大齿轮204在接近开关207的正下方处设有一段缺口，接近开关207可通过感应转向大齿轮204上缺口与非缺口的交界处的位置信号，并发送给控制器，再由控制器控制转向电机201进行修正，使驱动轮205保持在前进的方向上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，包括下端分别设有驱动轮和承重轮的车身，车身的前端设置有起重系统，起重装置包括门架，门架的两侧的立柱上设有导轨，导轨上装有升降架，升降架的前侧设置有货叉，所述驱动轮为万向轮，所述车身上还设置有转杆，所述转杆上设置有电位计；
另外还包括固定架、驱动电机、转向电机、编码器、主转向齿轮、转向大齿轮、编码器齿轮和接近开关；所述驱动电机、转向电机和编码器均用螺钉固定在固定架上；所述主转向齿轮和编码器齿轮均与转向大齿轮啮合；所述转向大齿轮套装在驱动电机的电机轴上，所述主转向齿轮套装在转向电机的电机轴上，所述编码器齿轮套装在编码器的编码器中心轴上，所述转向大齿轮同所述驱动轮的支架相连接；
还包括用于检测手势的设备和控制搬运的设备，所述的用于检测手势的设备用于穿戴在使用者的左手或者右手的手腕上，所述的用于检测手势的设备包括肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器、角度传感器、第一无线传输模块、第一主控芯片；所述的控制搬运的设备包括设置在车身上的高速脉冲输出模块、第二无线传输模块、第二主控芯片；所述的肌电传感器EMG_Sensor、运动传感器、角度传感器、第一无线传输模块同第一主控芯片相连接；所述的肌电传感器EMG_Sensor的电极同手腕的皮肤相接触；所述的高速脉冲输出模块和第二无线传输模块同第二主控芯片相连接，所述的高速脉冲输出模块与步进电机驱动器相连，步进电机驱动器与步进电机连接，所述的步进电机的电机轴同转杆相轴连接，所述的电位计也同第二主控芯片相连接，第二主控芯片还同第一变频器、第二变频器和第三变频器相连，所述的第一变频器、第二变频器和第三变频器分别同驱动电机、转向电机和交流电机相连接，所述的驱动轮套接在所述的交流电机的电机轴上；
在车身上还设置有存放电动元件的配件柜，所述配件柜的柜体同顶部罩板经过改进型铰接部件来铰接相连，所述改进型铰接部件含有水平设置的旋动片与纵向设置有同旋动片保持90度夹角并安装在旋动片上的嵌接头组成直角折尺状元件，所述旋动片的下壁面同嵌接头的上壁面各自带有突起的拱状体，所述旋动片的上壁面都设置着若干纵向的玻青铜丝，所述嵌接头前壁面上焊接着同它保持着九十度夹角并设置在玻青铜丝更高位置的阻隔棒，所述旋动片的更高位置带着同它保持着距离安装并焊接于玻青铜丝上的嵌接片，所述嵌接片的前壁上带着水平状洞眼，所述阻隔棒安装在水平状洞眼里，所述阻隔棒下部同水平状洞眼的下部相接，所述阻隔棒的上壁同水平状洞眼的上壁之间保持有距离，所述旋动片也带有突起的拱状体，所述旋动片的后壁面上水平设置着铰接杆；所述顶部罩板上带着同嵌接头相嵌接的嵌接洞，所述配件柜的柜体的一对边壁上各自带有用于铰接的沟路，所述用于铰接的沟路经直角折尺状端面、直角折尺状端面上壁相连的拱状端面环绕而成，所述拱状端面上朝着用于铰接的沟路里突起着拱状突起，所述拱状突起同直角折尺状端面间保持有距离，所述用于铰接的沟路中带有同铰接杆相铰接的铰接孔，所述嵌接头嵌接在中，所述铰接杆设置在铰接孔中并能够旋动。
2.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于所述的玻青铜丝的数量为三个以上。
3.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于所述的嵌接片的底部带着若干同玻青铜丝相结合的玻青铜丝容纳腔，玻青铜丝的局部焊接在玻青铜丝容纳腔中，组成嵌接片相互间保持着距离设置于旋动片更高位置的部件。
4.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于所述的水平状洞眼的水平跨度比阻隔棒的水平跨度要大。
5.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于所述的肌电传感器EMG_Sensor为两路肌电传感器，所述的肌电传感器EMG_Sensor内部集成有依次连接的两级差分放大电路、精密整流电路、二阶滤波电路和模拟数字转换电路，通过两级差分放大电路，将肌肉电路信号进行差分放大，形成放大后的肌肉电流信号，然后通过精密整流电路进行精密整流，接着通过二阶滤波电路进行滤波处理后放大输出电压信号，再由单个信号通道独用的模拟数字转换电路转换成数字信号，转换后的数字信号是一个连续的电压值，连续变化的信号成波动变化，接着就能够通过定义这个信号的特征值为某一对应的手势。
6.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于所述的运动传感器包括航姿参考系统AHRS和惯性测量单元IMU，其内部集合了三轴陀螺仪和三轴加速度计，包含了嵌入式的姿态数据解算单元，通过测量物体运动的轴向角速度和横向纵向的加速度，用卡尔曼滤波算法进行角速度和加速度的数据融合，来判定手臂在空间的运动姿态，即手臂的前、后、左、右、上和下的运动姿态；所述的嵌入式的姿态数据解算单元是根据四元数姿态解算算法来执行的。
7.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于所述的第一无线传输模块为Bluetooth无线传输模块的数据发射端，所述的第二无线传输模块为Bluetooth无线传输模块的数据接收端，所述的第一无线传输模块和第二无线传输模块能够在十米的距离内彼此通信，以此来进行实时的数据传输；所述的第一主控芯片为数字信号处理器、中央处理器CPU、PLC控制器或者专用集成芯片，用来解析提取特征参数，提取出的特征参数信息通过线性判断分析，结合手势库模糊查寻算法，进行手势甄别，并最终得到最高概率的手势结果以实现手势识别，所述的手势库模糊查寻算法为基于动态模糊神经网络的手势识别算法；所述的第一主控芯片为KinetisK60主控芯片；所述的第二主控芯片为AT89C51主控芯片或者PLC控制器。I
8.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车，其特征在于用于检测手势的设备是一个可以佩戴在手腕上的手环，手环内部的电路板集成了肌电传感器EMG_Sensor，运动传感器，角度传感器、第一无线传输模块，第一主控芯片，充电电源模块这样标准电路，主要作用是通过紧贴皮肤表面的两路肌电传感器，检测手臂肌肉运动时产生的肌肉电流，并经过两级差分放大电路，精密整流电路，二阶滤波电路，模拟数字转换电路，以及实时数字信号算法处理，来定义控制搬运的指令；结合运动传感器，依靠陀螺仪和加速度计来检测手臂的空间运动姿态，通过四元数姿态解算法实现对堆垛车的操纵。
9.根据权利要求1所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车的方法，其特征在于，具体如下：
当有手势动作时，通过紧贴皮肤表面的肌电传感器EMG_Sensor的电极，可以采集手指动作时引起的肌肉的电流信号EMG，结合所述的用于检测手势的设备上的运动传感器和角度传感器用来判断手臂在空间的运动方向和转动角度；经过第一主控芯片处理后映射成指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，具体说来如下：
当判断手臂在空间的运动方向是前进的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为前进的指令，把该前进的指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第三变频器让交流电机运行来让驱动轮朝前转动；
当判断手臂在空间的运动方向是后退的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为后退的指令，把该后退的指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第三变频器让交流电机运行来让驱动轮朝后转动；
当判断手臂在空间的运动方向是左转的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为左转的指令，把该左转指令和角度传感器采集到的转动的角度通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片先让转杆按照角度传感器采集到的转动的角度进行转动，电位计将角度信号发送到第二主控芯片，然后就控制第一变频器和第二变频器来控制驱动电机和转向电机运行来让驱动轮左转，也即左转时，电位计将角度信号发送至第二主控芯片，由第二主控芯片控制转向电机运行，驱动电机停止工作，主转向齿轮带动转向大齿轮左转角度信号代表的角度，转向大齿轮带动驱动轮旋转；同时，转向大齿轮带动编码器齿轮旋转，编码器可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮由驱动电机驱动沿行走方向转动，转向电机停止工作；
当判断手臂在空间的运动方向是右转的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为右转的指令，把该右转指令和角度传感器采集到的转动的角度通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片先让转杆按照角度传感器采集到的转动的角度进行转动，电位计将角度信号发送到第二主控芯片，然后就控制第一变频器和第二变频器来控制驱动电机和转向电机运行来让驱动轮右转，也即右转时，电位计将角度信号发送至第二主控芯片，由第二主控芯片控制转向电机运行，驱动电机停止工作，主转向齿轮带动转向大齿轮右转角度信号代表的角度，转向大齿轮带动驱动轮旋转；同时，转向大齿轮带动编码器齿轮旋转，编码器可搜集车辆的转向数据并反馈给控制器，再由控制器进行控制修正行走时，所述驱动轮由驱动电机驱动沿行走方向转动，转向电机停止工作；
当判断手臂在空间的运动方向是上升的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为刹车的指令，把该刹车指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第一变频器、第二变频器和第三变频器来控制驱动电机、转向电机和交流电机来停止运行来让驱动轮停止转动；
当判断手臂在空间的运动方向是下降的手势，经过第一主控芯片处理后映射成的指令为启动的指令，把该启动指令通过第一无线传输模块传输到控制搬运的设备的第二无线传输模块上，第二主控芯片就控制第一变频器、第二变频器和第三变频器来处于变频器就绪状态。
10.根据权利要求9所述的基于肌电流和运动传感器的手势控制的搬运堆垛车的方法，其特征在于所述接近开关7设置在固定架上；所述转向大齿轮在接近开关的正下方处设有一段缺口，接近开关可通过感应转向大齿轮上缺口与非缺口的交界处的位置信号，并发送给控制器，再由控制器控制转向电机进行修正，使驱动轮保持在前进的方向上。
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Denomination of invention: Hand gesture controlled handling and stacking vehicle based on muscle current and motion sensor and its method Effective date of registration: 20220125 Granted publication date: 20180216 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Jingshan sub branch Pledgor: HUBEI MAIHUI JINMAO MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980001101 |