CN105666497A - 一种具有手势学习功能的通用机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有手势学习功能的通用机械臂，包括佩戴在手臂部位的动作捕捉装置、机械臂和控制系统，机械臂具有与手臂各关节分别对应的多个第一机械关节，动作捕捉装置具有多个与第一机械关节分别对应匹配的第二机械关节，每个第二机械关节上分别设有一个与控制系统连接的传感器，动作捕捉装置的动作由传感器转化为数据信号后反馈至控制系统，控制系统读取并记录数据信号，控制系统将数据信号进行处理后发送给机械臂，使机械臂做出与动作捕捉装置相同的动作。本发明，通过安装在动作捕捉装置上的传感器，使控制系统快速控制机械臂做出与人的手臂相同的动作，调节效率相比传统机械臂较高，机械臂的自由度大大提高。

Description

一种具有手势学习功能的通用机械臂

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种具有手势学习功能的通用机械臂。

背景技术

随着科技的发展，机器人技术得到了广泛的应用，例如车间焊接、注塑等领域中应用到的机械臂，现有技术中的机械臂包括一种可以模仿人手动作的多关节机械臂，这种机械臂可以代替人类从事一些高难度高危工作。

但是现有机械臂的调节普遍采取手动输入角度数字、通过滑杆控制以及在3D建模软件中进行调节等方式，需要逐个对关节进行调整，不容易流畅地做出整体动作，故而调节效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有的机械臂调节效率较低，并且机械臂动作自由度较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种具有手势学习功能的通用机械臂，包括佩戴在手臂部位的动作捕捉装置、机械臂和控制系统，所述机械臂具有与手臂各关节分别对应的多个第一机械关节，所述动作捕捉装置具有多个与所述第一机械关节分别对应匹配的第二机械关节，每个所述第二机械关节上分别设有一个与所述控制系统连接的传感器，所述动作捕捉装置的动作由所述传感器转化为数据信号后反馈至所述控制系统，所述控制系统读取并记录所述数据信号，所述控制系统将所述数据信号进行处理后发送给所述机械臂，使所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

在上述方案中，所述控制系统采取同步或异步方式控制所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

在上述方案中，所述控制系统检验所述传感器的数据信号的准确性，然后将数据信号转化为指令代码发送到所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

在上述方案中，所述控制系统将所述传感器的数据信号保存并转化为指令代码，然后将指令代码发送到所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

在上述方案中，所述机械臂具有七个所述第一机械关节，各所述第一机械关节分别与手臂的肩部、肘部和腕部关节的位置对应，所述控制系统控制所述机械臂通过各所述第一机械关节依次实现与手臂相同的肩部转动、上臂的上下抬动、上臂的旋转、肘关节的弯曲、下臂的倾斜以及腕部的左右抬动和翻转等动作。

在上述方案中，所述动作捕捉装置具有七个所述第二机械关节，各所述第二机械关节分别与手臂的肩部、肘部、腕部关节的位置对应，手臂带动所述动作捕捉装置并通过各所述第二机械关节实现肩部转动、上臂的上下抬动、上臂的旋转、肘关节的弯曲、下臂的倾斜以及腕部的左右抬动和翻转等动作。

在上述方案中，所述传感器包括用于测量所述第二机械关节旋转角度的第一传感器和用于测量所述第二机械关节移动距离的第二传感器。

本发明，通过安装在动作捕捉装置上的传感器，使控制系统快速控制机械臂做出与人的手臂相同的动作，调节效率相比传统机械臂较高，同时机械臂设有与人体关节对应的机械关节使得机械臂的自由度大大提高。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做出详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种具有手势学习功能的通用机械臂的原理示意图，包括佩戴在手臂部位的动作捕捉装置1、机械臂2和控制系统6，机械臂2与控制系统6连接，机械臂2具有与手臂各关节分别对应的多个第一机械关节3，动作捕捉装置1具有多个与第一机械关节3分别对应匹配的第二机械关节4，每个第二机械关节4上分别设有一个与所述控制系统6连接的传感器5，传感器5包括用于测量第二机械关节4旋转角度的第一传感器和用于测量第二机械关节4移动距离的第二传感器，动作捕捉装置1的动作由传感器5转化为数据信号后反馈至控制系统6，控制系统6读取并记录数据信号，控制系统将数据信号进行处理后发送给机械臂2，使机械臂2做出与动作捕捉装置1相同的动作。

实际运用中，可以根据用户的不同需求，将控制系统6设计为同步或异步方式控制机械臂2做出与动作捕捉装置1相同的动作，包括以下两种方式：

1)、控制系统6检验传感器3的数据信号的准确性，然后将数据信号转化为指令代码发送到机械臂2做出与动作捕捉装置1相同的动作。

2)、控制系统6将传感器3的数据信号保存并转化为指令代码，然后将指令代码发送到机械臂2做出与动作捕捉装置1相同的动作。

进一步优选地，机械臂2具有七个所述第一机械关节3，各第一机械关节3分别与手臂的肩部、肘部和腕部关节的位置对应，控制系统6控制机械臂2通过各第一机械关节3依次实现与手臂相同的肩部转动、上臂的上下抬动、上臂的旋转、肘关节的弯曲、下臂的倾斜以及腕部的左右抬动和翻转等动作。动作捕捉装置1具有七个第二机械关节4，各第二机械关节4分别与手臂的肩部、肘部、腕部关节的位置对应，手臂带动动作捕捉装置1并通过各第二机械关节4实现肩部转动、上臂的上下抬动、上臂的旋转、肘关节的弯曲、下臂的倾斜以及腕部的左右抬动和翻转等动作。

具体来说，本发明中的动作捕捉装置1与机械臂2分别通过第一机械关节3和第二机械关节4可以模拟人类骨骼结构，实现七个关节的自由运动，包括：

1)、肩部驱动，实现整个手臂的360度旋转；

2)、上臂抬动，上臂与机械臂肩在待命状态时呈90°，而且上臂可在与机械臂肩呈90°的平面内相对机械臂肩进行转动，也就是说根据肩关节不同的角度位置，整个手臂的抬动方向是可控的；

3)、上臂旋转，可实现除肩关节外的手臂的旋转；

4)、肘关节弯曲，可实现肘关节的弯曲运动；

5)、前臂旋转，实现手腕和机械臂2的转动、水平和倾斜操作，使机械臂2的机械手可以实现任意角度倾斜；

6)、腕部的左右动作，此使机械臂2的机械手能小范围的移动，定位更准确，移动更灵活；

7)、腕部的上下移动，实现机械手的翻腕动作。

动作捕捉装置1与机械臂2可实现上述动作协调一致，并与控制主机6连接预生成指令代码完成整个模仿操作，从而使控制主机6控制机械臂2实现如同人手一样的全方位的协调的自由动作。

本发明，通过安装在动作捕捉装置上的传感器，使控制系统快速控制机械臂做出与人的手臂相同的动作，调节效率相比传统机械臂较高，同时机械臂设有与人体关节对应的机械关节使得机械臂的自由度大大提高。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，包括佩戴在手臂部位的动作捕捉装置、机械臂和控制系统，所述机械臂具有与手臂各关节分别对应的多个第一机械关节，所述动作捕捉装置具有多个与所述第一机械关节分别对应匹配的第二机械关节，每个所述第二机械关节上分别设有一个与所述控制系统连接的传感器，所述动作捕捉装置的动作由所述传感器转化为数据信号后反馈至所述控制系统，所述控制系统读取并记录所述数据信号，所述控制系统将所述数据信号进行处理后发送给所述机械臂，使所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

2.如权利要求1所述的具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，所述控制系统采取同步或异步方式控制所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

3.如权利要求2所述的具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，所述控制系统检验所述传感器的数据信号的准确性，然后将数据信号转化为指令代码发送到所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

4.如权利要求2所述的具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，所述控制系统将所述传感器的数据信号保存并转化为指令代码，然后将指令代码发送到所述机械臂做出与所述动作捕捉装置相同的动作。

5.如权利要求1所述的具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，所述机械臂具有七个所述第一机械关节，各所述第一机械关节分别与手臂的肩部、肘部和腕部关节的位置对应，所述控制系统控制所述机械臂通过各所述第一机械关节依次实现与手臂相同的肩部转动、上臂的上下抬动、上臂的旋转、肘关节的弯曲、下臂的倾斜以及腕部的左右抬动和翻转等动作。

6.如权利要求1所述的具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，所述动作捕捉装置具有七个所述第二机械关节，各所述第二机械关节分别与手臂的肩部、肘部、腕部关节的位置对应，手臂带动所述动作捕捉装置并通过各所述第二机械关节实现肩部转动、上臂的上下抬动、上臂的旋转、肘关节的弯曲、下臂的倾斜以及腕部的左右抬动和翻转等动作。

7.如权利要求1所述的具有手势学习功能的通用机械臂，其特征在于，所述传感器包括用于测量所述第二机械关节旋转角度的第一传感器和用于测量所述第二机械关节移动距离的第二传感器。