CN108214482A - 非接触式的手势教导机器人 - Google Patents

Abstract

一种非接触式的手势教导机器人，包含一个移动单元、一个感测单元，及一个控制单元，该移动单元包括一个驱动模组，及一个受该驱动模组连动而能够沿相互垂直的一个第一方向、一个第二方向及一个第三方向移动的法兰，该感测单元设置于该法兰并以非接触的方式朝向一个感测区感测该使用者的手部，该感测区是沿一条平行该第三方向的轴线与该感测单元间隔一个最小量测距离，该控制单元电连接该驱动模组及该感测单元，且内置一个手部特征数据库及一个动作指令数据库，并于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该手部特征数据库内的数据时，驱使该驱动模组执行该动作指令数据库中相对应该手部动作的动作指令。

Description

非接触式的手势教导机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，特别是涉及一种非接触式的手势教导机器人。

背景技术

现有的一个机器手臂在操作时，必须要先将欲进行加工的一个加工路径程序写入控制流程中，才能达到以该机器手臂对一个待加工件进行加工的效果。

然而，当该待加工件是处于需要被不断调整加工路径的状态时，例如是尚未决定出该待加工件的最终外型的试验过程中，由于不断地更新该加工路径程序会非常花费时间，因此需要发展能够随时依使用者的需求而调整该机器手臂的动作的技术。

因此，中国专利编号CN103921265A揭示了一种示教机器人，是通过以影像判断一个手持摇控器的位置，而驱使该示教机器人移动，然而，由于使用者必须拿着该手持摇控器进行操作，在使用上非常不方便。

发明内容

本发明的目的是在提供一种非接触式的手势教导机器人。

本发明非接触式的手势教导机器人，用来感测一个使用者的手部动作，该非接触式的手势教导机器人包含一个基座单元、一个移动单元、一个感测单元，及一个控制单元。

该移动单元包括一个设置于该基座单元的驱动模组，及一个连接并受该驱动模组连动而能够沿相互垂直的一个第一方向、一个第二方向及一个第三方向移动的法兰，该感测单元设置于该法兰并以非接触的方式朝向一个感测区感测该使用者的手部，该感测区是沿一条平行该第三方向的轴线与该感测单元间隔一个最小量测距离，该控制单元电连接该驱动模组及该感测单元，且内置一个手部特征数据库，及一个对应该手部特征数据库的动作指令数据库，并于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该手部特征数据库内的数据时，驱使该驱动模组执行该动作指令数据库中相对应该手部动作的动作指令。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该手部特征数据库包括一个第一手势特征数据，该动作指令数据库包括一个驱使该驱动模组连动使该法兰跟随该使用者的手而移动的跟随动作指令，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第一手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该跟随动作指令，以使该法兰跟随该使用者的手而移动。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该手部特征数据库包括一个第二手势特征数据、一个第三手势特征数据，及一个第四手势特征数据，该动作指令数据库包括一个驱使该驱动模组连动使该法兰沿该第一方向微时动的第一时动指令、一个驱使该驱动模组连动使该法兰沿该第二方向微时动的第二时动指令，及一个驱使该驱动模组连动使该法兰沿该第三方向微时动的第三时动指令，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第二手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该第一时动指令，以使该法兰沿该第一方向移动一个第一时动距离，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第三手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该第二时动指令，以使该法兰沿该第二方向移动一个第二时动距离，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第四手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该第三时动指令，以使该法兰沿该第三方向移动一个第三时动距离。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该第一时动距离是能够调整地介于1～10毫米间，该第二时动距离是能够调整地介于1～10毫米间，该第三时动距离是能够调整地介于1～10毫米间。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该感测区是介于该最小量测距离及一个沿该轴线与该感测单元间隔的最大量测距离间，该最小量测距离为10厘米，该最大量测距离为20厘米。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该感测单元包括一个用来感测该使用者的手部是否位于该感测区的红外线感测模组，及一个用来朝该感测区拍摄影像的摄像模组。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，还包含一个电连接该控制单元并能够依该非接触式的手势教导机器人的不同状态而显示不同颜色的光的光源显示单元，及一个能够受该控制单元的控制而动作的末端效应器，该感测单元还包括一个供该光源显示单元及该末端效应器设置的转接板，及一个设置于该转接板并供该红外线感测模组及该摄像模组设置的托架，该转接板具有一个设置于该法兰的安装面，及一个相反该安装面的工作面。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该转接板的该工作面与该第三方向垂直。

本发明所述非接触式的手势教导机器人，该转接板还包括一个连接该安装面及该工作面的围绕面，该光源显示单元具有多个设置于该围绕面的发光二极管。

本发明的有益效果在于：通过该驱动模组、该感测单元及该控制单元的设置，使该驱动模组能根据该使用者的手部动作来执行相对应该手部动作的动作指令，而能达到以非接触的方式来控制该非接触式的手势教导机器人的动作。

附图说明

图1是本发明非接触式的手势教导机器人的一个实施例的一个立体组合图；

图2是该实施例的一个系统方块图；

图3是该实施例的一个使用示意图；

图4是该实施例于另一个视角的一个局部立体分解图；

图5是该实施例的一个感测单元及一个光源显示单元的一个立体图；

图6是该实施例的另一个使用示意图；

图7是该实施例的一个手部特征数据库内所储存的一个手部动作的影像数据；

图8是该实施例的该手部特征数据库内所储存的另一个手部动作的影像数据；

图9是该实施例的该手部特征数据库内所储存的另一个手部动作的影像数据；

图10是该实施例的该手部特征数据库内所储存的另一个手部动作的影像数据；

图11是该实施例的该手部特征数据库内所储存的另一个手部动作的影像数据。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1、2、3，本发明非接触式的手势教导机器人的一个实施例，用来感测一个使用者9的手部动作，该非接触式的手势教导机器人包含一个基座单元2、一个移动单元3、一个感测单元4、一个光源显示单元5、一个控制单元6，及一个末端效应器7。

该移动单元3包括一个设置于该基座单元2的驱动模组31，及一个连接并受该驱动模组31连动而能够沿相互垂直的一个第一方向X、一个第二方向Y及一个第三方向Z移动的法兰32。在本实施例中，该驱动模组31为多个驱动该移动单元3的各活动关节的马达，其中，该移动单元3为一个六轴机器手臂，也能够是其他形式的机器手臂。

参阅图3、4、5，该感测单元4设置于该法兰32并以非接触的方式朝向一个感测区41感测该使用者9的手部，且包括一个用来感测该使用者9的手部是否位于该感测区41的红外线感测模组42、一个用来朝该感测区41拍摄影像的摄像模组43、一个供该光源显示单元5及该末端效应器7设置的转接板44，及一个设置于该转接板44并供该红外线感测模组42及该摄像模组43设置的托架45。于本实施例中，该摄像模组43使用一组镜头来拍摄影像，能够理解的是，当要拍摄三维影像时，该摄像模组43也能够使用多组镜头来拍摄影像。

参阅图3、4、6，该感测区41是沿一条平行该第三方向Z的轴线L与该感测单元4间隔一个最小量测距离D1，且介于该最小量测距离D1及一个沿该轴线L与该感测单元4间隔的最大量测距离D2间。于本实施例中，该最小量测距离D1为10厘米，该最大量测距离D2为20厘米。

参阅图3、4、5，该转接板44具有一个设置于该法兰32的安装面441、一个相反该安装面441的工作面442，及一个连接该安装面441及该工作面442的围绕面443。于本实施例中，该转接板44是以螺丝锁固的方式连接该法兰32，该转接板44的该安装面441与该工作面442相互平行，且与该第三方向Z垂直，该托架45是设置于该围绕面443。

该光源显示单元5设置于该转接板44并电连接该控制单元6，且具有多个设置于该围绕面443的发光二极管51，并能够依该非接触式的手势教导机器人的不同状态而显示不同颜色的光。

参阅图2、3、5，该控制单元6电连接该驱动模组31、该感测单元4及该光源显示单元5，且内置一个手部特征数据库61，及一个对应该手部特征数据库61的动作指令数据库62，并于该感测单元4感测到该使用者9的手部位于该感测区41且手部动作符合该手部特征数据库61内的数据时，驱使该驱动模组31执行该动作指令数据库62中相对应该手部动作的动作指令。

该手部特征数据库61包括一个第一手势特征数据611、一个第二手势特征数据612、一个第三手势特征数据613，及一个第四手势特征数据614。于本实施例中，该第一手势特征数据611、该第二手势特征数据612、该第三手势特征数据613，及该第四手势特征数据614皆为手部动作的影像数据。

该动作指令数据库62包括一个驱使该驱动模组31连动使该法兰32跟随该使用者的手而移动的跟随动作指令621、一个驱使该驱动模组31连动使该法兰32沿该第一方向X微吋动的第一时动指令622、一个驱使该驱动模组31连动使该法兰32沿该第二方向Y微吋动的第二吋动指令623，及一个驱使该驱动模组31连动使该法兰32沿该第三方向Z微吋动的第三吋动指令624。

该末端效应器7设置于该转接板44的该工作面442，并能够受该控制单元6的控制而动作。于本实施例中，该末端效应器7是一种能够开合的夹爪，以螺丝锁固的方式连接该转接板44，用于夹持一个待加工件(图未示)或一个加工刀具(图未示)，此外，该末端效应器7也能够是一种吸盘或顶出机构。值得一提的是，该第一方向X、该第二方向Y及该第三方向Z也能够为供使用者设定且适用于该末端效应器7的自定义座标系。

参阅图2、3、6，使用时，是以该感测单元4持续对该感测区41进行感测。

当该控制单元6于该感测单元4感测到该使用者9的手部位于该感测区41且手部动作符合该第一手势特征数据611时，驱使该驱动模组31执行该跟随动作指令621，以使该法兰32跟随该使用者9的手而移动。

当该控制单元6于该感测单元4感测到该使用者9的手部位于该感测区41且手部动作符合该第二手势特征数据612时，驱使该驱动模组31执行该第一吋动指令622，以使该法兰32沿该第一方向X移动一个第一吋动距离。于本实施例中，该第一吋动距离是能够调整地介于1～10毫米间。

当该控制单元6于该感测单元4感测到该使用者9的手部位于该感测区41且手部动作符合该第三手势特征数据613时，驱使该驱动模组31执行该第二吋动指令623，以使该法兰32沿该第二方向Y移动一个第二吋动距离。于本实施例中，该第二吋动距离是能够调整地介于1～10毫米间。

当该控制单元6于该感测单元4感测到该使用者9的手部位于该感测区41且手部动作符合该第四手势特征数据614时，驱使该驱动模组31执行该第三吋动指令624，以使该法兰32沿该第三方向Z移动一个第三吋动距离。于本实施例中，该第三吋动距离是能够调整地介于1～10毫米间。

举例来说，该第一手势特征数据611、该第二手势特征数据612、该第三手势特征数据613，及该第四手势特征数据614能够例如为图7～11所示的不同手部动作的影像数据，该控制单元6以该红外线感测模组42感测到该使用者9的手部位于该感测区41时，接着以该摄像模组43对位于该感测区41内的该使用者9的手部拍摄影像，并判断该使用者9的手部符合其中一个手势特征数据后，驱使该驱动模组31执行相对应的指令。

当执行该跟随动作指令621时，该控制单元6会根据该使用者9的手部接下来在该感测区41内的移动距离及方向，驱使该驱动模组31带动使该法兰32、该转接板44及该末端效应器7以相同的移动距离及方向进行移动，进而进行加工，由于不需额外的控制器，因此能够避免人体接触控制器所产生的静电对加工时产生不良影响。于本实施例中，该控制单元6是在该使用者9的手部移动大于一个预设距离后且该使用者9的手部停止一个预设时间后，才驱使该驱动模组31运作，该预设距离例如是5厘米，该预设时间例如是1秒钟，如此就能避免该使用者9的手部因不慎晃动而造成误动作。

而当执行该第一时动指令622、该第二时动指令623或该第三时动指令624时，该控制单元6会根据该使用者9的手部接下来在该感测区41内的不同动作而驱使该法兰32、该转接板44及该末端效应器7沿着相对应的方向进行时动，例如是以两手指分开或贴靠的差异作为驱使该法兰32、该转接板44及该末端效应器7沿着相对应的方向前进或后退，由于手指的操作较为灵敏，因此能够大幅提高加工效率。

参阅图2、3、5，于本实施例中，所述发光二极管51是受该控制单元6的控制而依该非接触式的手势教导机器人的不同状态而显示不同颜色的光，例如是当该手势教导机器人处于正常停止状态时，该控制单元6控制使所述发光二极管51发出常亮的绿色灯号，当该手势教导机器人处于正常移动状态时，该控制单元6控制使所述发光二极管51发出闪烁的绿色灯号，当该手势教导机器人有错误讯息发生时，该控制单元6控制使所述发光二极管51发出闪烁的红色灯号，此时该控制单元6会控制使该驱动模组31停止运作，当该手势教导机器人在执行该跟随动作指令621且在记录该使用者9的手部接下来在该感测区41内的移动距离及方向时，该控制单元6控制使所述发光二极管51发出闪烁的蓝色灯号，当该手势教导机器人在执行该跟随动作指令621且根据记录进行移动时，该控制单元6控制使所述发光二极管51发出常亮的蓝色灯号，如此该使用者9就能轻易地根据所述发光二极管51的发光状态及颜色得知目前该手势教导机器人的使用状况。

要说明的是，该手势教导机器人除了是如本实施例中所公开的外型，也能够是任何形式的加工机械臂，例如六轴机械臂、平行机械臂等等，而能达到相同的有益效果。

另外，能够理解的是，在判断该使用者9的手部动作时，除了是以固定的手部动作进行判断外，也能够是以某一个特定手部动作转换成另一个特定手部动作的方式进行判断，而能够达到相同的有益效果。

由于本发明能够确保当该使用者9的手部在该感测区41内才进行运作，因此能够确保使用时的安全性，且通过该感测单元4以非接触的方式导引该末端效应器7移动及开合，而能避免手持摇控器可能造成的静电干扰，所以本发明还能进一步应用于无尘无静电要求的环境，此外，由于该转接板44的该工作面442是与该第三方向Z垂直，因此使该末端效应器7在移动时是与该使用者9的手部的移动同方向，让该使用者9能够直觉地进行控制，使用上非常便利。

综上所述，通过该驱动模组31、该感测单元4及该控制单元6的设置，使该驱动模组31能根据该使用者9的手部动作来执行相对应该手部动作的动作指令，而能达到以非接触的方式来控制该非接触式的手势教导机器人的动作，所以确实能达成本发明的目的。

Claims (9)

1.一种非接触式的手势教导机器人，用来感测一个使用者的手部动作，包含一个基座单元，及一个移动单元，该移动单元包括一个设置于该基座单元的驱动模组，其特征在于：该非接触式的手势教导机器人还包含一个感测单元，及一个控制单元，该移动单元还包括一个连接并受该驱动模组连动而能够沿相互垂直的一个第一方向、一个第二方向及一个第三方向移动的法兰，该感测单元设置于该法兰并以非接触的方式朝向一个感测区感测该使用者的手部，该感测区是沿一条平行该第三方向的轴线与该感测单元间隔一个最小量测距离，该控制单元电连接该驱动模组及该感测单元，且内置一个手部特征数据库，及一个对应该手部特征数据库的动作指令数据库，并于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该手部特征数据库内的数据时，驱使该驱动模组执行该动作指令数据库中相对应该手部动作的动作指令。

2.根据权利要求1所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该手部特征数据库包括一个第一手势特征数据，该动作指令数据库包括一个驱使该驱动模组连动使该法兰跟随该使用者的手而移动的跟随动作指令，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第一手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该跟随动作指令，以使该法兰跟随该使用者的手而移动。

3.根据权利要求1所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该手部特征数据库包括一个第二手势特征数据、一个第三手势特征数据，及一个第四手势特征数据，该动作指令数据库包括一个驱使该驱动模组连动使该法兰沿该第一方向微吋动的第一吋动指令、一个驱使该驱动模组连动使该法兰沿该第二方向微吋动的第二吋动指令，及一个驱使该驱动模组连动使该法兰沿该第三方向微吋动的第三吋动指令，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第二手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该第一吋动指令，以使该法兰沿该第一方向移动一个第一吋动距离，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第三手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该第二吋动指令，以使该法兰沿该第二方向移动一个第二吋动距离，该控制单元于该感测单元感测到该使用者的手部位于该感测区且手部动作符合该第四手势特征数据时，驱使该驱动模组执行该第三吋动指令，以使该法兰沿该第三方向移动一个第三吋动距离。

4.根据权利要求3所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该第一吋动距离是能够调整地介于1～10毫米间，该第二吋动距离是能够调整地介于1～10毫米间，该第三吋动距离是能够调整地介于1～10毫米间。

5.根据权利要求1所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该感测区是介于该最小量测距离及一个沿该轴线与该感测单元间隔的最大量测距离间，该最小量测距离为10厘米，该最大量测距离为20厘米。

6.根据权利要求1所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该感测单元包括一个用来感测该使用者的手部是否位于该感测区的红外线感测模组，及一个用来朝该感测区拍摄影像的摄像模组。

7.根据权利要求6所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该非接触式的手势教导机器人还包含一个电连接该控制单元并能够依该非接触式的手势教导机器人的不同状态而显示不同颜色的光的光源显示单元，及一个能够受该控制单元的控制而动作的末端效应器，该感测单元还包括一个供该光源显示单元及该末端效应器设置的转接板，及一个设置于该转接板并供该红外线感测模组及该摄像模组设置的托架，该转接板具有一个设置于该法兰的安装面，及一个相反该安装面的工作面。

8.根据权利要求7所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该转接板的该工作面与该第三方向垂直。

9.根据权利要求7所述的非接触式的手势教导机器人，其特征在于：该转接板还包括一个连接该安装面及该工作面的围绕面，该光源显示单元具有多个设置于该围绕面的发光二极管。