CN109739357B - 机械手的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械手的控制方法及装置。所述机械手的控制装置，包括：弹性手套、检测电极与姿态传感器。弹性手套包括手掌部与手指部；手掌部与手指部相连；检测电极位于手掌部的内表面，用于检测表面肌电信号，以识别用户的手势；姿态传感器位于弹性手套上，用于检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；表面肌电信号与三维运动姿态数据用于控制机械手执行上述的手势与三维运动姿态。根据本发明的实施例，可以精确地检测用户的手势以及用户手部的三维运动姿态，并可以对机械手进行精确的控制。

Description

机械手的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及机械手技术领域，尤其涉及一种机械手的控制方法及装置。
背景技术
相关技术中，机械手已广泛用于工业、智能、医疗等各个领域，在提高人们生活质量等方面发挥了重要的作用，如何提高机械手操作的智能化与良好的人机交互性也成为一个重要的发展方向。现代信号测量与处理技术以及生机电一体化技术的发展，使得通过人体生物信号及其他辅助信号实现人体对机器人直接或间接的控制成为可能。这些技术的发展为机器人的智能操控提供了一条切实可行的途径。
表面肌电信号(SEMG)是一种伴随着人体骨骼肌收缩在皮肤表面产生的微弱生物电信号，不同的表面肌电信号模式可以在一定程度上反映各种人体运动对应的肌肉活动。
相关技术中，可以通过手环采集用户手臂的表面肌电信号来识别用户的手势，但是，通过手环不能够精确识别用户的手势。
发明内容
本发明提供机械手的控制方法及装置，以解决相关技术中的不足。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种机械手的控制装置，包括：
弹性手套，包括手掌部与手指部；所述手掌部与所述手指部相连；
检测电极，位于所述手掌部的内表面，用于检测表面肌电信号，以识别用户的手势；
姿态传感器，位于所述弹性手套上，用于检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；所述表面肌电信号与所述三维运动姿态数据用于控制所述机械手执行所述手势与所述三维运动姿态。
在一个实施例中，所述弹性手套还可包括松紧装置；所述松紧装置位于所述手掌部的手背面，用于根据用户手部的尺寸调整所述弹性手套的尺寸。
在一个实施例中，所述松紧装置可为松紧带。
在一个实施例中，所述检测电极可位于所述手背面的内表面，且与所述松紧装置位置对应。
在一个实施例中，所述弹性手套可为充气手套；所述充气手套包括充气装置与压强检测装置；
所述压强检测装置，用于检测所述充气手套中气体的压强数据；
所述充气装置，用于根据所述压强数据控制充放气，以调整所述充气手套的尺寸。
在一个实施例中，所述机械手的控制装置，还可包括力反馈装置；所述力反馈装置位于所述弹性手套上，用于根据接收到的机械手的受力信息向所述弹性手套施加所述机械手受到的力。
在一个实施例中，所述机械手的控制装置，还可包括通信装置；所述通信装置与所述检测电极、所述姿态传感器、所述力反馈装置分别电连接。
在一个实施例中，所述机械手的控制装置，还可包括指纹传感器；所述指纹传感器位于所述手指部的指腹位置，且位于所述手指部的内表面。
在一个实施例中，所述三维运动姿态数据可包括加速度数据与角速度数据；所述姿态传感器包括加速度计与陀螺仪；
所述加速度计用于检测用户手部的加速度数据；
所述陀螺仪用于检测手部的角速度数据。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种机械手的控制方法，应用于上述的机械手的控制装置，包括：
通过所述检测电极检测表面肌电信号，以识别用户的手势；
通过所述姿态传感器检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；所述表面肌电信号与所述三维运动姿态数据用于控制所述机械手执行所述手势与所述三维运动姿态；
其中，所述手势包括至少两个手势组；所述至少两个手势组分别用于控制对应的至少两个机械手；所述至少两个手势组各自对应的手指互不相同。
根据上述实施例可知，由于弹性手套包括相连的手掌部与手指部，且检测电极位于手掌部的内表面，这样，用户将弹性手套佩戴在手上时，检测电极与用户的手之间可以紧密接触，而且，检测电极与用户手指距离较近，可以通过检测表面肌电信号精确地检测用户的手势。又由于姿态传感器位于弹性手套上，距离与用户手部较近，因此，可以精确地检测用户手部的三维运动姿态。进一步地，根据精确的用户的手势与用户手部的三维运动姿态可以对机械手进行精确的控制。综上所述，本发明实施例，可以精确地检测用户的手势以及用户手部的三维运动姿态，并可以对机械手进行精确的控制。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本发明实施例示出的一种机械手的控制装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例示出的一种机械手的控制装置的结构示意图；
图3是根据本发明实施例示出的一种机械手的控制方法的流程图；
图4是根据本发明实施例示出的另一种机械手的控制方法的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据本发明实施例示出的一种机械手的控制装置1。该机械手的控制装置1包括：弹性手套11、检测电极15以及姿态传感器(未示出)。
如图1所示，弹性手套11包括手掌部12与手指部13。所述手掌部13与所述手指部12相连。检测电极15位于所述手掌部12的内表面，用于检测表面肌电信号，以识别用户的手势。姿态传感器位于所述弹性手套11上，用于检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；所述表面肌电信号与所述三维运动姿态数据用于控制所述机械手执行所述手势与所述三维运动姿态。
在本发明实施例中，由于弹性手套包括相连的手掌部与手指部，且检测电极位于手掌部的内表面，这样，用户将弹性手套佩戴在手上时，检测电极与用户的手之间可以紧密接触，而且，检测电极与用户手指距离较近，可以通过检测表面肌电信号精确地检测用户的手势。又由于姿态传感器位于弹性手套上，距离与用户手部较近，因此，可以精确地检测用户手部的三维运动姿态。进一步地，根据精确的用户的手势与用户手部的三维运动姿态可以对机械手进行精确的控制。综上所述，本发明实施例，可以精确地检测用户的手势以及用户手部的三维运动姿态，并可以对机械手进行精确的控制。
而且，弹性手套具备自动适应收缩功能，能够适应不同的用户，节约了模具成本，还提高了装置的适用性。
在一个实施例中，所述三维运动姿态数据可包括加速度数据与角速度数据。所述姿态传感器可包括加速度计与陀螺仪。所述加速度计用于检测用户手部的加速度数据，以计算用户手部的在三维空间中的线性运动数据，所述陀螺仪用于检测手部的角速度数据，用于计算用户手部的在三维空间中的扭动数据。
如图1所示，在一个实施例中，所述弹性手套11还可包括松紧装置14。所述松紧装置14位于所述手掌部12的手背面，用于根据用户手部的尺寸调整所述弹性手套11的尺寸。这样，可以根据用户的手的尺寸调整弹性手套11的尺寸，使得手掌部12的手背面与用户的手背紧密贴合，有利于提高检测表面肌电信号的精确度，进而，可以精确地检测用户的手势。
如图1所示，在一个实施例中，所述检测电极15可位于所述手背面的内表面，且与所述松紧装置14位置对应。这样，由于手背面上松紧装置14位置比其他位置与用户手背贴合更紧密，因此，更有利于使手掌部12的手背面与用户的手背紧密贴合，进一步提高检测表面肌电信号的精确度，进而，可以进一步精确地检测用户的手势。
在一个实施例中，所述松紧装置14可为松紧带，制作简易，可降低成本。在一个实施例中，检测电极15的数目可以是多个，松紧带的数目可为两个，两个松紧带相互平行，每个松紧带对应的多个检测电极15可沿对应的松紧带均匀分布。这样，更有利于使手掌部12的手背面与用户的手背紧密贴合，进一步提高检测表面肌电信号的精确度，进而，可以进一步精确地检测用户的手势。
在另一个实施例中，所述弹性手套可为充气手套；所述充气手套包括充气装置(未示出)与压强检测装置(未示出)。所述压强检测装置用于检测所述充气手套中气体的压强数据；所述充气装置用于根据所述压强数据控制充放气，以调整所述充气手套的尺寸。例如，弹性手套为夹层结构，夹层结构之间填充有气体。压强检测装置设置于夹层结构中，当压强检测装置检测到气体压强小于预设压强值时，充气装置向夹层结构中填充气体，直至气体压强达到预设压强值。当压强检测装置检测到气体压强大于预设压强值时，充气装置控制夹层结构泄放气体，直至气体压强降低至预设压强值。当夹层结构中的气体压强为预设压强值时，充气手套的尺寸与用户的手的尺寸相匹配，弹性手套14与用户的手之间可紧密接触，这样，可提高检测表面肌电信号的精确度，进而，可以进一步精确地检测用户的手势。
在一个实施例中，机械手的控制装置1还可包括力反馈装置。该力反馈装置可位于所述弹性手套11上，用于根据接收到的机械手的受力信息向所述弹性手套11施加所述机械手受到的力。这样，可以使用户感受到机械手受到的力，以使用户根据机械手受到的力调整手势以及三维运动姿态，进而调整机械手执行的手势以及三维运动姿态，增强了用户操作过程中的交互体验。
在一个实施例中，机械手上安装有扭矩传感器，用于采集机械手的受力信息，并发送至力反馈装置。扭矩传感器可以实时采集机械手的受力信息，并发送至力反馈装置，以使用户及时感受到机械手受到的力，进而使用户及时根据机械手受到的力调整手势以及三维运动姿态，最终及时调整机械手执行的手势以及三维运动姿态。当然，机械手上也可以安装其他传感器，用于采集机械手的受力信息，不限于上述的扭矩传感器。
在一个实施例中，机械手的控制装置1还可包括通信装置。所述通信装置与所述检测电极15、所述姿态传感器、所述力反馈装置分别电连接。通信装置可以将所述检测电极15检测的表面肌电信号、所述姿态传感器检测的用户手部的三维运动姿态数据分别发送给与机械手的控制装置1通信连接的机械手，还可以接收机械手发送过来的机械手的受力信息，并输出至力反馈装置。
在一个实施例中，通信装置可以是蓝牙通信模块、红外通信模块或者无线串口通信模块。
在一个实施例中，机械手的控制装置1可通过计算机与机械手进行通信。在本实施例中，机械手的控制装置1可对检测电极15检测的表面肌电信号、所述姿态传感器检测的三维运动姿态数据进行解析，得到所述手势与所述三维运动姿态的信息，然后，再将所述手势与所述三维运动姿态的信息发送给计算机，以供计算机控制机械手。当然，机械手的控制装置1也可将检测电极15检测的表面肌电信号、所述姿态传感器检测的三维运动姿态数据发送给计算机，由计算机对表面肌电信号、三维运动姿态数据进行解析，得到所述手势与所述三维运动姿态的信息，以供计算机控制机械手。当然，实际应用时不限于上述实施方式。
在另一个实施例中，机械手的控制装置1也可直接与机械手进行通信。在本实施例中，机械手的控制装置1可对检测电极15检测的表面肌电信号、所述姿态传感器检测的三维运动姿态数据进行解析，得到所述手势与所述三维运动姿态的信息，然后，再将所述手势与所述三维运动姿态的信息发送给机械手，以供控制机械手。当然，机械手的控制装置1也可将检测电极15检测的表面肌电信号、所述姿态传感器检测的三维运动姿态数据发送给机械手，由机械手对表面肌电信号、三维运动姿态数据进行解析，得到所述手势与所述三维运动姿态的信息，以供控制机械手。
在一个实施例中，如图2所示，机械手的控制装置1还可包括指纹传感器(未示出)。所述指纹传感器位于所述手指部13的指腹位置16，且位于所述手指部13的内表面。所述指纹传感器用于采集用户的指纹信息，当采集的指纹信息与预存的参考指纹信息相匹配时，启动检测电极与姿态传感器工作，当采集的指纹信息与预存的参考指纹信息匹配失败时，禁止检测电极与姿态传感器工作。
在一个实施例中，当机械手的控制装置1通过计算机与机械手进行通信时，所述指纹传感器可与所述通信装置电连接。所述指纹传感器可以将采集的用户的指纹信息通过通信装置发送给计算机，由计算机对采集的指纹信息与预存的参考指纹信息进行匹配。当匹配成功时，计算机可启动检测电极与姿态传感器工作，当匹配失败时，计算机可禁止检测电极与姿态传感器工作。
在一个实施例中，所述手势可包括至少两个手势组。所述至少两个手势组分别用于控制对应的至少两个机械手；所述至少两个手势组各自对应的手指互不相同。例如，机械手的控制装置中，弹性手套的手指部可包括大拇指、食指、中指、无名指、小拇指等5个手指的指套。机械手的控制装置可分别检测5个手指的动作。其中，大拇指、食指、中指的动作组成一组手势，用于控制机械手1，无名指、小拇指的动作组成另一组手势，用于控制机械手2。这样，可以使用同一机械手的控制装置控制不同的机械手，提高了资源利用率，也有利于解放用户的另一个手。
本发明的实施例还提出了一种机械手的控制方法，应用于上述任一实施例所述的机械手的控制装置。如图3所示，该机械手的控制方法，可包括以下步骤301～302：
在步骤301中，通过所述检测电极检测表面肌电信号，以识别用户的手势。
在步骤302中，通过所述姿态传感器检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；所述表面肌电信号与所述三维运动姿态数据用于控制所述机械手执行所述手势与所述三维运动姿态。
其中，所述手势包括至少两个手势组；所述至少两个手势组分别用于控制对应的至少两个机械手；所述至少两个手势组各自对应的手指互不相同。
本实施例中，由于弹性手套包括相连的手掌部与手指部，且检测电极位于手掌部的内表面，这样，用户将弹性手套佩戴在手上时，检测电极与用户的手之间可以紧密接触，而且，检测电极与用户手指距离较近，可以通过检测表面肌电信号精确地检测用户的手势。又由于姿态传感器位于弹性手套上，距离与用户手部较近，因此，可以精确地检测用户手部的三维运动姿态。进一步地，根据精确的用户的手势与用户手部的三维运动姿态可以对机械手进行精确的控制。综上所述，本发明实施例，可以精确地检测用户的手势以及用户手部的三维运动姿态，并可以对机械手进行精确的控制。
而且，弹性手套具备自动适应收缩功能，能够适应不同的用户，节约了模具成本，提高了装置的适用性。
进一步地，可以使用同一机械手的控制装置控制不同的机械手，提高了资源利用率，也有利于解放用户的另一个手。
在一个实施例中，如图4所示，在步骤301之前，还可包括如下步骤401～402：
在步骤401中，检测指纹信息。在本步骤中，可通过上述的指纹传感器采集用户的指纹信息。
在步骤402中，检测指纹信息是否有效。在本步骤中，可对采集的指纹信息与预存的参考指纹信息进行匹配。当采集的指纹信息与预存的参考指纹信息相匹配时，可启动检测电极与姿态传感器工作，当采集的指纹信息与预存的参考指纹信息匹配失败时，可禁止检测电极与姿态传感器工作。
在一个实施例中，该机械手的控制方法，还可包括：接收机械手的受力信息，并根据接收到的机械手的受力信息向所述弹性手套施加所述机械手受到的力。这样，可以使用户感受到机械手受到的力，以使用户根据机械手受到的力调整手势以及三维运动姿态，进而调整机械手执行的手势以及三维运动姿态，增强了用户操作过程中的交互体验。
需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间唯一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种机械手的控制装置，其特征在于，包括：
弹性手套，包括手掌部与手指部,所述弹性手套具备自动适应收缩功能；所述弹性手套为充气手套，所述弹性手套为夹层结构，夹层结构之间填充有气体；所述手掌部与所述手指部相连；所述充气手套包括充气装置与压强检测装置，所述压强检测装置用于检测所述充气手套中气体的压强数据；所述充气装置用于根据所述压强数据控制充放气，以调整所述充气手套的尺寸，使得所述弹性手套与用户的手之间可紧密接触；
检测电极，位于所述手掌部的内表面，用于检测表面肌电信号，以识别用户的手势；
姿态传感器，位于所述弹性手套上，用于检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；所述表面肌电信号与所述三维运动姿态数据用于控制所述机械手执行所述手势与所述三维运动姿态；
所述机械手的控制装置还包括力反馈装置，所述力反馈装置位于所述弹性手套上，用于根据接收到的机械手的受力信息向所述弹性手套施加所述机械手受到的力，所述机械手上安装有扭矩传感器，用于采集机械手的受力信息，并发送至所述力反馈装置。
2.根据权利要求1所述的机械手的控制装置，其特征在于，所述弹性手套还包括松紧装置；所述松紧装置位于所述手掌部的手背面，用于根据用户手部的尺寸调整所述弹性手套的尺寸。
3.根据权利要求2所述的机械手的控制装置，其特征在于，所述松紧装置为松紧带。
4.根据权利要求2或3所述的机械手的控制装置，其特征在于，所述检测电极位于所述手背面的内表面，且与所述松紧装置位置对应。
5.根据权利要求1所述的机械手的控制装置，其特征在于，还包括通信装置；所述通信装置与所述检测电极、所述姿态传感器、所述力反馈装置分别电连接。
6.根据权利要求1所述的机械手的控制装置，其特征在于，还包括指纹传感器；所述指纹传感器位于所述手指部的指腹位置，且位于所述手指部的内表面。
7.根据权利要求1所述的机械手的控制装置，其特征在于，所述三维运动姿态数据包括加速度数据与角速度数据；所述姿态传感器包括加速度计与陀螺仪；
所述加速度计用于检测用户手部的加速度数据；
所述陀螺仪用于检测手部的角速度数据。
8.一种机械手的控制方法，应用于权利要求1至7任一项所述的机械手的控制装置，其特征在于，包括：
通过所述检测电极检测表面肌电信号，以识别用户的手势；
通过所述姿态传感器检测用户手部的三维运动姿态数据，以识别用户手部的三维运动姿态；所述表面肌电信号与所述三维运动姿态数据用于控制所述机械手执行所述手势与所述三维运动姿态；
其中，所述手势包括至少两个手势组；所述至少两个手势组分别用于控制对应的至少两个机械手；所述至少两个手势组各自对应的手指互不相同。
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