CN111823250B - 一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，可解决现有的理发机采用一把剃具进行理发，理发效率较低的技术问题。包括在理发座位的两边各设置一个机械臂，第一机械臂和第二机械臂；机械臂通过驱动模块与控制中心模块通讯连接，机械臂上设置理发工具卡爪，两个理发工具卡爪上分别设置双目摄像头；双目摄像头与控制中心模块通讯连接；第一机械臂上的理发工具卡爪上设置剃具；第二机械臂上的理发工具卡爪上设置梳子；第二机械臂的下方设置剃具库；还包括上位机与控制中心模块通讯连接；还包括接发器可替代剃具或梳子的位置；本发明能够实现接发、剪发等功能，并在一定程度上提高了使用安全系数，同时便于自助服务，节省人力，提高效率。

Description

一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人。

背景技术

理发师需要经过多年的培训锻炼才能独立进行理发，而理发的质量和效果也参差不齐。随着中国工业化的进程，人民生活水平的提高，人们对自己的仪表更加重视，理发的频率和对理发质量的要求越来越高，然而高级理发师不但数量较少而且价格昂贵。然而，现有的头盔式理发机器人，通过仿形人的头型来理发，导致能够完成的发型单一，且存在一定的安全隐患。因此，设计一款能够独立进行发型设计并迅速成型的理发机器人的迫切性日益凸显。

现有的一些头盔式、静电理发机都需要人完全静坐在座椅上(人的头部动作可能会引起皮肉外伤)，采用一把剃具进行理发，这样容易引起人的紧张，理发效率也较为较低，且能够完成的发型较为单一。另外，传统的理发机只有剪发(去材)，没有接发(增材)的功能。

发明内容

本发明提出的一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，可解决现有的理发机基本是采用一把剃具进行理发，容易引起人的紧张，理发效率也较为较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，包括：

基于摄像头、控制中心模块及机械臂，包括在理发座位的两边各设置一个机械臂，第一机械臂和第二机械臂；

机械臂通过驱动模块与控制中心模块通讯连接，机械臂上设置理发工具卡爪，所述两个理发工具卡爪上分别设置双目摄像头，所述双目摄像头朝向理发座位；所述双目摄像头与控制中心模块通讯连接；

所述第一机械臂上的理发工具卡爪上设置剃具；

所述第二机械臂上的理发工具卡爪上设置梳子；

所述第二机械臂的下方设置剃具库；

还包括上位机，上位机与控制中心模块通讯连接；

还包括接发器，所述接发器可替代剃具或梳子的位置；

其中，

两个机械手上的双目视觉摄像头，也即四个摄像头同时三维立体扫描待理发者的头型，在通过机械手的触动，扫描建立头骨形态，根据待理发者的头骨形态和现有头发，在发型库中自动匹配发型，由待理发者在上位机上选择自动匹配的发型，如果待理发者对自动匹配的发型都不满意，待理发者可自行选择自己喜欢的发型；

控制中心模块对比待理发者的选定发型和现有发型，规划理发工艺路线，同时判断需要接发操作，如果需要接发，收集被剪掉的头发，机械手操作接发器进行接发操作，完成接发后，选择对应的理发刀具，理发，直至发型完成，再由两个机械手上的双目视觉摄像头将完成的发型扫描，加入发型库，不断丰富发型库，如果客户对已完成发型不满意，重新开始整个流程，直至客户满意为止。

进一步的，所述接发器包括壳体，所述壳体内部设置电机、叶片、高速常开电磁阀和气流通道；

所述电机的主轴与叶片中心孔过盈连接，电机固定到壳体上，电机转动带动叶片旋转，产生气流，气流经气流通道流动；

所述气流通道的出口通过加速通道与高速常开电磁阀连通，所述气流通道的出口到加速通道再到高速常开电磁阀在一条直线上；

所述壳体的顶部沿竖直方向设置头发吸入孔，所述头发吸入孔与加速通道交叉连通，连通处为通道岔口；

高速常开电磁阀不动作时，通道岔口处产生相对负压，从头发吸入孔沿孔径处将头发吸入；

还包括接发胶水桶，接发胶水桶设置在机械臂的下方，接发胶水桶内安装有胶水喷雾装置；

拾取头发后，机械臂操作接发器在接发胶水桶中接收喷涂胶液，在双目摄像头的引导下，将拾取的头发送到待接发处，与其粘接。

进一步的，所述气流通道包括第一加速通道和第二加速通道，所述加速通道为第三加速通道，所述第一加速通道的直径大于第二加速通道的直径，所述第二加速通道的直径大于第三加速通道的直径；

叶片吹出的风通过第一加速通道、第二加速通道、第三加速通道后，速度逐渐增加，通道岔口处产生的负压，拾取头发。

进一步的，所述高速常开电磁阀包括定铁、动铁、回位弹簧和阀芯；

定铁、动铁及电磁线圈按对应位置设置好，定铁与壳体为过盈连接；电磁线圈与壳体固定；

阀芯一端与动铁紧挨着设置，阀芯另一端与出气通道对接，阀芯与出气通道之间设置回位弹簧，动铁靠近壳体的一端设置端盖，端盖与壳体固定，端盖依次压着动铁、阀芯及回位弹簧；

动铁与定铁均为软磁体，电磁线圈通电后，产生磁场，在电磁场作用下，动铁和定铁被磁化，产生相互作用的吸引力，动铁推动阀芯向右运动，这时阀芯将出气通道关闭，此时通道岔口处的负压消失，将拾取得长度不合适的头发处处吹出，重新拾取合适长度的头发。

进一步的，所述壳体设置电机安装孔和高速常开电磁阀安装孔。

进一步的，所述通道岔口包括过渡孔；

所述过渡孔用于连通头发吸入孔和加速通道；

所述过渡孔的直径小于正常成人头发直径。

进一步的，所述理发工具卡爪包括卡爪座，所述卡爪座沿轴向固定在机械臂的顶部；

卡爪座上安装第一摄像头和第二摄像头；

还包括气缸、卡爪臂及卡爪垫；

所述气缸安装在卡爪座径向孔内，卡爪臂一端固定在气缸上，另一端铰接卡爪垫，气缸推动卡爪臂绕支点转动，卡爪臂带动卡爪垫向梳子靠近，将梳子夹紧。

进一步的，所述卡爪臂、气缸分别包括三个；

三个气缸同时推动卡爪臂，卡爪臂绕中间支点转动，将理发工具夹紧。

进一步的，所述气流通道设置三个堵头，第一堵头、第二堵头和第三堵头。

由上述技术方案可知，本发明的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，基于机器视觉的头型自扫描、发型自匹配、工艺自规划、剃具自换取、刀具随动式理发机器人，该机器人由两个机械手、两个双目视觉摄像头、剃具库(包括接发器)、发型库等组成，该机器人能够实现接发、剪发等功能，解决现有发型单一问题，并在一定程度上提高了使用安全系数。

本发明具备以下有益效果：

(1)拥有剃具库，能够根据理发需求自动换剃具；

(2)将机器视觉引入到机械手，使机械手能反馈、修正所理发型，且双机械手配合工作，效率更高；

(3)该理发机器人能操作接发器，使其具有接发功能，解决了传统的理发机器人不能接发的问题，使自助理发更智能，更方便。

附图说明

图1是本发明的随动式机器人的结构示意图；

图2是本发明的理发机器人工作流程；

图3是本发明的理发工具卡爪结构示意图；

图4是本发明的接发器结构示意图；

图5是本发明的高速常开电磁阀结构示意图；

图6是本发明的接发器壳体结构示意图；

图7是本发明的通道岔口结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，本实施例所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，基于摄像头、控制中心模块及机械臂，包括在理发座位的两边各设置一个机械臂，第一机械臂1和第二机械臂8；

机械臂通过驱动模块与控制中心模块通讯连接，所述两个机械臂都竖直方向设置；机械臂的顶部分别设置理发工具卡爪2，所述两个理发工具卡爪2分别设置双目摄像头3，所述双目摄像头3朝向理发座位；所述双目摄像头3与控制中心模块通讯连接；

所述第一机械臂1上的理发工具卡爪2朝向理发座位的端部设置剃具4；

所述第二机械臂8上的理发工具卡爪2朝向理发座位的端部设置梳子6；

机械臂有多个自由度，所以任意伸展到指定位置；

所述第二机械臂8的下方设置剃具库9，方便机械臂调换剃具；

还包括上位机，上位机与控制中心模块通讯连接；

还包括接发器，所述接发器可替代剃具4或梳子6的位置；

其中，

两个机械手上的双目视觉摄像头，也即四个摄像头同时三维立体扫描待理发者的头型，在通过机械手的触动，扫描建立头骨形态，根据待理发者的头骨形态和现有头发，在发型库中自动匹配发型，由待理发者在上位机上选择自动匹配的发型，如果待理发者对自动匹配的发型都不满意，待理发者可通过上位机自行选择自己喜欢的发型；

控制中心模块对比待理发者的选定发型和现有发型，并理发工艺路线规划，同时判断需要接发操作，如果需要接发，收集被剪掉的头发(待理发者自己的头发，若发量欠缺也可以是他人的头发)，机械手操作接发器进行接发操作，完成接发后，选择对应的理发刀具(根据需要由机械手在刀具库中适时取换刀具)，理发，直至发型完成，在由两个机械手上的双目视觉摄像头将完成的发型扫描，加入发型库，不断丰富发型库，如果客户对已完成发型不满意，重新开始整个流程，直至客户满意为止。

以下分别具体说明：

如图3所示，所述理发工具卡爪2包括卡爪座22，所述卡爪座22横向固定在机械臂的顶部；

卡爪座22上安装第一摄像头21和第二摄像头24；

还包括气缸23、卡爪臂25及卡爪垫26；

所述气缸23安装在卡爪座22径向孔内，卡爪臂25一端固定在气缸23上，另一端铰接卡爪垫26，卡爪臂25和卡爪垫铰接，从而保证卡爪垫26与理发工具轴向平行，夹紧更可靠，具体的说，气缸23推动卡爪臂25绕支点转动，卡爪臂25带动卡爪垫26向梳子6靠近，将梳子6夹紧。

所述卡爪臂25、气缸23分别包括三个；

三个气缸23同时推动卡爪臂25，卡爪臂绕中间支点转动，将理发工具夹紧。

如图4所示，所述接发器包括壳体30，所述壳体30内部设置电机37、叶片35、高速常开电磁阀40和气流通道33；

所述电机37的主轴与叶片35中心孔过盈连接，电机37通过内六角螺钉36固定到壳体30上，电机37转动带动叶片35旋转，产生气流，气流经气流通道33流动；

所述气流通道33的出口通过加速通道306与高速常开电磁阀40连通，所述气流通道33的出口到加速通道再到高速常开电磁阀40在一条水平线上，在一条水平线上气流更强；

所述壳体30的顶部沿竖直方向设置头发吸入孔304，所述头发吸入孔304与加速通道交叉连通，连通处为通道岔口305；

高速常开电磁阀40不动作时，通道岔口305处产生相对负压，从头发吸入孔304沿孔径处将头发吸入；

还包括接发胶水桶7，接发胶水桶7设置在机械臂的下方，接发胶水桶7内安装有胶水喷雾装置；

拾取头发后，机械臂操作接发器在接发胶水桶7中接收喷涂胶液，在双目摄像头的引导下，将拾取的头发送到待接发处，与其粘接。

其中，所述气流通道33设置三个堵头，第一堵头31、第二堵头32和第三堵头34。三个堵头是用来堵住工艺孔，主要是为了考虑可加工性而设置工艺孔。

如图6所示，所述气流通道33包括第一加速通道302和第二加速通道307，所述加速通道306为第三加速通道，所述第一加速通道302的直径大于第二加速通道307的直径，所述第二加速通道307的直径大于第三加速通道的直径；

叶片35吹出的风通过第一加速通道302、第二加速通道307、第三加速通道后，速度逐渐增加，通道岔口305处产生一个相对较大的负压，拾取头发。其中，待用头发放置在一个机械臂够得着的器皿里就可以，控制中心模块会控制机械臂拾取。

上述气流通道的负压原理：

根据伯努利方程，气流的动能和压力能之和是守恒的，通过变径管路，让气流的流速不断增加，相当于其动能增加了，相应的压力能就下降，使其在305处的压力小于大气压力，也就形成了相对负压，进而把头发吸入。

如图5所示，所述高速常开电磁阀40包括定铁401、动铁407、回位弹簧402和阀芯403；

定铁401、动铁407及电磁线圈406按对应位置设置好，定铁401与壳体30为过盈连接；电磁线圈406与壳体30固定；其中电磁线圈406与壳体30之间可以是小过盈配合，也可以是间隙配合，因为后面有端盖408压着，进而也可以限制轴向的自由度；电磁线圈406与壳体30直接挨着就行(间隙配合)，因为上面有端盖408通过螺钉409压着，也可以是小过盈配合，最好是间隙配合。

阀芯403一端与动铁407位置对应，阀芯403另一端与出气通道305对接，动铁407靠近壳体30的一端设置端盖408，端盖408与壳体30通过螺钉固定，端盖依次压着动铁407、阀芯403及回位弹簧402，就是接触关系；

动铁407与定铁401均为软磁体，电磁线圈通电后，产生磁场，在电磁场作用下，动铁407和定铁401被磁化，产生相互作用的吸引力，动铁407推动阀芯403向右运动，这时阀芯403将出气通道305关闭，此时通道岔口305处的负压消失，将拾取得长度不合适的头发处304处吹出，重新拾取合适长度的头发。其中，长度不合适的头发，是控制模块通过双目摄像头结合判断长度，进而通过接发器取舍；

所述壳体30设置电机安装孔301和高速常开电磁阀安装孔303，分别用于安装电机37和高速常开电磁阀40；

如图7所示，所述通道岔口305包括出气通道3050和过渡孔3052；

所述出气通道3050为第三加速通道；

所述过渡孔3052用于连通头发吸入孔304和加速通道306；

所述过渡孔3052的直径小于正常成人头发直径。是为了限制头发继续往下运动，一是避免孔堵住；二是以免头发进入到拾发器的内部(吸入到叶片处)，影响其正常工作。

在使用时，客户在上位机上根据提示操作由发型库自动匹配适合自己的或者自行选择自己喜欢的发型，控制模块根据选定发现，规划工艺路线，控制模块结合摄像头拍摄信息，实时运算并控制机械手操作剃具4、梳子6执行理发操作，同时本实施例还可以相应的设置头部固定模块，减少机械手操作误差。同时，客户如果需要接发，剃具库9提前放置有事先收集好的用于接发的头发，在上位机上操作接发请求，控制模块控制机械手操作接发器进行接发操作。

综上所述，本发明实施例的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，可基于机器视觉的头型自扫描、发型自匹配、工艺自规划、剃具自换取、刀具随动式理发机器人。该机器人由两个机械手、两个双目视觉摄像头、剃具库(包括接发器)、发型库等组成。该机器人能够实现接发、剪发等功能，解决现有发型单一问题，并在一定程度上提高了使用安全系数。本发明实施例更智能，便于自助服务，节省人力，提高效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，基于摄像头、控制中心模块及机械臂，其特征在于：包括在理发座位的两边各设置一个机械臂，第一机械臂(1)和第二机械臂(8)；机械臂通过驱动模块与控制中心模块通讯连接，机械臂上设置理发工具卡爪(2)，所述两个理发工具卡爪(2)上分别设置双目摄像头(3)，所述双目摄像头(3)朝向理发座位；所述双目摄像头(3)与控制中心模块通讯连接；所述第一机械臂(1)上的理发工具卡爪(2)上设置剃具(4)；

所述第二机械臂(8)上的理发工具卡爪(2)上设置梳子(6)；

所述第二机械臂(8)的下方设置剃具库(9)；

还包括上位机，上位机与控制中心模块通讯连接；

还包括接发器，所述接发器可替代剃具(4)或梳子(6)的位置；

其中，两个机械手上的双目视觉摄像头，也即四个摄像头同时三维立体扫描待理发者的头型，在通过机械手的触动，扫描建立头骨形态，根据待理发者的头骨形态和现有头发，在发型库中自动匹配发型，由待理发者在上位机上选择自动匹配的发型，如果待理发者对自动匹配的发型都不满意，待理发者可自行选择自己喜欢的发型；

控制中心模块对比待理发者的选定发型和现有发型，规划理发工艺路线，同时判断需要接发操作，如果需要接发，收集被剪掉的头发，机械手操作接发器进行接发操作，完成接发后，选择对应的理发刀具，理发，直至发型完成，再由两个机械手上的双目视觉摄像头将完成的发型扫描，加入发型库，不断丰富发型库，如果客户对已完成发型不满意，重新开始整个流程，直至客户满意为止；

所述接发器包括壳体(30)，所述壳体(30)内部设置电机(37)、叶片(35)、高速常开电磁阀(40)和气流通道(33)；

所述电机(37)的主轴与叶片(35)中心孔过盈连接，电机(37)固定到壳体(30)上，电机(37)转动带动叶片(35)旋转，产生气流，气流经气流通道(33)流动；

所述气流通道(33)的出口通过加速通道(306)与高速常开电磁阀(40)连通，所述气流通道(33)的出口到加速通道(306)再到高速常开电磁阀(40)在一条直线上；所述壳体(30)的顶部沿竖直方向设置头发吸入孔(304)，所述头发吸入孔(304)与加速通道交叉连通，连通处为通道岔口(305)；

高速常开电磁阀(40)不动作时，通道岔口(305)处产生相对负压，从头发吸入孔(304)沿孔径处将头发吸入；

还包括接发胶水桶(7)，接发胶水桶(7)设置在机械臂的下方，接发胶水桶(7)内安装有胶水喷雾装置；

拾取头发后，机械臂操作接发器在接发胶水桶(7)中接收喷涂胶液，在双目摄像头的引导下，将拾取的头发送到待接发处，与其粘接。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述气流通道(33)包括第一加速通道(302)和第二加速通道(307)，所述加速通道(306)为第三加速通道，所述第一加速通道(302)的直径大于第二加速通道(307)的直径，所述第二加速通道(307)的直径大于第三加速通道的直径；

叶片(35)吹出的风通过第一加速通道(302)、第二加速通道(307)、第三加速通道后，速度逐渐增加，通道岔口(305)处产生的负压，拾取头发。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述高速常开电磁阀(40)包括定铁(401)、动铁(407)、回位弹簧(402)和阀芯(403)；

定铁(401)、动铁(407)及电磁线圈(406)按对应位置设置好，定铁(401)与壳体(30)为过盈连接；电磁线圈(406)与壳体(30)固定；

阀芯(403)一端与动铁(407)紧挨着设置，阀芯(403)另一端与出气通道(305)对接，阀芯(403)与出气通道(305)之间设置回位弹簧(402)，动铁(407)靠近壳体(30)的一端设置端盖(408)，端盖(408)与壳体(30)固定，端盖依次压着动铁(407)、阀芯(403)及回位弹簧(402)；

动铁(407)与定铁(401)均为软磁体，电磁线圈通电后，产生磁场，在电磁场作用下，动铁(407)和定铁(401)被磁化，产生相互作用的吸引力，动铁(407)推动阀芯(403)向右运动，这时阀芯(403)将出气通道(305)关闭，此时通道岔口(305)处的负压消失，将拾取得长度不合适的头发处(304)处吹出，重新拾取合适长度的头发。

4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述壳体(30)设置电机安装孔(301)和高速常开电磁阀安装孔(303)。

5.根据权利要求2所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述通道岔口(305)包括过渡孔(3052)；

所述过渡孔(3052)用于连通头发吸入孔(304)和加速通道(306)；

所述过渡孔(3052)的直径小于正常成人头发直径。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述理发工具卡爪(2)包括卡爪座(22)，所述卡爪座(22)沿轴向固定在机械臂的顶部；

卡爪座(22)上安装第一摄像头(21)和第二摄像头(24)；

还包括气缸(23)、卡爪臂(25)及卡爪垫(26)；

所述气缸(23)安装在卡爪座(22)径向孔内，卡爪臂(25)一端固定在气缸(23)上，另一端铰接卡爪垫(26)，气缸(23)推动卡爪臂(25)绕支点转动，卡爪臂(25)带动卡爪垫(26)向

梳子(6)靠近，将梳子(6)夹紧。

7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述卡爪臂(25)、气缸(23)分别包括三个；

三个气缸(23)同时推动卡爪臂(25)，卡爪臂绕中间支点转动，将理发工具夹紧。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的自换刀随动式理发机器人，其特征在于：所述气流通道(33)设置三个堵头，第一堵头(31)、第二堵头(32)和第三堵头(34)。

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