CN116196109B - 基于图像识别的不剃发植发机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于图像识别的不剃发植发机械手，涉及机械手自动化控制技术领域，所述机械手本体还包括辅助连接组件和基于图像识别的目标定位跟踪控制器；所述操作端通过辅助连接组件与五轴机械手的活动端部连接，并在目标定位跟踪控制器的控制下与操作目标位移保持一致，所述目标定位跟踪控制器固定在地面上，拍摄操作目标的画面。本发明采用基于图像识别的目标定位跟踪控制器拍摄操作目标的画面，并根据操作目标的画面特征实时判断其位移，最终控制辅助连接组件驱动操作端位移来快速匹配操作目标的位移，操作端实现自动控制下的位移调整，位移精度高，响应速度快，能大大减少操作目标位移带来的植发效果负面影响。

Description

基于图像识别的不剃发植发机械手

技术领域

本发明涉及机械手自动化控制技术领域，尤其是涉及基于图像识别的不剃发植发机械手。

背景技术

不剃发植发意思就是在后枕部位提取自己健康的毛囊组织，然后经过特殊处理之后再种植到头发比较少的地方，这样就完成了头发种植手术。头发种植手术能够改变头发稀少或者是头发脱落的现象，能够让头发变得更浓密。

目前不剃发植发主要依靠植发机械手来进行毛囊的提取和植入，不管是毛囊的提取还是植入都需要直接在植发人的头部进行作业，在作业时不管进步进行局部麻醉都不可避免的头部发生移动。

目前，植发机械手的操作端与取发或植发部位定位完成后就会进行作业，然而尽管会采取局部麻醉，由于麻醉部位在头部，麻醉的用药剂量较小，且头皮在针头刺激作用下不可避免地会发生轻微甚至较大的位移，由于头部的移动就会导致植发机械手与头部接触的部位定位不够精准产生偏差，这种偏差带来的影响就是取毛囊失败或者植发位置偏差，会对头皮表层造成更多的伤害或者影响植发效果。

发明内容

为了解决不剃发植发机器人的毛囊提取定位及控制问题，本发明提供基于图像识别的不剃发植发机械手。采用如下的技术方案：

基于图像识别的不剃发植发机械手，包括机械手本体，所述机械手本体包括机座、五轴机械手和操作端，所述五轴机械手的底部设置在机座上，所述操作端设置在五轴机械手的活动端部，用于在操作目标上作业，所述机械手本体还包括辅助连接组件和基于图像识别的目标定位跟踪控制器；

所述操作端通过辅助连接组件与五轴机械手的活动端部连接，并在目标定位跟踪控制器的控制下与操作目标位移保持一致，所述目标定位跟踪控制器固定在地面上，拍摄操作目标的画面，并与五轴机械手、辅助连接组件和操作端控制连接。

通过采用上述技术方案，在机械手本体需要对操作目标进行作业时，机座可以通过设置的移动装置移动到操作目标附近，五轴机械手动作，移动活动端部将操作端的端部正对操作目标表面作业区进行植发作业，在作业过程中，如果操作目标自身或者在操作端的刺激下发生移动，虽然这个移动量一般较小，如果操作端不进行匹配移动，那么很可能操作端与之前设定的作业位置发生偏差，影响就是取毛囊植或发位置，会对头皮表层造成更多的伤害或者影响植发效果；

基于此，设置基于图像识别的目标定位跟踪控制器，目标定位跟踪控制器可以拍摄操作目标的画面，并根据操作目标的画面实时判断其位移，最终控制操作端位移来匹配操作目标的位移；

然而操作端发生位移过程中，如果钓调用机械手本体进行匹配，一是机械手本体的精度较低，二是机械手本体采用五个电机配合动作才能实现位移，这个位移的实现延迟较大，效果不理想，因此设定辅助连接组件来对操作端提供匹配操作目标位移的驱动力，使操作端能快速匹配操作目标的位移，减少操作目标位移带来的植发效果影响，尽可能地减少头皮表层在取发植发过程中受到的伤害。

可选的，所述辅助连接组件包括连接壳体、平面位移机构和限位机构，所述连接壳体内设有操作端活动腔体，连接壳体的底部连接安装在五轴机械手的活动端部，并跟随活动端部移动，所述平面位移机构设置在连接壳体内壁处，平面位移机构设有活动滑块，所述目标定位跟踪控制器与平面位移机构控制连接，控制活动滑块的移动位置，所述操作端的底座连接在活动滑块上，并跟随活动滑块移动，所述限位机构设置在操作端活动腔体内壁上，限制操作端侧向的位移不超过限定位置。

通过采用上述技术方案，连接壳体采用矩形铝型材制成，一侧带底，另一侧为开口，底部将整个辅助连接组件连接在五轴机械手的活动端部，并实现跟随活动端部移动，平面位移机构的活动滑块可以在目标定位跟踪控制器的控制下限位机构限定的范围内高精度位移，从而实现操作端高精度的匹配操作目标位移。

可选的，所述平面位移机构是微型十字伺服滑台，目标定位跟踪控制器控制平面位移机构伺服电机的执行动作，驱动活动滑块在边长为50mm的正方形区域内移动。

通过采用上述技术方案，微型十字伺服滑台的执行器是微型伺服电机，可以在目标定位跟踪控制器的控制下驱动活动滑块高精度的位于边长为50mm的正方形区域内移动，响应速度更快。

可选的，所述限位机构包括多个A电磁铁和A电磁铁对应数量的多个B电磁铁，多个A电磁铁分别贴装在操作端的外壳上，且间距相等，多个B电磁铁分别与多个A电磁铁对应设置在操作端活动腔体的内壁上，目标定位跟踪控制器分别控制多个A电磁铁和多个B电磁铁的执行动作。

通过采用上述技术方案，采用相互吸引或者排斥的多个A电磁铁和多个B电磁铁来实现操作端位置的限定，还可以配合平面位移机构的活动滑块更快地将操作端驱动到指定位置并刹车。

可选的，所述目标定位跟踪控制器包括支架、摄像头组件、AI视觉芯片和基于芯片的主控电路板，所述支架架设在操作目标侧面，所述摄像头组件设置在支架上，用于拍摄操作目标的画面，并与AI视觉芯片通信连接，所述AI视觉芯片分析识别操作目标的画面特征，并计算画面特征的位移，AI视觉芯片与主控电路板通信连接，所述主控电路板分别控制五轴机械手、辅助连接组件和操作端的执行动作。

通过采用上述技术方案，采用摄像头组件实时获取操作目标的位置，并通过AI视觉芯片来对操作目标实时画面进行特征识别，并基于特征来简化处理操作目标，就能更加快速地定位操作目标位置，当操作目标发生位移时，AI视觉芯片识别的每一帧画面对比特征位置即可获得位移量，从而主控电路板能更加快速地控制辅助连接组件动作，实现操作端快速匹配操作目标的位移。

可选的，所述摄像头组件包括一组摄像头和补光灯，一组摄像头和补光灯分别安装在支架上，一组摄像头用于拍摄操作目标的画面，并与AI视觉芯片通信连接。

通过采用上述技术方案，具体地采用一组摄像头来分别拍摄操作目标的作业区域，补光灯可以为一组摄像头提供更好的光线，使拍摄的画面更加清晰，便于后续的图像特征识别。

可选的，所述AI视觉芯片分析识别操作目标的画面特征，获得时间T时刻的画面特征记为P，并将P传输给主控电路板，主控电路板基于T时刻的画面特征设置作业电子地图，当操作端进行作业时，T1时刻，若AI视觉芯片分析识别操作目标的画面特征P1，主控电路板计算P1与P基于作业电子地图的位置差，主控电路板根据位置差控制辅助连接组件动作，使操作端与操作目标的位移保持一致。

可选的，画面特征至少包括6个特征点及特征点中心之间的相互位置关系，特征点是尺寸最大的6个完整的毛囊特征。

通过采用上述技术方案，具体的，AI视觉芯片在操作目标的画面特征识别中，设时间T，操作目标的画面特征为P，P包括6个完整的尺寸最大的毛囊特征及其相互位置关系，这个简化处理的画面特征就能代表操作目标，当操作目标发生位移时，必然P也会发生位移，当T1时刻操作目标的画面特征P1，P1与P的位移就代表着操作目标的位移，主控电路板根据位置差控制辅助连接组件动作，使操作端与操作目标的位移保持一致，即可实现快速地进行位移匹配。

可选的，所述目标定位跟踪控制器还包括无线传输模块，所述主控电路板通过无线传输模块分别控制五轴机械手、辅助连接组件和操作端的执行动作。

通过采用上述技术方案，主控电路板与五轴机械手、辅助连接组件和操作端之间的通信可以采用有线连接的方式，控制更加高效，也可以采用无线传输模块实现无线控制，这样会大大减少通信线路的布置。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明提供基于图像识别的不剃发植发机械手，采用基于图像识别的目标定位跟踪控制器拍摄操作目标的画面，并根据操作目标的画面特征实时判断其位移，最终控制辅助连接组件驱动操作端位移来快速匹配操作目标的位移，操作端实现自动控制下的位移调整，位移精度高，响应速度快，能大大减少操作目标位移带来的植发效果负面影响，尽可能地减少头皮表层在取发植发过程中受到的伤害。

附图说明

图1是本发明的电器件连接原理示意图；

图2是本发明结构示意图；

图3是本发明操作端与辅助连接组件连接状态结构示意图；

图4是本发明具体实施例操作目标位移示意图。

附图标记说明：1、机械手本体；11、机座；12、五轴机械手；13、操作端；2、目标定位跟踪控制器；21、支架；22、摄像头组件；221、摄像头；222、补光灯；25、无线传输模块；23、AI视觉芯片；24、主控电路板；31、连接壳体；311、操作端活动腔体；32、平面位移机构；321、活动滑块；33、限位机构；331、A电磁铁；332、B电磁铁。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开基于图像识别的不剃发植发机械手。

参照图1-图4，基于图像识别的不剃发植发机械手，包括机械手本体1，机械手本体1包括机座11、五轴机械手12和操作端13，五轴机械手12的底部设置在机座11上，操作端13设置在五轴机械手12的活动端部，用于在操作目标上作业，机械手本体1还包括辅助连接组件和基于图像识别的目标定位跟踪控制器2；

操作端13通过辅助连接组件与五轴机械手12的活动端部连接，并在目标定位跟踪控制器2的控制下与操作目标位移保持一致，目标定位跟踪控制器2固定在地面上，拍摄操作目标的画面，并与五轴机械手12、辅助连接组件和操作端13控制连接。

在机械手本体1需要对操作目标进行作业时，机座11可以通过设置的移动装置移动到操作目标附近，五轴机械手12动作，移动活动端部将操作端13的端部正对操作目标表面作业区进行植发作业，在作业过程中，如果操作目标自身或者在操作端13的刺激下发生移动，虽然这个移动量一般较小，如果操作端13不进行匹配移动，那么很可能操作端13与之前设定的作业位置发生偏差，影响就是取毛囊植或发位置，会对头皮表层造成更多的伤害或者影响植发效果；

基于此，设置基于图像识别的目标定位跟踪控制器2，目标定位跟踪控制器2可以拍摄操作目标的画面，并根据操作目标的画面实时判断其位移，最终控制操作端13位移来匹配操作目标的位移；

然而操作端13发生位移过程中，如果钓调用机械手本体1进行匹配，一是机械手本体1的精度较低，二是机械手本体1采用五个电机配合动作才能实现位移，这个位移的实现延迟较大，效果不理想，因此设定辅助连接组件来对操作端13提供匹配操作目标位移的驱动力，使操作端13能快速匹配操作目标的位移，减少操作目标位移带来的植发效果影响，尽可能地减少头皮表层在取发植发过程中受到的伤害。

辅助连接组件包括连接壳体31、平面位移机构32和限位机构33，连接壳体31内设有操作端活动腔体311，连接壳体31的底部连接安装在五轴机械手12的活动端部，并跟随活动端部移动，平面位移机构32设置在连接壳体31内壁处，平面位移机构32设有活动滑块321，目标定位跟踪控制器2与平面位移机构32控制连接，控制活动滑块321的移动位置，操作端13的底座连接在活动滑块321上，并跟随活动滑块321移动，限位机构33设置在操作端活动腔体311内壁上，限制操作端13侧向的位移不超过限定位置。

连接壳体31采用矩形铝型材制成，一侧带底，另一侧为开口，底部将整个辅助连接组件连接在五轴机械手12的活动端部，并实现跟随活动端部移动，平面位移机构32的活动滑块321可以在目标定位跟踪控制器2的控制下限位机构33限定的范围内高精度位移，从而实现操作端13高精度的匹配操作目标位移。

平面位移机构32是微型十字伺服滑台，目标定位跟踪控制器2控制平面位移机构32伺服电机的执行动作，驱动活动滑块321在边长为50mm的正方形区域内移动。

微型十字伺服滑台的执行器是微型伺服电机，可以在目标定位跟踪控制器2的控制下驱动活动滑块321高精度的位于边长为50mm的正方形区域内移动，响应速度更快。

限位机构33包括多个A电磁铁331和A电磁铁对应数量的多个B电磁铁332，多个A电磁铁331分别贴装在操作端13的外壳上，且间距相等，多个B电磁铁332分别与多个A电磁铁331对应设置在操作端活动腔体311的内壁上，目标定位跟踪控制器2分别控制多个A电磁铁331和多个B电磁铁332的执行动作。

采用相互吸引或者排斥的多个A电磁铁331和多个B电磁铁332来实现操作端13位置的限定，还可以配合平面位移机构32的活动滑块321更快地将操作端13驱动到指定位置并刹车。

目标定位跟踪控制器2包括支架21、摄像头组件22、AI视觉芯片23和基于芯片的主控电路板24，支架21架设在操作目标侧面，摄像头组件22设置在支架21上，用于拍摄操作目标的画面，并与AI视觉芯片23通信连接，AI视觉芯片23分析识别操作目标的画面特征，并计算画面特征的位移，AI视觉芯片23与主控电路板24通信连接，主控电路板24分别控制五轴机械手12、辅助连接组件和操作端13的执行动作。

采用摄像头组件22实时获取操作目标的位置，并通过AI视觉芯片23来对操作目标实时画面进行特征识别，并基于特征来简化处理操作目标，就能更加快速地定位操作目标位置，当操作目标发生位移时，AI视觉芯片23识别的每一帧画面对比特征位置即可获得位移量，从而主控电路板24能更加快速地控制辅助连接组件动作，实现操作端13快速匹配操作目标的位移。

摄像头组件22包括一组摄像头221和补光灯222，一组摄像头221和补光灯222分别安装在支架21上，一组摄像头221用于拍摄操作目标的画面，并与AI视觉芯片23通信连接。

具体地采用一组摄像头221来分别拍摄操作目标的作业区域，补光灯222可以为一组摄像头221提供更好的光线，使拍摄的画面更加清晰，便于后续的图像特征识别。

述AI视觉芯片23分析识别操作目标的画面特征，获得时间T时刻的画面特征记为P，并将P传输给主控电路板24，主控电路板24基于T时刻的画面特征设置作业电子地图，当操作端13进行作业时，T1时刻，若AI视觉芯片23分析识别操作目标的画面特征P1，主控电路板24计算P1与P基于作业电子地图的位置差，主控电路板24根据位置差控制辅助连接组件动作，使操作端13与操作目标的位移保持一致。

画面特征至少包括6个特征点及特征点中心之间的相互位置关系，特征点是尺寸最大的6个完整的毛囊特征。

具体的，AI视觉芯片23在操作目标的画面特征识别中，设时间T，操作目标的画面特征为P，P包括6个完整的尺寸最大的毛囊特征及其相互位置关系，这个简化处理的画面特征就能代表操作目标，当操作目标发生位移时，必然P也会发生位移，当T1时刻操作目标的画面特征P1，P1与P的位移就代表着操作目标的位移，主控电路板24根据位置差控制辅助连接组件动作，使操作端13与操作目标的位移保持一致，即可实现快速地进行位移匹配。

目标定位跟踪控制器2还包括无线传输模块25，主控电路板24通过无线传输模块25分别控制五轴机械手12、辅助连接组件和操作端13的执行动作。

主控电路板24与五轴机械手12、辅助连接组件和操作端13之间的通信可以采用有线连接的方式，控制更加高效，也可以采用无线传输模块25实现无线控制，这样会大大减少通信线路的布置。

本发明基于图像识别的不剃发植发机械手具体实施原理：

在某不剃发植发场景下，机座11通过设置的移动装置移动到操作目标附近，五轴机械手12动作，移动活动端部将操作端13的端部正对操作目标表面作业区进行植发作业，一组摄像头221来分别拍摄操作目标的作业区域，补光灯222可以为一组摄像头221提供更好的光线，使拍摄的画面更加清晰，一组摄像头221拍摄的画面实时传输给AI视觉芯片23，AI视觉芯片23分析识别操作目标的画面特征，获得时间T时刻的画面特征记为P，并将P传输给主控电路板24，操作目标的画面特征为P，P包括6个完整的尺寸最大的毛囊特征及其相互位置关系，这个简化处理的画面特征就能代表操作目标，当操作目标发生位移时，必然P也会发生位移，当T1时刻操作目标的画面特征P1，P1与P的位移就代表着操作目标的位移；

主控电路板24基于T时刻的画面特征设置作业电子地图，当操作端13进行作业时，T1时刻，AI视觉芯片23分析识别操作目标的画面特征P1，主控电路板24计算P1与P基于作业电子地图的位置差，经过比例换算得到位置差为向左侧横移3.5mm，主控电路板24控制微型十字伺服滑台的微型伺服电机，驱动活动滑块321的时间内向左移动3.5mm，在移动的前0.2秒内，多个A电磁铁331和多个B电磁铁332共同作用使操作端13加速向左移动，在移动的后0.3秒，多个A电磁铁331和多个B电磁铁332共同作用对操作端13减速，最终实现在0.5秒完成操作端13与操作目标的同步移动。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于图像识别的不剃发植发机械手，包括机械手本体（1），所述机械手本体（1）包括机座（11）、五轴机械手（12）和操作端（13），所述五轴机械手（12）的底部设置在机座（11）上，所述操作端（13）设置在五轴机械手（12）的活动端部，用于在操作目标上作业，其特征在于：所述机械手本体（1）还包括辅助连接组件和基于图像识别的目标定位跟踪控制器（2）；

所述操作端（13）通过辅助连接组件与五轴机械手（12）的活动端部连接，并在目标定位跟踪控制器（2）的控制下与操作目标位移保持一致，所述目标定位跟踪控制器（2）固定在地面上，拍摄操作目标的画面，并与五轴机械手（12）、辅助连接组件和操作端（13）控制连接；

所述辅助连接组件包括连接壳体（31）、平面位移机构（32）和限位机构（33），所述连接壳体（31）内设有操作端活动腔体（311），连接壳体（31）的底部连接安装在五轴机械手（12）的活动端部，并跟随活动端部移动，所述平面位移机构（32）设置在连接壳体（31）内壁处，平面位移机构（32）设有活动滑块（321），所述目标定位跟踪控制器（2）与平面位移机构（32）控制连接，控制活动滑块（321）的移动位置，所述操作端（13）的底座连接在活动滑块（321）上，并跟随活动滑块（321）移动，所述限位机构（33）设置在操作端活动腔体（311）内壁上，限制操作端（13）侧向的位移不超过限定位置；

所述平面位移机构（32）是微型十字伺服滑台，目标定位跟踪控制器（2）控制平面位移机构（32）伺服电机的执行动作，驱动活动滑块（321）在边长为50mm的正方形区域内移动；

所述限位机构（33）包括多个A电磁铁（331）和A电磁铁对应数量的多个B电磁铁（332），多个A电磁铁（331）分别贴装在操作端（13）的外壳上，且间距相等，多个B电磁铁（332）分别与多个A电磁铁（331）对应设置在操作端活动腔体（311）的内壁上，目标定位跟踪控制器（2）分别控制多个A电磁铁（331）和多个B电磁铁（332）的执行动作；

所述目标定位跟踪控制器（2）包括支架（21）、摄像头组件（22）、AI视觉芯片（23）和基于芯片的主控电路板（24），所述支架（21）架设在操作目标侧面，所述摄像头组件（22）设置在支架（21）上，用于拍摄操作目标的画面，并与AI视觉芯片（23）通信连接，所述AI视觉芯片（23）分析识别操作目标的画面特征，并计算画面特征的位移，AI视觉芯片（23）与主控电路板（24）通信连接，所述主控电路板（24）分别控制五轴机械手（12）、辅助连接组件和操作端（13）的执行动作；

所述AI视觉芯片（23）分析识别操作目标的画面特征，获得时间T时刻的画面特征记为P，并将P传输给主控电路板（24），主控电路板（24）基于T时刻的画面特征设置作业电子地图，当操作端（13）进行作业时，T1时刻，若AI视觉芯片（23）分析识别操作目标的画面特征P1，主控电路板（24）计算P1与P基于作业电子地图的位置差，主控电路板（24）根据位置差控制辅助连接组件动作，使操作端（13）与操作目标的位移保持一致。

2.根据权利要求1所述的基于图像识别的不剃发植发机械手，其特征在于：所述摄像头组件（22）包括一组摄像头（221）和补光灯（222），一组摄像头（221）和补光灯（222）分别安装在支架（21）上，一组摄像头（221）用于拍摄操作目标的画面，并与AI视觉芯片（23）通信连接。

3.根据权利要求1所述的基于图像识别的不剃发植发机械手，其特征在于：画面特征至少包括6个特征点及特征点中心之间的相互位置关系，特征点是尺寸最大的6个完整的毛囊特征。

4.根据权利要求1所述的基于图像识别的不剃发植发机械手，其特征在于：所述目标定位跟踪控制器（2）还包括无线传输模块（25），所述主控电路板（24）通过无线传输模块（25）分别控制五轴机械手（12）、辅助连接组件和操作端（13）的执行动作。

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