CN206677966U - 一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统属于职业卫生技术领域，包括主控器、机械臂、传感器组件和限位传感器，所述机械臂包括吸尘罩、机械骨架、机械骨架立杆、伺服电机底座、伺服电机、步进电机、吸尘软管和伺服控制器。本实用新型通过在除尘区域布设传感器组件实现在除尘区域内对人体的立体交叉定位，可自动识别人体目标在除尘区域中的位置，本除尘系统可随着人体的出现和消失而自动打开或关闭；吸尘软管的位置和吸尘罩的方向可随着人体位置的移动而智能改变，从而进行高效、节能和人性化的智能除尘，改变了传统的人工手动改变除尘系统方向的机械除尘的不足，可广泛应用需要改善从业人员工作环境的场所。
Description
技术领域
本实用新型属于职业卫生技术领域，特别是涉及到一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统。
背景技术
在电力行业设备制造企业中，从业人员长期处于较差的空气环境中工作。传统的除尘设备多为简单机械的统一排风管除尘的方式，其吸尘软管和吸尘罩或固定方向，或需要手动调节，不能随着人的移动而改变，除尘效果不好。
因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统用于解决传统的除尘设备不能随着人的移动而改变，除尘效果不好的技术问题。
一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，包括主控器、机械臂、传感器组件和限位传感器，
所述机械臂包括吸尘罩、机械骨架、机械骨架立杆、伺服电机底座、伺服电机、步进电机、吸尘软管和伺服控制器；所述机械骨架的一端与吸尘罩固定连接，机械骨架的另一端通过转动轴Ⅰ与机械骨架立杆连接；所述机械骨架立杆的下部通过转动轴Ⅱ与伺服电机底座连接；所述伺服电机底座与伺服电机连接；所述伺服电机与伺服控制器连接；所述步进电机至少为两个，其中一个步进电机通过传动链条与所述转动轴Ⅰ连接，另一个步进电机通过传动链条与所述转动轴Ⅱ连接；所述吸尘软管的一端与吸尘罩固定连接，吸尘软管的另一端穿过机械骨架立杆的侧壁下部设置的通孔至机械骨架立杆的外部并与吸气泵连接；
所述传感器组件包括热释电红外传感器、测距传感器和光电传感器，传感器组件对其检测区域内的人体定位；
所述限位传感器固定安装在吸尘罩上限定吸尘罩的转动角度；
所述主控器分别与伺服控制器、步进电机、吸气泵、传感器组件以及限位传感器连接，主控器通过伺服控制器和步进电机控制机械臂转向、伸展、定位及防碰撞保护。
所述主控器采用MSP430单片机。
所述测距传感器为雷达传感器。
所述吸尘软管位于机械骨架和机械骨架立杆的内部。
传感器组件的数量为两个以上，其中，至少一个传感器组件固定安装在机械骨架内部并且位于机械骨架与吸尘罩的连接处，其余的传感器组件固定安装在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域内。
传感器组件在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域的侧壁上沿水平方向设置有至少一排，在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域的顶部设置有至少一排。
所述限位传感器的数量至少为两个，限位传感器固定安装在吸尘罩的两侧。
通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：
本实用新型通过在除尘区域布设传感器组件实现在除尘区域内对人体的立体交叉定位，可自动识别人体目标在除尘区域中的位置，本除尘系统可随着人体的出现和消失而自动打开或关闭；吸尘软管的位置和吸尘罩的方向可随着人体位置的移动而智能改变，从而进行高效、节能和人性化的智能除尘，改变了传统的人工手动改变除尘系统方向的机械除尘的不足，可广泛应用需要改善从业人员工作环境的场所。
机械臂为六自由度转动的机械臂，通过伺服电机和步进电机控制转动。主控器根据传感器组件监测的人体目标的位置信息，控制机械臂将吸尘罩移动到距离人体较近的位置，实现了更准确、智能的除尘效果，并保证不会接触到人体，实现了对人的保护。
本实用新型改变了机械臂或机械结构类装置不能智能动作的缺点，通过设计运用单片机芯片的控制系统和伺服控制系统相结合，控制驱动伺服电机、步进电机，将原来单一整体的机械传动变成智能可控的智能动作机械臂单元，结合高效环保节能的除尘设备，以达到智能自动追踪定位目标并且自动除尘工作的目的。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明：
图1为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统的工作流程框图。
图2为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统中传感器组件在垂直方向的探测方向示意图。
图3为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统中传感器组件在水平方向的探测方向示意图。
图4为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统中传感器组件的立体交叉探测示意图。
图5为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统中传感器组件的布局示意图。
图6为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统中传感器组件的布局侧视示意图。
图7为本实用新型一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统中机械臂的结构示意图。
图中1-主控器、2-机械臂、3-传感器组件、4-限位传感器、201-吸尘罩、202-机械骨架、203-机械骨架立杆、204-伺服电机底座、205-伺服电机、206-步进电机、207-吸尘软管。
具体实施方式
如图所示，一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，包括主控器1、机械臂2、传感器组件3和限位传感器4，
所述机械臂2包括吸尘罩201、机械骨架202、机械骨架立杆203、伺服电机底座204、伺服电机205、步进电机206、吸尘软管207和伺服控制器；所述机械骨架202的一端与吸尘罩201固定连接，机械骨架202的另一端通过转动轴Ⅰ与机械骨架立杆203连接；所述机械骨架立杆203的下部通过转动轴Ⅱ与伺服电机底座204连接；所述伺服电机底座204与伺服电机205连接；所述伺服电机205与伺服控制器连接；所述步进电机206的数量为两个，其中一个步进电机206通过传动链条与所述转动轴Ⅰ连接，另一个步进电机206通过传动链条与所述转动轴Ⅱ连接；所述吸尘软管207位于机械骨架202和机械骨架立杆203的内部，吸尘软管207的一端与吸尘罩201固定连接，吸尘软管207的另一端穿过机械骨架立杆203的侧壁下部设置的通孔至机械骨架立杆203的外部并与吸气泵连接；
所述传感器组件3包括热释电红外传感器、测距传感器和光电传感器，并且热释电红外传感器、测距传感器和光电传感器三种传感器组合在一个套管内，传感器组件3用于感知人体目标的位置和移动信息。传感器组件3的数量为两个以上，其中至少一个传感器组件3固定安装在机械骨架202内部并且位于机械骨架202与吸尘罩201的连接处，用于防止机械臂动作时碰撞到人体目标，其余的传感器组件3固定安装在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域内，传感器组件3在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域的侧壁上沿水平方向设置有至少一排，在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域的顶部设置有至少一排，实现工作区域内对人体的立体交叉定位，如图4所示；
所述限位传感器4的数量为两个，限位传感器4固定安装在吸尘罩201的两侧，防止吸尘罩201左右转动的角度过大，以避免伤害吸尘罩201后面的连接部位；
所述主控器1与伺服控制器、步进电机206、吸气泵、传感器组件3以及限位传感器4连接。
所述主控器1采用低功耗的MSP430单片机，是本系统的控制单元。主控器1根据传感器组件3监测的人体目标的位置信息，控制机械臂2将吸尘罩201移动到距离人体较近的位置，实现了更准确、智能的除尘效果，实现了对人的保护。
所述热释电红外传感器的原理是根据人体恒定的温度37°左右，会辐射出特定波长10UM左右的红外线，热释电红外感应元件根据接收到特定波长的红外线给出相应的信号，同时具有低能耗、对热源辐射敏感和体积微小等优点。
所述测距传感器是雷达传感器，通过电磁波探测目标利用发射电磁波对目标进行照射并接收照射目标后的反射波，由此获取目标距电磁波发射点的距离、距离变化、方位高度等信息。
所述光电传感器是以光电元件作为检测元件的传感器，把光信号红外线、可见光及紫外光辐射等光信号转变成为电信号，其原理是先将被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。
本实用新型利用光电传感器是为了对目标区内物体遮光做出反应，通过光电传感器的工作从而控制测距传感器的动作，当光电传感器接收到变化信息时，将信息传递给主控器1，主控器1对传感器信息进行分析判断是否要对目标区域内遮光物体进行测距，如需测距，则命令测距传感器工作，并将测得数据上传给主控器1。
本实用新型利用传感器直线照射的特性，将传感器组件3分为垂直方向的传感器组件3和水平方向的传感器组件3，同时传感器的直线照射可以绘制成几何三角形，如图2和图3所示，因此可利用数学计算公式对任一边长求值，这样就可准确的得出垂直方向传感器组件3和水平方向传感器组件3的交叉点距离信息，MSP430单片机系统根据传感器组件3所检测到的信息，用于实现探测区域内对人体目标的立体交叉定位，如图4所示。
如图7所示，机械臂2为智能机械动作单元，选用六自由度转动的机械臂，由步进电机206、伺服电机205、伺服控制器、吸尘软管207、传感器组件3、限位传感器4、机械骨架202等组成。伺服控制器是伺服电机205工作的控制器，由于本实用新型使用伺服控制器为可编程逻辑器件(PLC)，可编程逻辑器件(PLC)都是带有脉冲信号的，所以伺服控制器根据主控器1的指令，预先计算好伺服电机205的转数或要走的距离，按比例发脉冲信号给伺服控制器使伺服电机205达到精确的控制。本实用新型的重点单元是伺服控制器直接根据主控器1传过来的运行命令数据直接转换成控制伺服电机205的信号完成智能机械动作。
在本实用新型中，采用了伺服电机205和步进电机206组合，在主控器1的指令下进行智能动作。其中步进电机206工作原理和伺服电机205比较相似，但是步进电机206不需要伺服控制器，步进电机206根据主控器1的脉冲指令，执行步进电机206角位移或点线位移的机械动作，步进电机206的任何动作均取决于数字脉冲信号。因此伺服电机205和步进电机206在控制上相似，也是通过数字脉冲信号控制，配合使用完成整个机械臂的智能动作控制，使得机械臂的各机械组件精确智能地相应动作。
将吸尘软管207内置机械臂2的内部，这样既能保证机械臂2在智能动作不受通风管路的限制，又能不干扰整个智能机械臂单元动作的前提下时时进行除尘工作。在机械臂2的吸尘罩201左右两侧，各安装了一个限位传感器4，防止吸尘罩201左右转动的角度过大，以避免伤害吸尘罩201后面的连接部位。机械臂2内还安装有一个传感器组件3，用于防碰撞等智能处理。
本实用新型设计的智能机械臂除尘系统随着除尘区域内人体的出现和消失而自动打开或关闭，除尘区域也可叫做探测区域；在人处于探测区域内时，此除尘系统可智能控制吸尘软管207自动移动到距离人体较近的位置，并将吸尘罩201的方向对准人体所在的位置。
本实用新型通过将三种传感器组合在一个套管内，形成一个传感器组件3，利用此三种传感器，在探测区域进行立体交叉布局，经过主控器1的单片机系统运算处理后，实现对探测区域内人体目标的准确定位。
本实用新型利用主控器1的单片机系统、步进电机206和伺服电机205联合作业，通过控制电机的速度、角度和位移等参数，实现六自由度的机械臂2的自动转向、伸展、定位及防碰撞保护等智能化动作。
Claims (7)
1.一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：包括主控器(1)、机械臂(2)、传感器组件(3)和限位传感器(4)，
所述机械臂(2)包括吸尘罩(201)、机械骨架(202)、机械骨架立杆(203)、伺服电机底座(204)、伺服电机(205)、步进电机(206)、吸尘软管(207)和伺服控制器；所述机械骨架(202)的一端与吸尘罩(201)固定连接，机械骨架(202)的另一端通过转动轴Ⅰ与机械骨架立杆(203)连接；所述机械骨架立杆(203)的下部通过转动轴Ⅱ与伺服电机底座(204)连接；所述伺服电机底座(204)与伺服电机(205)连接；所述伺服电机(205)与伺服控制器连接；所述步进电机(206)至少为两个，其中一个步进电机(206)通过传动链条与所述转动轴Ⅰ连接，另一个步进电机(206)通过传动链条与所述转动轴Ⅱ连接；所述吸尘软管(207)的一端与吸尘罩(201)固定连接，吸尘软管(207)的另一端穿过机械骨架立杆(203)的侧壁下部设置的通孔至机械骨架立杆(203)的外部并与吸气泵连接；
所述传感器组件(3)包括热释电红外传感器、测距传感器和光电传感器，传感器组件(3)对其检测区域内的人体定位；
所述限位传感器(4)固定安装在吸尘罩(201)上限定吸尘罩(201)的转动角度；
所述主控器(1)分别与伺服控制器、步进电机(206)、吸气泵、传感器组件(3)以及限位传感器(4)连接，主控器(1)通过伺服控制器和步进电机(206)控制机械臂(2)转向、伸展、定位及防碰撞保护。
2.根据权利要求1所述的一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：所述主控器(1)采用MSP430单片机。
3.根据权利要求1所述的一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：所述测距传感器为雷达传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：所述吸尘软管(207)位于机械骨架(202)和机械骨架立杆(203)的内部。
5.根据权利要求1所述的一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：所述传感器组件(3)的数量为两个以上，其中，至少一个传感器组件(3)固定安装在机械骨架(202)内部并且位于机械骨架(202)与吸尘罩(201)的连接处，其余的传感器组件(3)固定安装在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域内。
6.根据权利要求5所述的一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：所述传感器组件(3)在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域的侧壁上沿水平方向设置有至少一排，在所述智能机械臂除尘系统的除尘区域的顶部设置有至少一排。
7.根据权利要求1所述的一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统，其特征是：所述限位传感器(4)的数量至少为两个，限位传感器(4)固定安装在吸尘罩(201)的两侧。
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| CN201720315386.4U CN206677966U (zh) | 2017-03-29 | 2017-03-29 | 一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN106863327A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-06-20 | 国家电网公司 | 一种基于人体识别的智能机械臂除尘系统 |
| CN113217071A (zh) * | 2021-05-10 | 2021-08-06 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 井下作业自动吸尘罩 |
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2017
- 2017-03-29 CN CN201720315386.4U patent/CN206677966U/zh active Active
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