CN209175754U - 一种红外手势识别机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外手势识别机械手，包括机械手、红外手势识别控制器和无线信号接收模块，机械手上安装有无线信号接收模块，无线信号接收模块与机械手的运动控制系统通过电信号连接，红外手势识别控制器包括红外手势信号采集模块、红外手势信号处理模块和无线信号发送模块，红外手势信号采集模块包括红外传感器。该装置不仅简化了操作人员通过示教编程器操作机械手的过程，而且降低了示教编程器操作机械手时对操作人员的要求，大大地提升了操作人员操作机械手时的人机交互性，同时红外手势控制机械手易于用户学习、在简化操作复杂性的同时，使用户更能感受到手势控制的代入感，使得操作人员能够在短时间内熟练地操作机械手。

Description

一种红外手势识别机械手

技术领域

本实用新型涉及一种机械手，尤其涉及一种红外手势识别机械手。

背景技术

随着我国经济建设地不断发展，国家的整体实力也随之提升，国家整体实力地提升在各行各业中都得到了极大的体现。例如：机器人技术在国内各行业中的普及，尤其在工业生产领域中机器人被广泛地使用。在生产过程中，常用机械手来代替人工完成简单、大量重复的工作；同时由于机械手在进行操作时工作效率高、安全性能好，并能全天候24小时不间断地工作等优点，使得相当一部分企业采用机械手代替人工作业，既能降低人工成本，还能避免人工事故的发生，并提高企业在生产制造过程中的自动化程度。

机械手能模仿人的手臂的某些动作功能，并按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，并且能够在有害环境下操作，这样能够避免操作人员暴露在有害环境下的情况发生，以此保护操作人员的人身安全，因而机械手广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

目前市场上现有的小型机械手大多通过PLC或运动控制器控制机械手按照设定的路径进行运动，该控制方式下的控制精度虽然高，但控制过程较为复杂，数据计算量太大，在某些对机械手运动控制要求不高的场合，则不需要使用高精度的机械手，避免带来不必要的经济负担。现有机械手的运动可由人工操作示教器的触摸屏来进行控制，但这种运动控制需要操作人员具有一定的编程能力，才能在触摸屏上完成在线编程，操作人员通过在示教器上的在线编程控制机械手完成相应的动作。该操作方式不仅人机交互感较差，并且对操作人员的编程能力要求较高，同时对于操作新手而言机械手的操作较为复杂、使用较为不便，操作新手也常因为操作过程较为复杂的缘故，导致机械手停机的事故状况频发。

实用新型内容

(1)要解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种红外手势识别机械手，旨在降低以往机械手操作的复杂性，并能有效地避免新手因误操作而导致机械手发生故障的情况发生，同时降低了操作人员对机械手在线编程能力的要求，进一步提升了操作人员在操作机械手时的人机交互感，并简化了机械手的操作过程，达到便于操作人员操作的目的。

(2)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了这样一种红外手势识别机械手，包括机械手、红外手势识别控制器和无线信号接收模块，机械手上安装有无线信号接收模块，无线信号接收模块与机械手的运动控制系统通过电信号连接，红外手势识别控制器包括红外手势信号采集模块、红外手势信号处理模块和无线信号发送模块，红外手势信号采集模块包括红外传感器，红外传感器与红外手势信号处理模块通过电信号连接，红外手势信号处理模块与无线信号发送模块通过电信号连接，无线信号发送模块与无线信号接收模块通过无线信号连接。

优选地，红外传感器为PAJ7620红外传感器。采用4个PAJ7620红外传感器对称的安装在红外手势识别控制器上，这样可以充分的保证手势识别的效率与精度，避免在手势采集过程中发生手势信号遗漏的情况。

优选地，红外手势信号处理模块为STM32单片机或DM6446单片机或AVR32单片机。采用STM32单片机或DM6446单片机或AVR32单片机，既保证了处理手势信号数据的速度，又能够降低装置的成本，同时也降低了控制装置的功耗。

优选地，无线信号发送模块与无线信号接收模块为NRF24L01无线通信模块。采用NRF24L01无线通信模块不仅可以保证无线信号在传输过程中传输控制方式的多样性，而且该通信模块通信效率高、抗干扰性强。

工作原理：本装置在采集用户手势信号时，需先将该装置平稳地放置在水平面上并保证在采集手势信号的过程中手掌与装置的高度距离始终保持在信号采集的有效范围内，同时开启本装置，随后启动机械手当机械手进入待工作状态时，需让无线信号接收模块能与机械手的控制系统相连接，待本装置的无线信号发送模块能够与机械手上的无线信号接收模块进行无线信号通信后，此时机械手与本装置匹配成功。

在操作人员使用本装置之前必须保证机械手与本装置的通信无误，当装置通信无误后，才能让装置正常工作。使用装置时，首先将该装置水平放置在桌面上，并让手掌平行放置在距离装置5厘米至15厘米左右的高度平面上进行手势信号的采集。当手掌左、右挥动时，红外手势识别控制器上的PAJ7620红外传感器便能采集到手掌左右挥动时相应的手势信号；如果手掌从左向右挥动时，红外手势识别控制器上最左侧的PAJ7620红外传感器便先采集到信号，如果手掌从右向左挥动时，红外手势识别控制器上最右侧的PAJ7620红外传感器便先采集到信号。当该动作完成时，红外手势识别控制器可根据PAJ7620红外传感器采集手势信号的先后顺序与手势信号采集过程中反馈回红外手势识别控制器的红外信号，来判断手掌的动作是从左向右挥动还是从右向左挥动。当手掌上、下挥动时，红外手势识别控制器上的PAJ7620红外传感器便能采集到手掌上下挥动时相应的手势信号；如果手掌从上向下挥动时，红外手势识别控制器上最上侧的PAJ7620红外传感器与手掌的距离逐渐减小，从手掌上反馈回来的红外信号逐渐变强，如果手掌从下向上挥动时，红外手势识别控制器上最上侧的PAJ7620红外传感器与手掌的距离逐渐增加，从手掌上反馈回来的红外信号逐渐变弱，当该动作完成时，红外手势识别控制器可对PAJ7620红外传感器采集的反馈信号进行处理，从而可判断手掌的动作是从上向下挥动还是从下向上挥动。当手掌绕着手腕转动时，红外手势识别控制器上的PAJ7620红外传感器便能采集到手掌绕着手腕转动时相应的手势信号；如果手掌绕着手腕顺时针转动时，手掌右侧与红外手势识别控制器上右侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐减小，从手掌右侧处反馈回来的红外信号逐渐变强，同时手掌左侧与红外手势识别控制器上左侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐增大，从手掌左侧处反馈回来的红外信号逐渐变弱，如果手掌绕着手腕逆时针转动时，手掌左侧与红外手势识别控制器上左侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐减小，从手掌左侧处反馈回来的红外信号逐渐变强，同时手掌右侧与红外手势识别控制器上右侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐增大，从手掌右侧处反馈回来的红外信号逐渐变弱，当该动作完成时，红外手势识别控制器可对PAJ7620红外传感器采集的反馈信号进行处理，从而可判断手掌是绕手腕顺时针转动还是逆时针转动。

当红外手势识别控制器将反馈信号进行处理后传输至无线信号发送模块，由无线信号发送模块将手势信号发送至无线信号接收模块，最后由无线信号接收模块将手势信号传递至机械手的控制系统。机械手的控制系统可依据红外手势识别控制器分类后的手势信号，对机械手进行相应动作的输出控制。例如：传递的手势信号为上下挥动的动作，机械手的控制系统便控制机械手上、下挥动；传递的手势信号为左右挥动的动作，机械手的控制系统便控制机械手左、右挥动；传递的手势信号为绕手腕转动的动作，机械手的控制系统便控制机械手绕机械手手腕顺、逆时针转动。当需要机械手停止工作时，只需要关闭该装置并将手掌从装置上方抽离即可，当需要再次操作机械手时，只要重新启动该装置，保证信号连接无误后便可再次通过手势动作操作机械手。

(3)有益效果

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本装置通过对机械手的控制装置进行适当的改进，达到了简化机械手操作的目的，这样不仅降低了操作人员操作机械手的复杂性，而且能够避免因操作人员的误操作而导致机械手发生运行故障的问题；其次，该装置在一定程度上降低了操作人员在线编程能力的要求，大大地改善了用户在学习示教器编程操作时难度较大的缺陷，利用红外手势控制增强了用户体验，且红外手势控制易于用户学习、简化了操作的复杂性，使用户更能感受到手势控制的代入感，提高了人机交互性，使得操作人员能够在短时间内熟练地操作机械手。本装置首先利用PAJ7620红外传感器去解析用户手势动作的数据，不仅可以保证红外手势识别状态下，机械手运动的稳定性与可靠性，而且可以充分的保证手势识别的效率与精度，避免在手势采集过程中发生手势信号遗漏的情况从而对机械手的操作产生影响；其次，利用STM32单片机或DM6446单片机或AVR32单片机，既保证了处理手势信号数据的速度，又能够降低装置的成本，同时也降低了控制装置的功耗，减小了设备整体的体积，并提高了采集信号的精度，同时使得信号在处理过程中的误差更小、稳定性更高；最后，采用NRF24L01无线通信模块不仅可以保证无线信号在传输过程中传输控制方式的多样性，而且该通信模块通信效率高、抗干扰性强，可有效避开外界信号的干扰，完成信号数据的传输，保障了信号无线传输的稳定性。

总而言之，该装置不仅简化了操作人员通过示教编程器操作机械手的过程，而且降低了示教编程器操作机械手时对操作人员的要求，大大地提升了操作人员操作机械手时的人机交互性；本装置利用红外手势控制机械手易于用户学习、在简化操作复杂性的同时，使用户更能感受到手势控制的代入感，使得操作人员能够在短时间内熟练地操作机械手。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术中描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型红外手势识别控制器的工作原理图。

图2为本实用新型的工作流程图。

图3为本实用新型红外手势识别控制器的工作流程图。

附图中的标记为：1-红外手势识别控制器、101-红外手势信号采集模块、102-红外手势信号处理模块、103-无线信号发送模块和2-无线信号接收模块。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本实用新型具体实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，以进一步阐述本实用新型，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本实用新型的一部分实施方式，而不是全部的样式。

一种红外手势识别机械手，本实用新型红外手势识别控制器的工作原理图如图1所示，本实用新型的工作流程图如图2所示，本实用新型红外手势识别控制器的工作流程图如图3所示，包括机械手、红外手势识别控制器1和无线信号接收模块2，机械手上安装有无线信号接收模块2，无线信号接收模块2与机械手的运动控制系统通过电信号连接，其中无线信号接收模块2通过胶接或紧固件固定安装在机械手上，这样能够保证机械手在运动时，无线信号接收模块2不会相对于机械手产生相对运动，避免在机械手的运动过程中发生无线信号接收模块2掉落的情况，有效地保障了无线信号接收模块2与机械手连接的可靠性；红外手势识别控制器1包括红外手势信号采集模块101、红外手势信号处理模块102和无线信号发送模块103，红外手势信号采集模块101包括红外传感器，红外传感器与红外手势信号处理模块102通过电信号连接，其中，红外传感器与红外手势信号处理模块102之间采用IIC通信协议进行信号传输，这样可以让红外手势信号处理模块102在处理红外手势信号的同时完成发送信号的任务，防止在处理红外手势信号时发生信号传递错误的情况；红外手势信号处理模块102与无线信号发送模块103通过电信号连接，其中，红外手势信号处理模块102与无线信号发送模块103之间采用SPI通信协议进行信号传输，这样能够大大地提升通讯速率，并且降低了功耗，使得装置整体的能耗下降；无线信号发送模块103与无线信号接收模块2通过无线信号连接，其中无线信号发送模块103与无线信号接收模块2之间采用2.4GHZ通信可有效避开外界信号的干扰，有效地完成信号数据的传输，保障了信号无线传输的稳定性，同时使得每次信号传递的数据量更大。

其中，无线信号接收模块2可为机械手本身的无线信号接收器，所属领域的技术人员只要根据各元器件进行程序编译并导入无线信号接收模块2，就能实现信号的接收，编程的相关指令都为现有技术，在此不再赘述。

本装置在采集用户手势信号时，需先将该装置平稳地放置在水平面上并保证在采集手势信号的过程中手掌与装置的高度距离始终保持在信号采集的有效范围内，同时开启本装置，随后启动机械手当机械手进入待工作状态时，需让无线信号接收模块2能与机械手的控制系统相连接，待本装置的无线信号发送模块103能够与机械手上的无线信号接收模块2进行无线信号通信后，此时机械手与本装置匹配成功。

在操作人员使用本装置之前必须保证机械手与本装置的通信无误，当装置通信无误后，才能让装置正常工作。使用装置时，首先将该装置水平放置在桌面上，并让手掌平行放置在距离装置5厘米至15厘米左右的高度平面上进行手势信号的采集。当手掌左、右挥动时，红外手势识别控制器1上的PAJ7620红外传感器便能采集到手掌左右挥动时相应的手势信号；如果手掌从左向右挥动时，红外手势识别控制器1上最左侧的PAJ7620红外传感器便先采集到信号，如果手掌从右向左挥动时，红外手势识别控制器1上最右侧的PAJ7620红外传感器便先采集到信号。当该动作完成时，红外手势识别控制器1可根据PAJ7620红外传感器采集手势信号的先后顺序与手势信号采集过程中反馈回红外手势识别控制器的红外信号，来判断手掌的动作是从左向右挥动还是从右向左挥动。当手掌上、下挥动时，红外手势识别控制器上的PAJ7620红外传感器便能采集到手掌上下挥动时相应的手势信号；如果手掌从上向下挥动时，红外手势识别控制器上最上侧的PAJ7620红外传感器与手掌的距离逐渐减小，从手掌上反馈回来的红外信号逐渐变强，如果手掌从下向上挥动时，红外手势识别控制器上最上侧的PAJ7620红外传感器与手掌的距离逐渐增加，从手掌上反馈回来的红外信号逐渐变弱，当该动作完成时，红外手势识别控制器可对PAJ7620红外传感器采集的反馈信号进行处理，从而可判断手掌的动作是从上向下挥动还是从下向上挥动。当手掌绕着手腕转动时，红外手势识别控制器上的PAJ7620红外传感器便能采集到手掌绕着手腕转动时相应的手势信号；如果手掌绕着手腕顺时针转动时，手掌右侧与红外手势识别控制器上右侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐减小，从手掌右侧处反馈回来的红外信号逐渐变强，同时手掌左侧与红外手势识别控制器上左侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐增大，从手掌左侧处反馈回来的红外信号逐渐变弱，如果手掌绕着手腕逆时针转动时，手掌左侧与红外手势识别控制器上左侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐减小，从手掌左侧处反馈回来的红外信号逐渐变强，同时手掌右侧与红外手势识别控制器上右侧的PAJ7620红外传感器之间的距离逐渐增大，从手掌右侧处反馈回来的红外信号逐渐变弱，当该动作完成时，红外手势识别控制器可对PAJ7620红外传感器采集的反馈信号进行处理，从而可判断手掌是绕手腕顺时针转动还是逆时针转动。

当红外手势识别控制器1将反馈信号进行处理后传输至无线信号发送模块103，由无线信号发送模块103将手势信号发送至无线信号接收模块2，最后由无线信号接收模块2将手势信号传递至机械手的控制系统。机械手的控制系统可依据红外手势识别控制器1分类后的手势信号，对机械手进行相应动作的输出控制。例如：传递的手势信号为上下挥动的动作，机械手的控制系统便控制机械手上、下挥动；传递的手势信号为左右挥动的动作，机械手的控制系统便控制机械手左、右挥动；传递的手势信号为绕手腕转动的动作，机械手的控制系统便控制机械手绕机械手手腕顺、逆时针转动。当需要机械手停止工作时，只需要关闭该装置并将手掌从装置上方抽离即可，当需要再次操作机械手时，只要重新启动该装置，保证信号连接无误后便可再次通过手势动作操作机械手。

红外传感器采用PAJ7620红外传感器，并将4个PAJ7620红外传感器对称的安装在红外手势识别控制器1上，这样可以充分的保证手势识别的效率与精度，避免在手势采集过程中发生手势信号遗漏的情况，同时利用多个PAJ7620红外传感器可以更好的判断手势动作的方向，大大地降低了红外手势识别的复杂程度。

红外手势信号处理模块102为STM32单片机或DM6446单片机或AVR32单片机。采用STM32单片机或DM6446单片机或AVR32单片机，既保证了处理手势信号数据的速度，又能够降低装置的成本，同时也降低了控制装置的功耗；其次，这些单片机对手势信号的处理速度与处理效率高，例如DM6446单片机对输入的红外手势信号响应速度更快、处理输入信号的实时性更好。在实际应用中，红外手势信号处理模块102通常采用STM32F103ZET6型号的单片机即可满足本装置的工作要求，也可根据用户对装置的性能要求，采用STM32F767单片机作为红外手势信号处理模块102，这样能够使得装置对手势的识别及其手势姿态解算的速度更快，缩短红外手势识别的时间、提高识别效率，并且提升机械手响应的实时性。

无线信号发送模块103与无线信号接收模块2都采用NRF24L01无线通信模块。因为NRF24L01无线通信模块不仅可以保证无线信号在传输过程中传输控制方式的多样性，而且该通信模块通信效率高、抗干扰性强；同时可以有效地避免外界信号的干扰，高效地完成信号数据的传输，保证了信号在无线传输过程中的稳定性。

本装置能够简化操作人员操作机械手的过程，不仅降低了操作人员操作机械手的复杂性，而且能够避免因操作人员的误操作而导致机械手发生运行故障的问题；其次，该装置在一定程度上降低了操作人员在线编程能力的要求，大大地改善了用户在学习示教器编程操作时难度较大的缺陷，利用红外手势控制增强了用户体验，且红外手势控制易于用户学习、简化了操作的复杂性，使用户更能感受到手势控制的代入感，提高了人机交互性，使得操作人员能够在短时间内熟练地操作机械手。

机械手、红外手势识别控制器1、红外手势信号采集模块101、红外手势信号处理模块102、无线信号发送模块103和无线信号接收模块2为所属领域现有技术的通用部件，其连接结构和工作原理均为本领域现有成熟技术，在此就不再赘述。

以上描述了本实用新型的主要技术特征和基本原理及相关优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性具体实施方式的细节，而且在不背离本实用新型的构思或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将上述具体实施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照各实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种红外手势识别机械手，包括机械手、红外手势识别控制器(1)和无线信号接收模块(2)，机械手上安装有无线信号接收模块(2)，无线信号接收模块(2)与机械手的运动控制系统通过电信号连接，其特征在于，红外手势识别控制器(1)包括红外手势信号采集模块(101)、红外手势信号处理模块(102)和无线信号发送模块(103)，红外手势信号采集模块(101)包括红外传感器，红外传感器与红外手势信号处理模块(102)通过电信号连接，红外手势信号处理模块(102)与无线信号发送模块(103)通过电信号连接，无线信号发送模块(103)与无线信号接收模块(2)通过无线信号连接。

2.根据权利要求1中所述的一种红外手势识别机械手，其特征在于，红外传感器为PAJ7620红外传感器。

3.根据权利要求1中所述的一种红外手势识别机械手，其特征在于，红外手势信号处理模块(102)为STM32单片机或DM6446单片机或AVR32单片机。

4.根据权利要求1中所述的一种红外手势识别机械手，其特征在于，无线信号发送模块(103)与无线信号接收模块(2)为NRF24L01无线通信模块。