[发明专利]基于多传感器融合的手势识别仿人机械手系统及同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及手势识别领域，尤其涉及的是一种能够同步识别人体手势识别基于多传感器融合的手势识别仿人机械手系统，同时还提供了一种人体手势与机械手之间的同步方法。

背景技术

随着现代工业的发展，机械手早已被广泛地应用于工业生产来代替一些重复性的劳动。仿人机械手由于具有多自由度、灵活性强等优点，已经被广泛应用到各种生活生产领域，可代替人类完成危险、复杂的工作。多传感器信息融合技术在解决检测、跟踪等问题方面，能够增强系统生存能力，提高整个系统的可靠性并能够增强数据的可信度，提高精度。正是基于多传感器融合的优势，将多传感器融合技术运用于手势识别中，能够提高现今对手势识别判断精度，从而实现更精确地识别手势。目前手势识别控制机械手一般采用的方法有：采用基于人工神经网络的数据手套来识别手势信息，还原手部动作；采用通过摄像头等视觉传感器采集手势图像，用计算机对手势图像进行分割处理得到手势信息，并以此控制机械手。这些方法来识别手势并控制机械手，主要存在一下问题：1)由摄像头采集图像进行手势识别，对图像处理技术要求也较高，不利于后期维护和修改；2)摄像头拍摄受环境影响较大，图像会产生噪声，容易产生误判及漏判，3)目前手势检测的传感器价格较为昂贵，在工业和民用领域难以得到推广。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能够同步识别人体手势的基于多传感器融合的手势识别仿人机械手系统，该系统通过传感器对人体手指运动状态进行采集，并将采集的信息发送给机械手，通过机械手本体内部所设置的控制电路控制机械手手指进行与所采集到的人体手指相同的运动，从而实现手势同步。该系统不采用摄像头采集图像进行手势识别，从而解决因图像处理技术要求也较高，不利于后期维护和修改，容易产生误判及漏判，以及价格昂贵等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

基于多传感器融合的手势识别仿人机械手系统，包括用于采集人体手指运动状态的采集装置和机械手，其中，采集装置包括：集成有第一三轴加速度计和第一陀螺仪的第一传感器、第一单片机及第一无线通信模板，所述第一三轴加速度计的输出和所述第一陀螺仪的输出分别连接至所述第一单片机的两个输入，所述第一单片机的一路输出端连接至所述第一通信模块的输入；

机械手包括机械手本体和设置在机械手本体上的控制电路，所述的控制电路包括第二通信模块、第二单片机及舵机，所述第二通信模块的输出连接至所述第二单片机的一路输入，所述第二单片机的一路输出连接至所述舵机的控制端，所述舵机与机械手手指连接控制其运动状态；

所述第一通信模块的输出连接至所述第二通信模块的输入。

以上技术方案通过采集装置中的第一传感器采集到人体手指的运动状态，并将该运动状态传递给机械手，机械手接收到人体手指的运动状态信息后通过舵机控制机械手手指做出相应手势运动，从而实现了机械手手指运动与人体手指运动的同步性。本发明通过传感器直接采集人体手指的运动状态，替代了现有技术中通过摄像头采集图像进行手势识别，从而解决了因图像处理技术要求较高，不利于后期维护和修改，容易产生误判及漏判，以及价格昂贵等问题。

为了本系统中的机械手能够准确的进行手势模仿，在此所作的改进是在以上技术方案控制电路的基础上增加一第二传感器，其集成有第二三轴加速度计及第二陀螺仪，所述第二传感器设置机械手手指上，所述第二三轴加速度计的输出和所述第二陀螺仪的输出分别连接至所述第二单片的两个输入。通过第二传感器能够对机械手手指的运动状态进行采集，通过采集到的机械手手指运动状态对机械手手指运动状态进行修复，从而提高了机械手手指手势模仿的精准度。

为了能够准确的采集到机械手手指的运动状态，在此所作的改进是将所述第二传感器的数量设计为机械手手指的两倍，其中一个第二传感器与机械手拇指位置相对应，另一个第二传感器与机械手拇短展肌位置相对应，其余第二传感器分别均匀的与剩余的机械手手指位置相对应。

为了能够使本系统能够准确的采集到人体手指的运动状态，在此所作的改进是将所述第一传感器的数量设计为人体手指的两倍，其中一个第一传感器与人体拇指位置相对应，另一个第一传感器与人体拇短展肌部位相对应，其余第一传感器分别均匀的与剩余的手指位置相对应。从而进一步地提高了本系统手势识别和同步模仿的准确性。

为了能够使机械手手指活动更为灵活，在此所作的改进是所述舵机的数量与机械手手指的数量相同。通过独立的舵机控制相应的机械手手指运动，使得机械手手指运动更为灵活，手势同步性更强。