[发明专利]基于手势识别的机械臂位姿控制系统

说明书

基于手势识别的机械臂位姿控制系统，包括依次连接的智能腕带模块、远程客户端模块、蓝牙通信模块、数据处理模块、仿真模块、机械臂执行模块；智能腕带通过蓝牙无线连接PC端，将智能腕带模块采集的肌电信号传输给远程客户端；远程客户端接收到信号后，将信号转到数据处理模块，在数据处理模块中，对信号进行滤波降噪处理，处理后将手势分类；在数据处理模块中去除噪声之后再利用正逆运动学来求解关节角度；通过两个智能腕带获取操作人员的手臂的关节角度；之后就可以通过远程客户端将关节角度的信号以及操作指令信号传递给智能腕带模块；然后将手势动作的信号发送给仿真模块中的仿真机械臂；仿真臂将信号发送给工作机械臂，机械臂根据信号执行命令。

技术领域

本发明涉及一种基于手势识别的机械臂位姿控制系统，使实际机械臂通过人体手臂及手势的变化而做出与人体手臂以及手势相同的动作。

背景技术

随着《中国制造2025》的出台，我国制造业正式踏上了以智能制造为重要发展方向的转型升级之路。机器人替代人工生产已经成为未来制造业重要的发展趋势，工业机器人作为“制造业皇冠顶端的明珠”，将大力推动工业自动化、数字化、智能化的早日实现，为智能制造奠定基础。

工业机器人示教就是编程者采用各种示教方法事先“告知”机器人所要进行的动作信息和作业信息等。这些信息大致分为三类：机器人位置和姿态信息，轨迹和路径点等的信息；机器人任务动作顺序等的信息；机器人动作、作业时的附加条件等的信息，机器人动作的速度和加速度等信息和作业内容信息等。

随着机器人技术的日益成熟以及应用的不断普及，机器人正逐渐融入社会生产、生活的各个方面，并发挥越来越不可替代的作用。在“工业4.0”和“中国制造2025”的背景下，为了适应现代工业快速多变的特点以及满足日益增长的复杂性要求，机器人不仅要能长期稳定地完成重复工作，还要具备智能化、网络化、开放性、人机友好性的特点。作为工业机器人继续发展与创新的一个重要方面，示教技术正在向利于快速示教编程和增强人机协作能力的方向发展。

对于在线示教指通常所说的手把手示教，由人直接扳动机器人的手臂对机器人进行示教，如示教盒示教和操作杆示教。在这种示教中，为了示教方便以获取信息的快捷而准确，操作者可以选择在不同的示教系下示教。例如，可以选择关节坐标系，直角坐标系以及工具坐标系或用户坐标系下进行示教。在线示教具有示教过程简单，不需要环境模型；对实际的机器人进行示教时，可以修正机械结构带来的误差等优越性，但也存在技术问题，如机器人的在线示教过程繁琐、效率低；示教的精度完全靠示教者的经验目测决定，对于复杂路径难以取得令人满意的示教效果，对于一些根据外部信息进行实时决策的应用无能为力。为了解决这种问题，工业界提出了一种利用手势并结合传感器技术的手势控制方法。

目前关于手势识别的研究很多，但国内的研究和国外的相比，进展较慢。肖立峰、彭金豹提出基于手势识别的机械臂控制方法及系统(肖立峰、彭金豹.基于手势识别的机械臂控制方法及系统[P].北京：CN106272409A，2017-01-04)，基于手势识别的机械臂控制方法及系统提出一种通过采集操作者手部运动数据然后映射为机械臂的运动，转化输出机械臂的控制命令，但是识别的手势相比较而言比较少；朱茂娟、王林冰、曾奇等提出一种机器人及其示教通信系统(朱茂娟，王林冰，曾奇等.机器人及其示教通信系统：中国，205620710[P].2016-01-04),实现了示教采集器与控制器之间的数据通信，但是通信方式是有线的，具有空间局限性且缺少保密性。

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，提出一种基于手势识别的机械臂位姿控制系统。

首先该系统使用蓝牙无线通信技术，实现了无线控制，连接方便，数据传输高效稳定，而且无线控制可以扩展工作空间；其次该系统采用两个智能腕带，通过它们所采集到的数据得出人臂的姿态和手势从而将其转换成机械臂控制的指令，使用智能腕带使采集到的数据更加稳定，计算结果更加准确，控制机械臂也更加准确；最后该系统利用肌电信号和陀螺仪信号来识别手势，识别的精度更高，效果更好。