[发明专利]一种基于语音控制的机械臂3D虚拟操作实验平台

说明书

本发明涉及一种基于语音控制的机械臂3D虚拟操作实验平台，包括依次连接的语音模块、控制中心和3D虚拟实验场景模块，其中，所述3D虚拟实验场景模块包括：3D模型构建单元，用于构建机械臂3D模型和工作场景3D模型；运动姿态动态显示单元，用于根据运动姿态参数实现所述机械臂3D模型在所述工作场景3D模型中运动的显示，所述运动姿态参数由所述控制中心基于语音模块的输出解算获得；所述语音模块、控制中心和3D虚拟实验场景模块均基于图形化编程语言实现。与现有技术相比，本发明具有能有效地减少工业机械臂相关实验对实验设备的依赖性，降低实验成本并增加实验项目的灵活性和多样性等优点。

技术领域

本发明属于自动化领域和计算机应用领域，尤其是涉及一种基于语音控制的机械臂3D虚拟操作实验平台。

背景技术

机械臂是近代自动控制领域中出现的一项新型技术装备，是工业机器人系统中传统的任务执行机构。在专业综合实验教学中机械臂实验可以多方面、多层次培养学生的工程实践能力和创新能力。

在实践过程中，一方面由于机械臂本体的购买和维护成本较高，开发难度大；另一方面，直接进行计算机仿真时，比较常见的是使用Visual C++、Matlab、Java、VRML等文本编程语言进行计算，再结合OpenGL图形库、SolidWorks或者其他3D引擎，完成可视化三维运动状态仿真显示。实验开发和编程需要掌握的知识点多，对编程人员要求很高，开发难度同样很大，不适合初学者。

与此同时，随着计算机技术的发展，引入人机交互技术后的机械臂仿真控制操作开发也成为实验教学和实际应用的热点。有研究表明，在机械臂遥控操作控制中，语音控制方式可以明显提高操作速度，提升控制绩效与体验，吸引学生去研究和探索学习。但常规文本编程的语音识别实现方法也有其工作繁琐的缺陷，不利于快速设计与开发。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于语音控制的机械臂3D虚拟操作实验平台，适合用于示例教学和课后实验，为学生开展设计性和创新性实验提供了一个快速开发与实现的平台。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于语音控制的机械臂3D虚拟操作实验平台，包括依次连接的语音模块、控制中心和3D虚拟实验场景模块，其中，

所述3D虚拟实验场景模块包括：

3D模型构建单元，用于构建机械臂3D模型和工作场景3D模型；

运动姿态动态显示单元，用于根据运动姿态参数实现所述机械臂3D模型在所述工作场景3D模型中运动的显示，所述运动姿态参数由所述控制中心基于语音模块的输出解算获得；

所述语音模块、控制中心和3D虚拟实验场景模块均基于图形化编程语言实现。

进一步地，所述语音模块包括：

语音接收单元，用于接收用户输入的语音信息，并转换为语音音频电信号；

语音识别单元，用于对所述语音音频电信号进行识别，获得指令字符串。

进一步地，所述语音接收单元包括麦克风。

进一步地，所述控制中心包括：

指令分类处理单元，用于对语音模块的输出进行分类，输出分类语音指令；

运动姿态解算单元，用于根据所述机械臂3D模型在所述工作场景3D模型中的当前姿态和所述分类语音指令，解算获得机械臂3D模型的运动姿态参数，并输出。

进一步地，所述运动姿态解算单元通过端点解算或位姿解算获得机械臂3D模型的运动姿态参数。

进一步地，所述图形化编程语言为LabVIEW。