机械臂及基于Leap Motion的机械臂控制方法技术

本申请公开了一种机械臂及基于Leap Motion的机械臂控制方法，该机械臂包括基座、执行机构、主控板、第一舵机、第二舵机及第三舵机，执行机构包括底座部件、大臂部件、小臂部件和手腕，第一舵机、第二舵机与第三舵机分别驱动底座部件、大臂部件、小臂部件转动，操作简单。本申请提供的机械臂Leap Motion设备相结合，通过Leap Motion动作感应模仿实时控制机械臂完成相应动作，摆脱了传统机械臂采用按钮等方式控制的不人性化设计，操作简单而且精准度高，可以将人类思维与机器思维结合在一起，能够更好地执行目的任务。

Manipulator and control method based on Leap Motion

The invention discloses a manipulator and the manipulator control method based on Motion Leap, the mechanical arm comprises a base, actuator, control board, steering gear, steering gear second first and three actuator actuator includes a base member, arm parts, small arm and wrist, the steering gear, steering gear and second the third servos are driven base components, arm parts, small arm rotation, simple operation. The mechanical arm of the Leap Motion equipment provided by the application of combining, through the Leap Motion motion sensing imitate real-time control of mechanical arm to complete the corresponding action, get rid of the traditional mechanical arm with the control buttons and the humanized design, simple operation and high accuracy, can be human thinking and thinking machine together, can to better implement the task.

【技术实现步骤摘要】
机械臂及基于LeapMotion的机械臂控制方法
本专利技术涉及机械臂控制
，尤其涉及一种机械臂及基于LeapMotion的机械臂控制方法。
技术介绍
机械臂能模仿人手和臂的某些动作功能，是一种用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械臂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，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械臂是由执行机构、驱动机构和控制系统组成的，执行机构包括抓取部分(手部)、腕部、臂部和腰部，手部直接与工件接触，一般是回转型或平移型；腕部是连接手部和手臂的部件，用来调整被抓物体的方位；臂部是支撑被抓物体、手部、腕部的重要部件，其作用是带动手部去抓取物体，并按预定要求将其搬运到给定的位置；腰部是支撑臂部，其作用是带动臂部旋转。驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式，气动式速度快，结构简单，液动式可实现连续控制，使工业机械手的用途和通用性更广，且定位精度较高，因此目前常用的是气动和液动驱动方式。控制系统大多采用的是可编程序控制器，输入程序，机械臂按照编程程序实现搬运或焊接工作。但是，目前机械手臂大多数都是少自由度，而且都是采用电机、液压等输出动力结构与各手指放在一块，通过按钮操作而且移动角度受限，这样无形中加重了手臂的负担，限制了自由度的个数、抓取物品的质量和抓取物品的区域，而且操作起来比较复杂。还有目前大多数工业机器人只适应于特定的产品和工作环境，并且依赖于所提供的专用设备和工具，对于许多任务而言机械手臂的操作是不够的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种机械臂及基于LeapMotion的机械臂控制方法，以解决目前机械臂操作复杂、自由度较少的问题。第一方面，本专利技术提供了一种机械臂，该机械臂包括基座、执行机构和主控板，其中：所述执行机构包括底座部件、大臂部件、小臂部件和手腕，所述底座部件固定安装于所述基座上；所述底座部件上对称设置有第一固定支架和第二固定支架，所述大臂部件通过第一关节分别连接所述第一固定支架和第二固定支架；所述小臂部件通过第二关节连接所述大臂部件，所述手腕通过第三关节连接所述小臂部件；所述底座部件上安装有第一舵机，所述第一舵机驱动所述底座部件旋转；所述第一固定支架上安装有第二舵机，所述第二固定支架上安装有第三舵机，所述第二舵机与所述第三舵机驱动所述大臂部件绕所述第一关节转动、所述小臂部件绕所述第二关节转动；所述第一舵机、第二舵机与第三舵机分别与所述主控板通信连接。可选的，所述底座部件包括底座、支撑平台以及位于所述底座与支撑平台之间的旋转机构，所述底座固定安装于所述基座上，所述第一固定支架与第二固定支架分别与所述支撑平台固定连接；所述第一舵机驱动所述旋转机构转动。可选的，所述大臂部件包括两个平行设置的大臂，所述大臂靠近所述基座的一端连接所述第一关节；所述第二舵机的主轴穿过所述第一固定支架、所述第三舵机的主轴穿过所述第二固定支架分别与所述第一关节连接；所述大臂远离所述基座的一端连接所述第二关节。可选的，所述小臂部件包括两个平行设置的小臂，所述小臂连接所述第二关节；所述第一关节上连接有连接板，所述连接板通过第四关节连接有第一连杆，所述第一连杆通过第五关节连接所述小臂。可选的，所述手腕通过第六关节连接有横臂，所述横臂通过第七关节连接有三角板，所述三角板连接所述第二关节，所述三角板通过第八关节连接有第二连杆，所述第二连杆活动连接所述第一固定支架。可选的，所述机械臂还包括气嘴和气泵，所述气嘴活动连接所述手腕；所述手腕上设有与所述主控板通信连接的第四舵机，所述第四舵机驱动所述气嘴旋转；所述主控板与气嘴分别连接所述气泵。第二方面，本专利技术还提供了一种基于LeapMotion的机械臂控制方法，所述方法包括：LeapMotion设备实时采集手部运动数据，提取所述手部运动数据的特征参数；根据所述特征参数识别手部运动是否属于平移操作；若是，则发送代表机械臂平移的数据信号至所述机械臂主控板，通过所述主控板发出控制信号实现所述机械臂的平移动作；若否，再继续识别所述手部运动是否属于抓取操作；若是，则发送代表机械臂抓取的数据信号至所述机械臂主控板，通过所述主控板发出控制信号实现所述机械臂的抓取动作。可选的，所述LeapMotion设备实时采集手部运动数据，提取所述手部运动数据的特征参数，包括：通过LeapMotion设备建立不同的手势动作，将所述手势动作存储至控制机械臂动作的手势库中；所述LeapMotion设备实时采集手部运动数据，根据所述手部运动数据提取手掌中心到LeapMotion设备原点的坐标，计算得到手部的偏移角度；获取手部每个指骨的开始坐标位置和手移动后的坐标位置，计算得到中指和无名指的第一根指骨和第二根指骨之间的夹角；根据所述夹角识别所述手部的手势，将所述手势与手势库中的手势进行对比。可选的，所述通过LeapMotion设备建立不同的手势动作，包括：LeapMotion设备检测视野范围内的手、手指或工具，并为其赋予一个唯一ID号码作为标记；通过LeapMotion设备建立不同的手势动作，包括上、下、左、右、前、后、抓取和松开动作。可选的，所述LeapMotion设备实时采集手部运动数据，提取所述手部运动数据的特征参数，还包括：所述LeapMotion设备实时采集手部运动数据，根据所述手部运动数据提取手掌坐标值和手偏移翻转角度；将所述手掌坐标值和手偏移翻转角度转换为机械臂的动作参数。本专利技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术提供的机械臂通过第一舵机、第二舵机与第三舵机分别实现底座部件旋转、大臂部件俯仰、小臂部件俯仰等动作，操作简单，易于拆装，能够替代许多传统的设备，按人工控制的要求来抓取、搬运物件或完成相应操作，也可代替繁重的人工劳动来实现生产的机械化和自动化。还有本申请将机械臂与LeapMotion设备相结合，通过LeapMotion设备采集手部运动数据，提取手部运动数据的特征参数，将特征参数转化为机械臂的对应操作指令，之后根据操作指令控制机械臂做出相应的动作，整个操作过程十分流畅并且精确度高，能够摆脱传统机械臂采用按钮等方式控制的不人性化设计，操作简单而且精准度高，可以将人类思维与机器思维结合在一起，能够更好地执行目的任务。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种机械臂的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种机械臂中底座部件的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种机械臂中大臂部件与小臂部件的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种机械臂中腕部的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种基于LeapMotion的机械臂控制方法的流程图；图6为本专利技术实施例提供的基于LeapMotion的机械臂控制方法的一个实施例的流程图；图7为本专利技术实施例提供的基于LeapMotion的机械臂控制方法的另一个实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂，其特征在于，包括基座(1)、执行机构和主控板(20)，其中：所述执行机构包括底座部件(2)、大臂部件、小臂部件和手腕(5)，所述底座部件(2)固定安装于所述基座(1)上；所述底座部件(2)上对称设置有第一固定支架(204)和第二固定支架(205)，所述大臂部件通过第一关节(7)分别连接所述第一固定支架(204)和第二固定支架(205)；所述小臂部件通过第二关节(8)连接所述大臂部件，所述手腕(5)通过第三关节(9)连接所述小臂部件；所述底座部件(2)上安装有第一舵机(203)，所述第一舵机(203)驱动所述底座部件(2)旋转；所述第一固定支架(204)上安装有第二舵机(301)，所述第二固定支架(205)上安装有第三舵机(302)，所述第二舵机(301)与所述第三舵机(302)驱动所述大臂部件绕所述第一关节(7)转动、所述小臂部件绕所述第二关节(8)转动；所述第一舵机(203)、第二舵机(301)与第三舵机(302)分别与所述主控板(20)通信连接。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂，其特征在于，包括基座(1)、执行机构和主控板(20)，其中：所述执行机构包括底座部件(2)、大臂部件、小臂部件和手腕(5)，所述底座部件(2)固定安装于所述基座(1)上；所述底座部件(2)上对称设置有第一固定支架(204)和第二固定支架(205)，所述大臂部件通过第一关节(7)分别连接所述第一固定支架(204)和第二固定支架(205)；所述小臂部件通过第二关节(8)连接所述大臂部件，所述手腕(5)通过第三关节(9)连接所述小臂部件；所述底座部件(2)上安装有第一舵机(203)，所述第一舵机(203)驱动所述底座部件(2)旋转；所述第一固定支架(204)上安装有第二舵机(301)，所述第二固定支架(205)上安装有第三舵机(302)，所述第二舵机(301)与所述第三舵机(302)驱动所述大臂部件绕所述第一关节(7)转动、所述小臂部件绕所述第二关节(8)转动；所述第一舵机(203)、第二舵机(301)与第三舵机(302)分别与所述主控板(20)通信连接。2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述底座部件(2)包括底座(201)、支撑平台(202)以及位于所述底座(201)与支撑平台(202)之间的旋转机构，所述底座(201)固定安装于所述基座(1)上，所述第一固定支架(204)与第二固定支架(205)分别与所述支撑平台(202)固定连接；所述第一舵机(203)驱动所述旋转机构转动。3.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述大臂部件包括两个平行设置的大臂(3)，所述大臂(3)靠近所述基座(1)的一端连接所述第一关节(7)；所述第二舵机(301)的主轴穿过所述第一固定支架(204)、所述第三舵机(302)的主轴穿过所述第二固定支架(205)分别与所述第一关节(7)连接；所述大臂(3)远离所述基座(1)的一端连接所述第二关节(8)。4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述小臂部件包括两个平行设置的小臂(4)，所述小臂(4)连接所述第二关节(8)；所述第一关节(7)上连接有连接板(10)，所述连接板(10)通过第四关节(11)连接有第一连杆(12)，所述第一连杆(12)通过第五关节(13)连接所述小臂(4)。5.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述手腕(5)通过第六关节(14)连接有横臂(15)，所述横臂(15)通过第七关节(16)连接有三角板(17)，所述三角板(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘培强，张斌，陈阳，孙家君，
申请(专利权)人：山东工商学院，
类型：发明
国别省市：山东,37