一种基于Kinect远程操控的气动机械手制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Kinect远程操控的气动机械手，包括Kinect传感器、计算机、D/A嵌入式板、PWM压电式气动比例阀、气动三联体、空气压缩机、人工肌肉、弹簧和手指关节，其特征在于：Kinect传感器设于手指关节的一侧，同时Kinect传感器的摄像头模组面向手指关节。本发明专利技术的气动仿人机械手外形尺寸与人手基本相同，该机械手实现人机交互，并且可以远程操控，传动结构新颖，简洁紧凑，手指控制便捷、运动灵活，手指运动范围大，应用范围广，且采用气动的机械手系统即使有泄漏，也不会像液压造成污染，PWM压电式气动比例阀动态响应快、成本低、对噪声的抵抗能力强，且使用Kinect传感器的摄像头返回的图像每个像素表示该点距离摄像头的距离，单位为mm，因此探测的精度较高。

A pneumatic manipulator based on Kinect remote control

【技术实现步骤摘要】
一种基于Kinect远程操控的气动机械手
本专利技术涉及人机交互领域，具体是指一种基于Kinect远程操控的气动机械手。
技术介绍
随着机器人学的发展，机器人的应用领域在不断拓宽，机器人作业的任务和环境的复杂性不断增加，对于现在传统的机器人人机交互通常采用摇杆或按键等操作方式，存在操作繁琐、系统延时长等缺点。人类关节具有目前机器人所不具备的优良特性，既可以实现较准确的位置控制又具有很好的柔顺性。这种特性主要是由关节所采用的对抗性肌肉驱动方式所决定的。目前机械手的关节驱动装置存在一些缺点，例如：由于使用的机构数目众多，造成传动过程中克服机构之间的摩擦而消耗大量能量，使输出端的能量与输入端产生的能量相比下降很多；驱动装置结构复杂，外部体积很大，影响使用的灵活性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种基于Kinect远程操控的气动机械手。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：一种基于Kinect远程操控的气动机械手，包括Kinect传感器、计算机、D/A嵌入式板、PWM压电式气动比例阀、气动三联体、空气压缩机、人工肌肉、弹簧和手指关节，其特征在于：所述的Kinect传感器设于手指关节的一侧，同时Kinect传感器的摄像头模组面向手指关节，同时Kinect传感器的输入输出接口与计算机之间设有电连接，所述的D/A嵌入式板的输入接口与计算机之间设有电连接，同时D/A嵌入式板的输出接口与PWM压电式气动比例阀的比例放大器一端设有电连接，所述的PWM压电式气动比例阀采用的是三位五通阀，同时PWM压电式气动比例阀的气动输入接口与气动三联体之间设有管路连接，且气动三联体的输入端口与空气压缩机设有连接，所述人工肌肉采用气动肌肉，PWM压电式气动比例阀的气动输出接口与人工肌肉通过软管连接，人工肌肉的另一端通过绳索与机械手的手指关节连接，所述的弹簧采用是设于手指关节的内部凹槽处，弹簧的两端通过压缩与凹槽内的凸点固定装配连接，所述的每个手指关节是独立设置，每个手指关节对应设有PWM压电式气动比例阀、人工肌肉、弹簧。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术的气动仿人机械手的外形尺寸与人手基本相同，传动结构新颖，简洁紧凑，手指控制便捷、运动灵活，手指运动范围大，应用范围广，且采用气动的机械手系统即使有泄漏，也不会像液压系统那样污染产品和环境，不受电磁干扰，同时PWM压电式气动比例阀存在谐波小，利用惯性环节的冲量等效原理模拟正弦波，且PWM压电式气动比例阀动态响应快、电源侧功率因数高、控制电路相对简单、成本低、对噪声的抵抗能力强，且使用Kinect传感器的摄像头返回的图像每个像素表示该点距离摄像头的距离，单位为mm，因此探测的精度较高。作为改进，所述气动仿人机械手的手指关节采用3D打印技术设计，同时控制机械手使用Festo公司的人工肌肉-FluidicMuscle。作为改进，所述的每个手指关节内设有一个肌腱和一个弹簧。作为改进，所述的计算机使用ANFIS算法，同时Kinect传感器、计算机、PWM压电式气动比例阀组成整体的控制系统，而非传统的PID控制系统来控制机械手，并完成逆运动学的计算。附图说明图1是一种基于Kinect远程操控的气动机械手的系统框图。图2是一种基于Kinect远程操控的气动机械手的工作流程图。图3是一种基于Kinect远程操控的气动机械手的气动仿人机械手结构示意图。图4是机械手的正运动学手指坐标图。图5是ANFIS逆运动的流程框图。如图所示：1、Kinect传感器，2、计算机，3、D/A嵌入式板，4、PWM压电式气动比例阀，5、气动三联体，6、空气压缩机，7、人工肌肉，8、弹簧，9、手指关节。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术在具体实施时，一种基于Kinect远程操控的气动机械手，包括Kinect传感器1、计算机2、D/A嵌入式板3、PWM压电式气动比例阀4、气动三联体5、空气压缩机6、人工肌肉7、弹簧8和手指关节9，其特征在于：所述的Kinect传感器1设于手指关节9的一侧，同时Kinect传感器1的摄像头模组面向手指关节9，同时Kinect传感器1的输入输出接口与计算机2之间设有电连接，所述的D/A嵌入式板3的输入接口与计算机2之间设有电连接，同时D/A嵌入式板3的输出接口与PWM压电式气动比例阀4的比例放大器一端设有电连接，所述的PWM压电式气动比例阀4采用的是三位五通阀，同时PWM压电式气动比例阀4的气动输入接口与气动三联体5之间设有管路连接，且气动三联体5的输入端口与空气压缩机6设有连接，所述人工肌肉7采用气动肌肉，PWM压电式气动比例阀4的气动输出接口与人工肌肉7通过软管连接，人工肌肉7的另一端通过绳索与机械手的手指关节9连接，所述的弹簧8采用是设于手指关节9的内部凹槽处，弹簧8的两端通过压缩与凹槽内的凸点固定装配连接，所述的每个手指关节9是独立设置，每个手指关节9对应设有PWM压电式气动比例阀4、人工肌肉7、弹簧8。所述气动仿人机械手的手指关节9采用3D打印技术设计，同时控制机械手使用Festo公司的人工肌肉-FluidicMuscle。所述的每个手指关节9内设有一个肌腱和一个弹簧8。所述的计算机2使用ANFIS算法，同时Kinect传感器1、计算机2、PWM压电式气动比例阀4组成整体的控制系统，而非传统的PID控制系统来控制机械手，并完成逆运动学的计算。本专利技术的工作原理：本专利技术的气动仿人机械手针对于制造方面，机械手的零件需要进行3D打印。因为大多数的零件是非标准件而且形状各异，因此，需要进行3D打印来进行制造。同时在Kinect手势识别控制系统方面，设计一种基于kinect机械手来更简便的达到远程控制的要求，使得机械手可在其处于危险或远程情况下操作，使用ANFIS算法可有效的对逆运动学来进行求解，有利于对机械手的抓取，控制机械手使用Festo公司的人工肌肉-FluidicMuscle，在使用D/A嵌入式板将计算出的角度的数据输入到D/A嵌入式板中，然后在连接到PWM气动调压阀中，控制FluidicMuscle来达到运动要求，且计算机内设有自适应神经模糊推理系统是一种将模糊逻辑和神经元网络有机结合的新型的模糊推理系统结构，采用反向传播算法和最小二乘法的混合算法调整前提参数和结论参数，并能自动产生If-Then规则。基于自适应神经网络的模糊推理系统ANFIS(AdaptiveNetwork-basedFuzzyInferenceSystem)将神经网络与模糊推理有机的结合起来，既发挥了二者的优点，又弥补了各自的不足。机械手根据ANFIS进行逆运动学的求解，该方法求解机械手的逆运动学是一个近似解而且是唯一解，而使用循环坐标下降(CCD)算法、BFGS算法、雅克比矩阵(Jacobianpseudo-inverse)等方法计算出来的逆运动学解大多数不是唯一解，因此该算法的优点很突出。对设计的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kinect远程操控的气动机械手，包括Kinect传感器(1)、计算机(2)、D/A嵌入式板(3)、PWM压电式气动比例阀(4)、气动三联体(5)、空气压缩机(6)、人工肌肉(7)、弹簧(8)和手指关节(9)，其特征在于：所述的Kinect传感器(1)设于手指关节(9)的一侧，同时Kinect传感器(1)的摄像头模组面向手指关节(9)，同时Kinect传感器(1)的输入输出接口与计算机(2)之间设有电连接，所述的D/A嵌入式板(3)的输入接口与计算机(2)之间设有电连接，同时D/A嵌入式板(3)的输出接口与PWM压电式气动比例阀(4)的比例放大器一端设有电连接，所述的PWM压电式气动比例阀(4)采用的是三位五通阀，同时PWM压电式气动比例阀(4)的气动输入接口与气动三联体(5)之间设有管路连接，且气动三联体(5)的输入端口与空气压缩机(6)设有连接，所述人工肌肉(7)采用气动肌肉，PWM压电式气动比例阀(4)的气动输出接口与人工肌肉(7)通过软管连接，人工肌肉(7)的另一端通过绳索与机械手的手指关节(9)连接，所述的弹簧(8)采用是设于手指关节(9)的内部凹槽处，弹簧(8)的两端通过压缩与凹槽内的凸点固定装配连接，所述的每个手指关节(9)是独立设置，每个手指关节(9)对应设有PWM压电式气动比例阀(4)、人工肌肉(7)、弹簧(8)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于Kinect远程操控的气动机械手，包括Kinect传感器(1)、计算机(2)、D/A嵌入式板(3)、PWM压电式气动比例阀(4)、气动三联体(5)、空气压缩机(6)、人工肌肉(7)、弹簧(8)和手指关节(9)，其特征在于：所述的Kinect传感器(1)设于手指关节(9)的一侧，同时Kinect传感器(1)的摄像头模组面向手指关节(9)，同时Kinect传感器(1)的输入输出接口与计算机(2)之间设有电连接，所述的D/A嵌入式板(3)的输入接口与计算机(2)之间设有电连接，同时D/A嵌入式板(3)的输出接口与PWM压电式气动比例阀(4)的比例放大器一端设有电连接，所述的PWM压电式气动比例阀(4)采用的是三位五通阀，同时PWM压电式气动比例阀(4)的气动输入接口与气动三联体(5)之间设有管路连接，且气动三联体(5)的输入端口与空气压缩机(6)设有连接，所述人工肌肉(7)采用气动肌肉，PWM压电式气动比例阀(4)的气动输出接口与人工肌肉(7)通过软管连接，人工肌肉(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李月峰，路欣雨，于鸿宇，
申请(专利权)人：李月峰，
类型：发明
国别省市：黑龙;23