一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构及其方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构及其方法，属于工业机器人技术领域，包括底座以及设置在底座上的机械臂组件，并在机械臂组件的前端连接有配件的更换接口，机械臂组件通过配件的更换接口连接有集成底座，集成底座上设置有夹持吸盘组件和手势识别器，夹持吸盘组件用于夹臂夹持或者通过吸盘负压夹持。将夹臂夹持和吸盘夹持两者结合在一起，采用单一动力控制，针对不同需求可以选择不同的夹持方式，可以有选择的针对不同工件或者不同形状的结构，调整至最合适的夹持方式。调整至最合适的夹持方式。调整至最合适的夹持方式。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构及其方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人
，特别涉及一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构及其方法。

技术介绍

[0002]工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中，工业机器人在工业上常常使用机械臂结构。
[0003]基于视觉的手势交互使用手势识别方法实现人机交互，从交互过程来看，主要包含4个步骤，如图2所示：1)数据采集：通过摄像头采集人体手部图像；2)手部检测与分割：检测输入图像是否有手，如果有手，则检测出手的具体位置，并将手部分割出来；3)手势识别：提取手部区域特征并将其种类按照一定方法识别出来；4)使用识别结果控制虚拟环境中的人或物：将识别结果发送给虚拟环境控制系统，从而控制虚拟人/物实现特定运动。其中，手势识别是整个手势交互过程的核心，而手部检测与分割则是手势识别的基础。
[0004]现有的手势控制机械臂，而现有的机械臂配件单一，往往一个配件只能实现一个功能，例如夹持只有夹臂夹持或者吸盘夹持两个独立的配件，针对不同的物品而需要更换，导致效率降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构及其方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，包括底座以及设置在底座上的机械臂组件，并在机械臂组件的前端连接有配件的更换接口，机械臂组件通过配件的更换接口连接有集成底座，集成底座上设置有夹持吸盘组件和手势识别器，夹持吸盘组件用于夹臂夹持或者通过吸盘负压夹持。
[0007]进一步地，机械臂组件包括轴减速电机、轴臂和底座电机，其中，底座电机安装在底座固定；
[0008]所述轴减速电机和轴臂为一组，设置不小于一组的轴减速电机和轴臂相互连接形成多轴机械臂，其中，多轴机械臂的一端与底座电机相接，另一端与更换接口相接，并且底座电机和轴减速电机均受控于手势识别器，通过手势识别器识别手势控制机械臂组件和夹持吸盘组件，根据不同手势下达的不同指令，驱动夹持吸盘组件用于夹臂夹持或者吸盘夹持动作。
[0009]进一步地，更换接口包括接头座、插杆和插头，其中，接头座上固定有插槽，插杆径向贯穿接头座延伸至插槽内；
[0010]所述插头的一端插入插槽内，并且插头的侧面设有贯穿的螺孔，插杆与插头的螺
孔啮合，插头的另一端与集成底座固定。
[0011]进一步地，夹持吸盘组件包括夹臂夹持组件、吸盘夹持组件和动力组件，夹臂夹持组件和吸盘夹持组件均设置在集成底座上，并且之间相互连接，动力组件与吸盘夹持组件相接。
[0012]进一步地，夹臂夹持组件包括左丝杠、右丝杆、第一锥齿轮、左夹臂和右夹臂，左丝杠和右丝杆分别置于集成底座底部对称的两个空槽内，并且左丝杠和右丝杆的一端均插入集成底座中部的传动腔室内与第一锥齿轮相接，左夹臂与左丝杠啮合，右夹臂与右丝杆啮合，左夹臂和右夹臂穿出集成底座。
[0013]进一步地，吸盘夹持组件包括负压气泵、支撑管、负压管、真空吸盘、吸盘管、上弹簧、下弹簧和传动螺杆，支撑管与集成底座固定，支撑管的内部设有直径不同的两个空腔，其中直径大的空腔上下端均固定有上弹簧和下弹簧，直径小的空间贯穿支撑管并与传动腔室和大空腔连通；
[0014]所述吸盘管的一端插入大空腔内，另一端穿出支撑管与真空吸盘相接，位于大空腔的吸盘管上连接有扩口环，其中扩口环与大空腔的内壁密封连接，扩口环侧边沿的缺口还被大空腔内壁上的条形块贯穿，支撑管径向设置的通孔与大空腔连通，用于平衡气压；
[0015]所述传动螺杆一端连接有第二锥齿轮，传动螺杆的另一端插入吸盘管内，其中，吸盘管的内壁设有一段内螺纹，吸盘管的侧面还设有气流通孔，吸盘管下降至最大行程则气流通孔与负压管连通，并且负压管与集成底座上的负压气泵连接；
[0016]所述扩口环位于上弹簧和下弹簧之间。
[0017]进一步地，动力组件包括双级减速电机和传动轴，双级减速电机设置在集成底座内，双级减速电机上连接的传动轴穿入传动腔室与第二锥齿轮的端口固定，其中第二锥齿轮的两侧分别与左丝杠和右丝杆的第一锥齿轮啮合，则通过双级减速电机驱动左丝杠和右丝杆反向旋转，左夹臂和右夹臂同向或者反向移动。
[0018]进一步地，手势识别器包括立体摄像头、动作提取模块、图像处理模块和机械臂控制模块，立体摄像头与图像处理模块相接，图像处理模块与动作提取模块相接，动作提取模块接入机械臂控制模块，通过立体摄像头采集手势动作并以模拟数据发送至图像处理模块，图像处理模块通过模数转换将立体摄像头拍摄的手势动作处理为一帧一帧的图片，动作提取模块提取每一帧内的手势动作，并将手势动作发送至机械臂控制模块，通过对手势动作的识别与存储的手势数据库对比识别手势指令，并下达指令机械臂组件和夹持吸盘组件，控制机械臂。
[0019]本专利技术提出的另一种技术，包括基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构的方法，包括以下步骤：
[0020]S1：立体摄像头采集手势动作后通过逐帧转换为图片，并识别图片中的手势，下达指令至机械臂组件和夹持吸盘组件，控制底座电机和轴减速电机调整机械臂的位置，控制双级减速电机选择夹持方式；
[0021]S2：若识别的指令为夹臂夹持，则驱动双级减速电机的传动轴正转，则在下弹簧的推力下，传动螺杆的旋转方向与吸盘管的内螺纹方向相反，吸盘管带动真空吸盘上移，吸盘管的扩口环抵在上弹簧上带动上弹簧压缩，直至吸盘管和吸盘管的螺纹脱离，真空吸盘完全缩入支撑管内；
[0022]在传动螺杆旋转的同时，左丝杠和右丝杆也同步旋转，并且左夹臂和右夹臂相向移动夹持物体；
[0023]S3：若识别的指令为吸盘负压夹持，则驱动双级减速电机的传动轴反转，则在上弹簧的推力下，传动螺杆的旋转方向与吸盘管的内螺纹方向相反，吸盘管带动真空吸盘下移，吸盘管的扩口环抵在下弹簧上带动下弹簧压缩，直至吸盘管和吸盘管的螺纹脱离，真空吸盘完全伸出支撑管内，吸盘管下降至最大行程则气流通孔与负压管连通，并且负压管与集成底座上的负压气泵连接，真空吸盘内有负压气流，用于真空吸住待夹物；
[0024]在传动螺杆旋转的同时，左丝杠和右丝杆也同步旋转，并且左夹臂和右夹臂相反移动。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]本专利技术提出的一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构及其方法，立体摄像头采集手势动作后通过逐帧转换为图片，并识别图片中的手势，下达指令至机械臂组件和夹持吸盘组件，控制底座电机和轴减速电机调整机械臂的位置，控制双级减速电机选择夹持方式；若识别的指令为夹臂夹持，则驱动双级减速电机的传动轴正转，则在下弹簧的推力下，传动螺杆的旋转方向与吸盘管的内螺纹方向相反，吸盘管带动真空吸盘上移，吸盘管的扩口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，其特征在于，包括底座(1)以及设置在底座(1)上的机械臂组件(3)，并在机械臂组件(3)的前端连接有配件的更换接口(2)，机械臂组件(3)通过配件的更换接口(2)连接有集成底座(4)，集成底座(4)上设置有夹持吸盘组件(5)和手势识别器(6)，夹持吸盘组件(5)用于夹臂夹持或者通过吸盘负压夹持。2.如权利要求1所述的一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，其特征在于，机械臂组件(3)包括轴减速电机(31)、轴臂(32)和底座电机(33)，其中，底座电机(33)安装在底座(1)固定；所述轴减速电机(31)和轴臂(32)为一组，设置不小于一组的轴减速电机(31)和轴臂(32)相互连接形成多轴机械臂，其中，多轴机械臂的一端与底座电机(33)相接，另一端与更换接口(2)相接，并且底座电机(33)和轴减速电机(31)均受控于手势识别器(6)，通过手势识别器(6)识别手势控制机械臂组件(3)和夹持吸盘组件(5)，根据不同手势下达的不同指令，驱动夹持吸盘组件(5)用于夹臂夹持或者吸盘夹持动作。3.如权利要求1所述的一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，其特征在于，更换接口(2)包括接头座(21)、插杆(22)和插头(23)，其中，接头座(21)上固定有插槽(211)，插杆(22)径向贯穿接头座(21)延伸至插槽(211)内；所述插头(23)的一端插入插槽(211)内，并且插头(23)的侧面设有贯穿的螺孔，插杆(22)与插头(23)的螺孔啮合，插头(23)的另一端与集成底座(4)固定。4.如权利要求1所述的一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，其特征在于，夹持吸盘组件(5)包括夹臂夹持组件(51)、吸盘夹持组件(52)和动力组件(53)，夹臂夹持组件(51)和吸盘夹持组件(52)均设置在集成底座(4)上，并且之间相互连接，动力组件(53)与吸盘夹持组件(52)相接。5.如权利要求4所述的一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，其特征在于，夹臂夹持组件(51)包括左丝杠(511)、右丝杆(512)、第一锥齿轮(513)、左夹臂(514)和右夹臂(515)，左丝杠(511)和右丝杆(512)分别置于集成底座(4)底部对称的两个空槽内，并且左丝杠(511)和右丝杆(512)的一端均插入集成底座(4)中部的传动腔室内与第一锥齿轮(513)相接，左夹臂(514)与左丝杠(511)啮合，右夹臂(515)与右丝杆(512)啮合，左夹臂(514)和右夹臂(515)穿出集成底座(4)。6.如权利要求4所述的一种基于视觉手势控制的工业操作机械臂结构，其特征在于，吸盘夹持组件(52)包括负压气泵(521)、支撑管(523)、负压管(524)、真空吸盘(525)、吸盘管(526)、上弹簧(527)、下弹簧(528)和传动螺杆(529)，支撑管(523)与集成底座(4)固定，支撑管(523)的内部设有直径不同的两个空腔，其中直径大的空腔上下端均固定有上弹簧(527)和下弹簧(528)，直径小的空间贯穿支撑管(523)并与传动腔室和大空腔连通；所述吸盘管(526)的一端插入大空腔内，另一端穿出支撑管(523)与真空吸盘(525)相接，位于大空腔的吸盘管(526)上连接有扩口环，其中扩口环与大空腔的内壁密封连接，扩口环侧边沿的缺口还被大空腔内壁上的条形块贯穿，支撑管(523)径向设置的通孔与大空腔连通，用于平衡气压；所述传动螺杆(529)一端连接有第二锥齿轮，传动螺杆(52...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑孝洋，
申请(专利权)人：深圳市正运动技术有限公司，
类型：发明
国别省市：