CN109116980A - 一种手势识别智能机器人*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种手势识别智能机器人***，所述***包括智能机器人、手机APP、手势识别模块；其中，手机APP与智能机器人通信连接，用于对智能机器人进行远程控制；手势识别模块与智能机器人通信连接，手势识别模块用于对智能机器人进行手势识别控制；智能机器人包括控制模块、电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置，无线通信装置包括红外遥控模块、蓝牙模块以及WIFI模块，控制模块分别与电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置电连接。本发明的手势识别智能机器人***具有功能齐全，可以提供多种手势控制，且手势控制精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种手势识别智能机 器人***。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又 可以运行预先编写好的程序进行无人化作业，也可以根据人工智能技 术制定的原则纲领行动。他的任务是协助或取代人类的工作，例如生 产业、建造业、或者是危险的工作地点。
手势控制是机器人发展的重要方向之一，手势识别作为人机交互 的重要组成部分，其研究发展影响着人机交互的自然性和灵活性，手 势识别机器人的目的是要通过互联网将家用电子设备连接起来实现 智能化管理，也就是让并且有很好的人机交互体验，让生活变得更加 舒适与方便。
但是现有的机器人一般通过无线遥控控制，并不具备手势控制功 能，无法对机器人进行简单便捷的操作控制，也不具备将手势控制与 APP以及智能机器人结合为一个整体***的智能机器人***。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种可以通过手势控制 的手势识别智能机器人***。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种手势识别智能机器人***，所述***包括智能机器人、手机 APP、手势识别模块；其中，
所述手机APP与所述智能机器人通信连接，用于对所述智能机 器人进行远程控制；
所述手势识别模块与所述智能机器人通信连接，所述手势识别模 块用于对智能机器人进行手势识别控制；
所述所述智能机器人包括控制模块、电机驱动模块、四路红外避 障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装 置，所述无线通信装置包括红外遥控模块、蓝牙模块以及WIFI模块， 所述控制模块分别与电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、 温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置电连接。
进一步地，所述手势识别模块为“罗盘”模块，所述“罗盘”模 块包括超声波测距传感器，所述超声波测距传感器检测人手在超声波 测距传感器上的动作，计算手部控制动作，将手部控制动作数据传输 到所述智能机器人。
进一步地，所述手势识别模块为“手套”模块，所述“手套”模 块包括加速度传感器、姿态获取传感器以及控制芯片，所述加速度传 感器、姿态获取传感器获取手部运动数据，并将数据传输到所述控制 芯片进行处理，获得手部的控制动作数据，所述控制芯片将手部的控 制动作数据传输到所述智能机器人。
进一步地，所述手势识别模块为“滑动”模块，所述“滑动”模 块包括手势识别传感器，所述手势识别传感器识别手部的滑动信号， 并将信号传输到所述智能机器人。
进一步地，所述“手套”模块采用特征提取算法，计算手部的控 制动作数据。
进一步地，所述“滑动”模块采用模板匹配算法，计算手部的滑 动信号动作数据。
进一步地，所述智能机器人的控制模块包括Arduino单片机开发 板，所述Arduino单片机开发板存储有控制软件，所述控制软件用于 对所述智能机器人的电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、 温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置进行控制。
进一步地，所述APP可安装在智能终端上，所述智能终端包括 智能手机、平板电脑，所述APP可通过获取所述智能手机或者平板 电脑的蓝牙权限或者WIFI权限与所述智能机器人进行通信连接，对 智能机器人进行远程控制。
进一步地，所述APP包括手势、避障、寻迹、蓝牙、测距、WIFI、 红外遥控、温湿度功能选择图标。
进一步地，所述手势识别智能机器人***还包括红外遥控器，所 述红外遥控器对所述智能机器人进行远程遥控操作。
与现有技术相比，本发明提供的手势识别智能机器人***具有功 能齐全，可以提供多种手势控制，且手势控制精度高等优点。
附图说明
图1为本发明的手势识别智能机器人***的示意图；
图2为本发明的手势识别智能机器人***的智能机器人的内部结 构示意图；
图3为本发明的手势识别智能机器人***的APP主界面图；
图4为本发明的手势识别智能机器人***的“罗盘”模块的示意 图；
图5为本发明的手势识别智能机器人***的“手套”模块的示意 图；
图6为本发明的手势识别智能机器人***的特征提取算法的空间 坐标图；
图7为本发明的手势识别智能机器人***的“滑动”模块的红外 发射和接收管的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细 描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，为本发明的手势识别智能机器人***的一种实施 例，该手势识别智能机器人***包括：智能机器人、手机APP、手势 识别模块；其中，
所述手机APP与所述智能机器人通信连接，用于对所述智能机 器人进行远程控制；手机APP可以与智能机器人通过蓝牙或者通过 WIFI进行连接，传输数据。
手机APP软件主要包括三个界面：模式选择界面(主界面)、 登录界面以及智能连接界面，左右滑动可切换界面。参考图3，主界 显示智能机器人有手势、避障、寻迹、蓝牙、测距、WIFI、红外遥控、 温湿度等八大功能。主界面的八大功能图标都拥有子界面，单击功能选择图标即可进入相对应的子界面，在子界面中单击“Start”运行对 应功能。另外，主界面可滑动切换为智能连接界面。
手势识别模块分为三种独立的模块，每个模块可以独立控制机器 人并实现不同手势识别效果，包括“罗盘”模块、“手套”模块以及 “滑动”模块。
手势识别模块与智能机器人通信连接，手势识别模块用于对智能 机器人进行手势识别控制；手势识别模块与智能机器人可以通过蓝牙 或者WIFI进行连接，传输数据。
参考图2，所述智能机器人10包括控制模块11、电机驱动模块 12、四路红外避障模块13、循迹模块14、温湿度检测模块15、超声 波测距模块16，无线通信装置17，所述无线通信装置17包括红外遥 控模块、蓝牙模块以及WIFI模块，所述控制模块11分别与电机驱动模块12、四路红外避障模块13、循迹模块14、温湿度检测模块15、 超声波测距模块16，无线通信装置17电连接。
智能机器人的四路红外避障模块：采用4个红外传感器，装在智 能机器人前方的四个方位，当一个或多个传感器检测到信号时，通过 控制模块中的软件程序控制电机驱动模块实现机器人的运动方向，从 而实现四路红外避障的功能。
超声波测距模块：选用HC-SR04型超声波测距传感器，实现机 器人的部分避障和测距功能，并在安装APP的液晶屏上显示距离。
循迹模块：采用rpr220光电开关，当检测到黑线时，红外接收管 没有接收到反射回来的红外光，触发光电开关，机器人沿着黑线行驶。
红外遥控模块：IR Receiver Module对接收到的信号进行光电放 大、调制，再将调制后的信号发送给控制模块，控制模块对接收到的 信号进行解码，实现智能红外遥控。
温湿度检测模块：使用DHT11传感器对周围环境的温度和湿度 进行检测，将数据以数字信号的形式输出到控制模块，并在安装APP 的液晶屏上显示。
蓝牙模块：包括蓝牙HC05，蓝牙HC05是主从一体的蓝牙串口 模块，借助智能终端，如手机APP连接蓝牙，采用键码控制机器人。
WIFI无线控制：包括ESP8266，ESP8266是一款超低功耗的 UART-WiFi透传模块，借助智能终端，如手机APP连接WIFI，采用 键值遥控机器人。
所述手势识别模块可以为“罗盘”模块，所述“罗盘”模块包括 超声波测距传感器，所述超声波测距传感器检测人手在超声波测距传 感器上的动作，计算手部控制动作，将手部控制动作数据传输到所述 智能机器人。
参考图4，手势***模块一(“罗盘”模块)：使用HC-SR04 型超声波测距传感器，把手放在超声波测距传感器上方，超声波接收 器检测是否有信号返回，通过信号计算手部动作，传达数据从而达成 手势控制。超声波传感器具有环境适应能力强，对色彩、光照度不敏感，探测速度快，构造简易、占空间小且价格低廉。在模块上方标记 八个对应方向设置超声波测距传感器的接收头(31、32、33、34、35、 36、37、38)，制成“罗盘”(模块方位原理类似于罗盘)，当“罗 盘”感应到手触发动作时，机器人将随手相对罗盘中心的方向运动。
所述手势识别模块可以为“手套”模块，所述“手套”模块包括 加速度传感器、姿态获取传感器以及控制芯片，所述加速度传感器、 姿态获取传感器获取手部运动数据，并将数据传输到所述控制芯片进 行处理，获得手部的控制动作数据，所述控制芯片将手部的控制动作 数据传输到所述智能机器人。
参考图5，手势***模块二(“手套”模块)：使用加速度传感 器ADXL345来完成对手势数据的采集，它采用了MEMS技术，具 有小巧、轻薄、功耗低、量程可编程、分辨率高等优点，使用姿态获 取传感器MPU6050采集手部动作的三轴加速度、角速度和和通过姿 态解算得到的三轴姿态角。它的控制芯片ATmega328控制加速度传 感器、姿态获取传感器运行，然后再将手部的控制动作数据传输到所 述智能机器人。手平放时机器人静止，手分别向八个方位倾斜时，机 器人运动方向与手倾斜方向一致，实现魔术手套远程操控。
所述手势识别模块可以为“滑动”模块，所述“滑动”模块包括 手势识别传感器，所述手势识别传感器识别手部的滑动信号，并将信 号传输到所述智能机器人。
手势***模块三(“滑动”模块)：“滑动”模块使用基于PAJ7620U2 的手势识别传感器，它可以识别9种不同方向的手势，包括上、下、 左、右、前、后、顺时针、逆时针、摇摆。“滑动”模块使用I2C接 口，使用相应arduino库函数即可编程控制，“滑动”模块返回的信 号可用作为机器人接收的控制信号，从而实现对机器人的控制。“滑 动”模块感应为立体方位，当手向上移动时，机器人感应到数据，向 前运动，滑动方位的不同可以控制多个方向运动，效果：滑动空气， 机器人运动，内置的识别算法相当智能，能够把双手从生硬的按键中 解放出来。
在本实施例中，所述“手套”模块采用特征提取算法，计算手部 的控制动作数据。本文“手套”模块采用特征提取算法，在参考坐标 系中提取手势值，以“手套”采集模块为O点，建立空间矩形坐标 系，参考图6。采集模块提取数据后，截取4点数据进行坐标处理。 将四个点的平面与参考坐标系的x-y平面进行比较，计算两个平面角 的大小和方向。当角度满足触发范围时，手势模块发送指令控制智能 机器人。
在本实施例中，所述“滑动”模块采用模板匹配算法，计算手部 的滑动信号动作数据。
“滑动”模块采用模板匹配算法，将矩阵级信号特征与模板匹配。 参考图7，手势识别传感器将图像视为由一定数量的点组成的正方形， 每个点都有一对红外发射和接收管，发射和接收一定频率的红外辐 射。当手势被检测到时，红外反射被接收管接收。比较器电路处理完 成后，绿灯指示灯亮。同时，信号输出接口输出一个数字信号(低电 平信号)。手势的特征可以通过矩阵的电平信号来判断。如左波，初 始:矩阵为高电平；时间1:低水平由右矩阵，高水平由左；时间2:右矩阵 高电平，左矩阵低电平；时间3:矩阵恢复高电平。最后，将收集到的 手势特征与模板进行匹配，以执行相应的操作。
所述智能机器人的控制模块包括Arduino单片机开发板，其具体 型号为Arduinomega2560，所述Arduino单片机开发板存储有控制软 件，所述控制软件用于对所述智能机器人的电机驱动模块、四路红外 避障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信 装置进行控制。智能机器人的控制模块以Arduino单片机开发板(其 型号为Arduino mega2560)为控制核心，使用arduino软件平台在 Arduino单片机开发板进行控制程序编写，通过arduino单片机开发板 的控制软件驱动电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、温湿 度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置等。(智能机器人的控 制模块)
在本实施例中，所述手势识别智能机器人***还包括红外遥控器， 所述红外遥控器对所述智能机器人进行远程遥控操作。智能机器人的 红外遥控功能，需要红外遥控器配合实现，在手机APP上点击红外 遥控功能图标后，单击“Start”，然后智能机器人与红外遥控器建立 连接，就可以使用红外遥控器的方向键，随心随意地控制智能机器人 的移动。
手套原理简介：测试“手套”的参数，可以调整触发控制命令的 倾斜角度，仅需改变几组数值。以手套中心为原地，建立空间直角坐 标系，如图所示。穿戴手套后将手套平放，测试手平放时、前倾、后 倾、左倾和右倾时的数据进行对比。
采样坐标值
采样程序部分代码
采样程序修改区域
经过一定量的测试研究，目前最简方法如下，将提供代码，在 arduino软件中直接修改参数，手套方案修改四个数据组，初始数据 组默认为：数组1：X轴-100～100、Y轴-50～50、Z轴150～230；数组 2：-200～-100、Y轴-50～50、Z轴150～230……用户可根据自身意愿调整倾斜角度、触发距离等参数(无需整组数据调整，修改个别参数 即可)。
罗盘原理简介：超声波发射器发射超声波，当感应到前方有物体 阻挡时，声波会反弹到超声波接收器上，超声波接收器表示收到信号， 向单片机传达信号。因此，罗盘触发只需要调整超声波触发距离，调 整更加方便，只需改动一个距离触发参数即可。
本发明提供的手势识别智能机器人***具有功能齐全，可以提供 多种手势控制，且手势控制精度高等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在 本发明的精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种手势识别智能机器人***，其特征在于，所述***包括智能机器人、手机APP、手势识别模块；其中，
所述手机APP与所述智能机器人通信连接，用于对所述智能机器人进行远程控制；
所述手势识别模块与所述智能机器人通信连接，所述手势识别模块用于对智能机器人进行手势识别控制；
所述智能机器人包括控制模块、电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置，所述无线通信装置包括红外遥控模块、蓝牙模块以及WIFI模块，所述控制模块分别与电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置电连接。
2.根据权利要求1所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述手势识别模块为“罗盘”模块，所述“罗盘”模块包括超声波测距传感器，所述超声波测距传感器检测人手在超声波测距传感器上的动作，计算手部控制动作，将手部控制动作数据传输到所述智能机器人。
3.根据权利要求1所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述手势识别模块为“手套”模块，所述“手套”模块包括加速度传感器、姿态获取传感器以及控制芯片，所述加速度传感器、姿态获取传感器获取手部运动数据，并将数据传输到所述控制芯片进行处理，获得手部的控制动作数据，所述控制芯片将手部的控制动作数据传输到所述智能机器人。
4.根据权利要求1所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述手势识别模块为“滑动”模块，所述“滑动”模块包括手势识别传感器，所述手势识别传感器识别手部的滑动信号，并将信号传输到所述智能机器人。
5.根据权利要求3所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述“手套”模块采用特征提取算法，计算手部的控制动作数据。
6.根据权利要求4所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述“滑动”模块采用模板匹配算法，计算手部的滑动信号动作数据。
7.根据权利要求1所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述智能机器人的控制模块包括Arduino单片机开发板，所述Arduino单片机开发板存储有控制软件，所述控制软件用于对所述智能机器人的电机驱动模块、四路红外避障模块、循迹模块、温湿度检测模块、超声波测距模块，无线通信装置进行控制。
8.根据权利要求1所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述APP可安装在智能终端上，所述智能终端包括智能手机、平板电脑，所述APP可通过获取所述智能手机或者平板电脑的蓝牙权限或者WIFI权限与所述智能机器人进行通信连接，对智能机器人进行远程控制。
9.根据权利要求8所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述APP包括手势、避障、寻迹、蓝牙、测距、WIFI、红外遥控、温湿度功能选择图标。
10.根据权利要求1至9任一所述的手势识别智能机器人***，其特征在于，所述手势识别智能机器人***还包括红外遥控器，所述红外遥控器对所述智能机器人进行远程遥控操作。
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