手臂动作控制的无线监控移动机械手.docVIP

手臂动作控制的无线监控移动机械手 项目作者:张昊 项目大类:科技发明制作B类 项目小类: 机械与控制 项目简介 本作品抛弃了传统的操纵杆、键盘等人工控制方式，提出一种全新的控制理念，也就是用人的手臂和手部动作的变化来实现对可移动的多自由度机械手的无线控制， 使操作简单、直观，并适用于一定复杂环境;另外，本作品还装配了用于监控的无线摄像头，进一步扩大了本作品的适用范围，与此同时，本作品增加了目标自动定 位功能，实现了一定的智能化，进一步提高了工作效率，达到了一定程度的人工与智能相结合。 本作品验证了用人手臂动作来控制机械手是可行的，结合此种控制方式直观、简单、人性化等优点，再对控制对象加以更专业的改进，可应用于军事、航空航天、医 疗等领域。 详细介绍 随着机械智能化和适应性的提高，机械手臂已被广泛应用于各行各业、各个领域，机器人技术水平的高低往往反应在机器人控制系统的性能和复杂程度上。同时随着 人机交互与人工智能变得越来越重要，人机结合如何规划成为实现人机共存的重要一步。鉴于各种各样的控制模式，我们设计出用人的手臂和手部动作实现对可移动 的多自由度机械手的无线控制系统。与此同时，本作品还提供了目标自动定位功能，在一定程度上体现了人工与智能相结合的理念。按系统功能结构划分，本系统包 括移动机械手、手掌及手臂无线控制模块、无线视频图像传输模块与目标自动定位模块。 轮式移动机械手主要由机械手部分、小车部分以及主控板三部分构成。机械手主要由手部和运动机构组成。 手掌及臂无线控制模块以MSP430F149为控制核心，外接相应传感装置，置于手套和手臂相关组件中。 无线图像监控由无线摄像头及接收器、USB视频采集设备和上位机软件协同合作实现。摄像头置于轮式机械手上，对其作业环境进行监控。 目标自动定位模块由两个无线摄像头及接收器、USB视频采集设备和上位机软件协同合作实现。两个定位摄像头置于移动机械手平台上，实现对操作目标的定位。 硬件设计方面，分别介绍了MSP430F149的最小系统、ADXL202的配置电路以及MSP430F149的数据采集电路设计和工作原理。 程序设计方面，介绍了前后台程序结构、一阶滤波算法等，IAR FOR MSP430开发环境下编写的单片机程序和C++ Builder开发环境下编写的上位机软件。 作品设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标 ?设计目的:改变传统的摇杆、键盘等控制方式，提出一种新的控制理念，用人的手臂和手部动作实现对移动机械手的无线控制，操作简单、直观，并适用于一定复 杂环境;同时，增加了目标自动定位功能，实现了一定的智能化，进一步提高了工作效率。 ?基本思路:用人的手臂动作和手型姿势的变化实现无线操控整个移动机械手，通过无线视频进行运动监控，用来监视机械手作业环境、夹持对象和整个动作过程， 使对机械手的控制与操控者的动作对应，达到较好的人机工效目的。在此基础之上，另外配备了两个用于目标定位的无线 摄像头，提供了目标自动定位功能供使用者 选择。 ?创新点:机械臂的操控方式抛弃了传统的键盘、摇杆等方式，通过观察摄像头获得的视频图像，可利用人的手和臂的动作，实现对轮式机械手动作的操控，使操作 更为形象和准确。同时，本作品还为使用者提供了目标自动定位功能，移动机械手可以自动移动到操作目标处，等待使用者操作，进一步提高了工作效率的同时，实 现了一定程度的人工与智能的结合。 ?关键技术:?动作传感器的设计?传感器信息处理?无线数据/视频传输?低功耗控制系统与监控程序设计?运动机械手结构与伺服电路设计?图像处理技术的使 用等。 ?主要技术指标:?四轮驱动的轮式机械手运动底盘?五自由度可夹持物机械手?基于MSP430超低功耗单片机的机械手控制器?基于MSP430超低功耗单 片机的手套式动作控制器?动作控制信息数字化无线传输系统?装载在机械手上的视频图像采集与无线传输系统。 作品的科学性、先进性 本作品与普通机械手相比，最大的特色在于机械手的操控方式。本作品选择了用人的手臂和手部动作，通过无线数据传输的方式，直接实现对轮式机械手的运动及机 械手动作的操作与控制。在摄像头和视频图像无线传输系统地支持下，对目标信息进行多方位的观察与定位，帮助整个系统完成任务。该作品可大大提高机械手的功 能和操控的精确性、灵活性，拓宽了机械手的应用领域，这种先进性是传统机械手所不能相比的。 作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果 该作品在第七届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛荣获“特等奖”。 查新报告结论:在所检索的国内数据库中，已见有关利用上位机键盘控制的手动机械手及操纵杆控制的移动机械手等研究的文献报道，未见采用手臂动作的控制方 式，在实现