本發(fā)明屬于職業(yè)衛(wèi)生技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在電力行業(yè)設(shè)備制造企業(yè)中，從業(yè)人員長期處于較差的空氣環(huán)境中工作。傳統(tǒng)的除塵設(shè)備多為簡單機械的統(tǒng)一排風管除塵的方式，其吸塵軟管和吸塵罩或固定方向，或需要手動調(diào)節(jié)，不能隨著人的移動而改變，除塵效果不好。

因此現(xiàn)有技術(shù)當中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)用于解決傳統(tǒng)的除塵設(shè)備不能隨著人的移動而改變，除塵效果不好的技術(shù)問題。

一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)，包括主控器、機械臂、傳感器組件和限位傳感器，

所述機械臂包括吸塵罩、機械骨架、機械骨架立桿、伺服電機底座、伺服電機、步進電機、吸塵軟管和伺服控制器；所述機械骨架的一端與吸塵罩固定連接，機械骨架的另一端通過轉(zhuǎn)動軸Ⅰ與機械骨架立桿連接；所述機械骨架立桿的下部通過轉(zhuǎn)動軸Ⅱ與伺服電機底座連接；所述伺服電機底座與伺服電機連接；所述伺服電機與伺服控制器連接；所述步進電機至少為兩個，其中一個步進電機通過傳動鏈條與所述轉(zhuǎn)動軸Ⅰ連接，另一個步進電機通過傳動鏈條與所述轉(zhuǎn)動軸Ⅱ連接；所述吸塵軟管的一端與吸塵罩固定連接，吸塵軟管的另一端穿過機械骨架立桿的側(cè)壁下部設(shè)置的通孔至機械骨架立桿的外部并與吸氣泵連接；

所述傳感器組件用于對其檢測區(qū)域內(nèi)的人體定位；

所述限位傳感器固定安裝在吸塵罩上，用于限定吸塵罩的轉(zhuǎn)動角度；

所述主控器與伺服控制器、步進電機、吸氣泵、傳感器組件以及限位傳感器連接，主控器通過伺服控制器和步進電機控制機械臂轉(zhuǎn)向、伸展、定位及防碰撞保護。

所述主控器采用MSP430單片機。

所述吸塵軟管位于機械骨架和機械骨架立桿的內(nèi)部。

所述傳感器組件包括熱釋電紅外傳感器、測距傳感器和光電傳感器。

所述傳感器組件的數(shù)量為兩個以上，其中，至少一個傳感器組件固定安裝在機械骨架內(nèi)部并且位于機械骨架與吸塵罩的連接處，其余的傳感器組件固定安裝在所述智能機械臂除塵系統(tǒng)的除塵區(qū)域內(nèi)。

所述傳感器組件在所述智能機械臂除塵系統(tǒng)的除塵區(qū)域的側(cè)壁上沿水平方向設(shè)置有至少一排，在所述智能機械臂除塵系統(tǒng)的除塵區(qū)域的頂部設(shè)置有至少一排。

所述限位傳感器的數(shù)量至少為兩個，限位傳感器固定安裝在吸塵罩的兩側(cè)。

所述測距傳感器為雷達傳感器。

通過上述設(shè)計方案，本發(fā)明可以帶來如下有益效果：

本發(fā)明通過在除塵區(qū)域布設(shè)傳感器組件實現(xiàn)在除塵區(qū)域內(nèi)對人體的立體交叉定位，可自動識別人體目標在除塵區(qū)域中的位置，本除塵系統(tǒng)可隨著人體的出現(xiàn)和消失而自動打開或關(guān)閉；吸塵軟管的位置和吸塵罩的方向可隨著人體位置的移動而智能改變，從而進行高效、節(jié)能和人性化的智能除塵，改變了傳統(tǒng)的人工手動改變除塵系統(tǒng)方向的機械除塵的不足，可廣泛應(yīng)用需要改善從業(yè)人員工作環(huán)境的場所。

機械臂為六自由度轉(zhuǎn)動的機械臂，通過伺服電機和步進電機控制轉(zhuǎn)動。主控器根據(jù)傳感器組件監(jiān)測的人體目標的位置信息，控制機械臂將吸塵罩移動到距離人體較近的位置，實現(xiàn)了更準確、智能的除塵效果，并保證不會接觸到人體，實現(xiàn)了對人的保護。

本發(fā)明改變了機械臂或機械結(jié)構(gòu)類裝置不能智能動作的缺點，通過設(shè)計運用單片機芯片的控制系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)相結(jié)合，控制驅(qū)動伺服電機、步進電機，將原來單一整體的機械傳動變成智能可控的智能動作機械臂單元，結(jié)合高效環(huán)保節(jié)能的除塵設(shè)備，以達到智能自動追蹤定位目標并且自動除塵工作的目的。

附圖說明

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明：

圖1為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)的工作流程框圖。

圖2為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)中傳感器組件在垂直方向的探測方向示意圖。

圖3為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)中傳感器組件在水平方向的探測方向示意圖。

圖4為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)中傳感器組件的立體交叉探測示意圖。

圖5為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)中傳感器組件的布局示意圖。

圖6為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)中傳感器組件的布局側(cè)視示意圖。

圖7為本發(fā)明一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)中機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中1-主控器、2-機械臂、3-傳感器組件、4-限位傳感器、201-吸塵罩、202-機械骨架、203-機械骨架立桿、204-伺服電機底座、205-伺服電機、206-步進電機、207-吸塵軟管。

具體實施方式

如圖所示，一種基于人體識別的智能機械臂除塵系統(tǒng)，包括主控器1、機械臂2、傳感器組件3和限位傳感器4，

所述機械臂2包括吸塵罩201、機械骨架202、機械骨架立桿203、伺服電機底座204、伺服電機205、步進電機206、吸塵軟管207和伺服控制器；所述機械骨架202的一端與吸塵罩201固定連接，機械骨架202的另一端通過轉(zhuǎn)動軸Ⅰ與機械骨架立桿203連接；所述機械骨架立桿203的下部通過轉(zhuǎn)動軸Ⅱ與伺服電機底座204連接；所述伺服電機底座204與伺服電機205連接；所述伺服電機205與伺服控制器連接；所述步進電機206的數(shù)量為兩個，其中一個步進電機206通過傳動鏈條與所述轉(zhuǎn)動軸Ⅰ連接，另一個步進電機206通過傳動鏈條與所述轉(zhuǎn)動軸Ⅱ連接；所述吸塵軟管207位于機械骨架202和機械骨架立桿203的內(nèi)部，吸塵軟管207的一端與吸塵罩201固定連接，吸塵軟管207的另一端穿過機械骨架立桿203的側(cè)壁下部設(shè)置的通孔至機械骨架立桿203的外部并與吸氣泵連接；

所述傳感器組件3包括熱釋電紅外傳感器、測距傳感器和光電傳感器，并且熱釋電紅外傳感器、測距傳感器和光電傳感器三種傳感器組合在一個套管內(nèi)，傳感器組件3用于感知人體目標的位置和移動信息。傳感器組件3的數(shù)量為兩個以上，其中至少一個傳感器組件3固定安裝在機械骨架202內(nèi)部并且位于機械骨架202與吸塵罩201的連接處，用于防止機械臂動作時碰撞到人體目標，其余的傳感器組件3固定安裝在所述智能機械臂除塵系統(tǒng)的除塵區(qū)域內(nèi)，傳感器組件3在所述智能機械臂除塵系統(tǒng)的除塵區(qū)域的側(cè)壁上沿水平方向設(shè)置有至少一排，在所述智能機械臂除塵系統(tǒng)的除塵區(qū)域的頂部設(shè)置有至少一排，實現(xiàn)工作區(qū)域內(nèi)對人體的立體交叉定位，如圖4所示；

所述限位傳感器4的數(shù)量為兩個，限位傳感器4固定安裝在吸塵罩201的兩側(cè)，防止吸塵罩201左右轉(zhuǎn)動的角度過大，以避免傷害吸塵罩201后面的連接部位；

所述主控器1與伺服控制器、步進電機206、吸氣泵、傳感器組件3以及限位傳感器4連接。

所述主控器1采用低功耗的MSP430單片機，是本系統(tǒng)的控制單元。主控器1根據(jù)傳感器組件3監(jiān)測的人體目標的位置信息，控制機械臂2將吸塵罩201移動到距離人體較近的位置，實現(xiàn)了更準確、智能的除塵效果，實現(xiàn)了對人的保護。

所述熱釋電紅外傳感器的原理是根據(jù)人體恒定的溫度37°左右，會輻射出特定波長10UM左右的紅外線，熱釋電紅外感應(yīng)元件根據(jù)接收到特定波長的紅外線給出相應(yīng)的信號，同時具有低能耗、對熱源輻射敏感和體積微小等優(yōu)點。

所述測距傳感器是雷達傳感器，通過電磁波探測目標利用發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收照射目標后的反射波，由此獲取目標距電磁波發(fā)射點的距離、距離變化、方位高度等信息。

所述光電傳感器是以光電元件作為檢測元件的傳感器，把光信號紅外線、可見光及紫外光輻射等光信號轉(zhuǎn)變成為電信號，其原理是先將被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

本發(fā)明利用光電傳感器是為了對目標區(qū)內(nèi)物體遮光做出反應(yīng)，通過光電傳感器的工作從而控制測距傳感器的動作，當光電傳感器接收到變化信息時，將信息傳遞給主控器1，主控器1對傳感器信息進行分析判斷是否要對目標區(qū)域內(nèi)遮光物體進行測距，如需測距，則命令測距傳感器工作，并將測得數(shù)據(jù)上傳給主控器1。

本發(fā)明利用傳感器直線照射的特性，將傳感器組件3分為垂直方向的傳感器組件3和水平方向的傳感器組件3，同時傳感器的直線照射可以繪制成幾何三角形，如圖2和圖3所示，因此可利用數(shù)學計算公式對任一邊長求值，這樣就可準確的得出垂直方向傳感器組件3和水平方向傳感器組件3的交叉點距離信息，MSP430單片機系統(tǒng)根據(jù)傳感器組件3所檢測到的信息，用于實現(xiàn)探測區(qū)域內(nèi)對人體目標的立體交叉定位，如圖4所示。

如圖7所示，機械臂2為智能機械動作單元，選用六自由度轉(zhuǎn)動的機械臂，由步進電機206、伺服電機205、伺服控制器、吸塵軟管207、傳感器組件3、限位傳感器4、機械骨架202等組成。伺服控制器是伺服電機205工作的控制器，由于本發(fā)明使用伺服控制器為可編程邏輯器件(PLC)，可編程邏輯器件(PLC)都是帶有脈沖信號的，所以伺服控制器根據(jù)主控器1的指令，預先計算好伺服電機205的轉(zhuǎn)數(shù)或要走的距離，按比例發(fā)脈沖信號給伺服控制器使伺服電機205達到精確的控制。本發(fā)明的重點單元是伺服控制器直接根據(jù)主控器1傳過來的運行命令數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換成控制伺服電機205的信號完成智能機械動作。

在本發(fā)明中，采用了伺服電機205和步進電機206組合，在主控器1的指令下進行智能動作。其中步進電機206工作原理和伺服電機205比較相似，但是步進電機206不需要伺服控制器，步進電機206根據(jù)主控器1的脈沖指令，執(zhí)行步進電機206角位移或點線位移的機械動作，步進電機206的任何動作均取決于數(shù)字脈沖信號。因此伺服電機205和步進電機206在控制上相似，也是通過數(shù)字脈沖信號控制，配合使用完成整個機械臂的智能動作控制，使得機械臂的各機械組件精確智能地相應(yīng)動作。

將吸塵軟管207內(nèi)置機械臂2的內(nèi)部，這樣既能保證機械臂2在智能動作不受通風管路的限制，又能不干擾整個智能機械臂單元動作的前提下時時進行除塵工作。在機械臂2的吸塵罩201左右兩側(cè)，各安裝了一個限位傳感器4，防止吸塵罩201左右轉(zhuǎn)動的角度過大，以避免傷害吸塵罩201后面的連接部位。機械臂2內(nèi)還安裝有一個傳感器組件3，用于防碰撞等智能處理。

本發(fā)明設(shè)計的智能機械臂除塵系統(tǒng)隨著除塵區(qū)域內(nèi)人體的出現(xiàn)和消失而自動打開或關(guān)閉，除塵區(qū)域也可叫做探測區(qū)域；在人處于探測區(qū)域內(nèi)時，此除塵系統(tǒng)可智能控制吸塵軟管207自動移動到距離人體較近的位置，并將吸塵罩201的方向?qū)嗜梭w所在的位置。

本發(fā)明通過將三種傳感器組合在一個套管內(nèi)，形成一個傳感器組件3，利用此三種傳感器，在探測區(qū)域進行立體交叉布局，經(jīng)過主控器1的單片機系統(tǒng)運算處理后，實現(xiàn)對探測區(qū)域內(nèi)人體目標的準確定位。

本發(fā)明利用主控器1的單片機系統(tǒng)、步進電機206和伺服電機205聯(lián)合作業(yè)，通過控制電機的速度、角度和位移等參數(shù)，實現(xiàn)六自由度的機械臂2的自動轉(zhuǎn)向、伸展、定位及防碰撞保護等智能化動作。