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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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运动控制人工臂指型学的研究

Mainak Chowdhury1，帕罗米塔·达斯1， Susmita Das2， Sudipta Paul3.， Biswarup Neogi博士4
  1. 印度工业大学印度技术学院欧洲经委会系助理教授
  2. 印度工业大学工程学院EIE系助理教授
  3. 日本工业大学工程学院ECE系教学助理兼工学硕士。， WB，印度
  4. 印度工业银行JIS工程学院ECE系教员
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

基于手势的系统的一个特殊应用是为哑巴实现语音辅助。要做到这一点，就需要通过结合对哑巴手的运动的研究来建模一个指型人工手。在此基础上，计算了手指和手腕的自由度位置，完成了指型人工手的原型模型表示，给出了字母和数字的不同电机在手上的位置，并附上了产生任何信号的电机运动数据库。实现了步进电机控制人工手的驱动算法和过程流程图。这一尝试为无法与物理世界进行口头交流的哑巴提供了灵活性。此外，还尝试提供硬件实现，以生产理想的指型人工手，这往往是人工智能各个领域的前期创新工作

关键字
指型，位移角度，D.O.F，步进角度和步进电机

介绍
指型学这个术语主要属于手语科学，用于与聋哑人交流。指型学[1](或手指拼写)是仅用手来表示书写系统的字母，有时是数字系统。这些手册字母已被用于聋人教育，随后被采纳为世界各地的一些手语的一个独特的部分。在希腊、罗马和亚述[2]国家，身体和手被用来表示字母，当然手指演算系统是广泛存在的。后来，欧洲僧侣使用了包括字母手势[3]在内的手动通信。我们设计机械臂的主要目的是为了聋哑人经常使用的手语，这样他们就可以进行对话。机械的手，已经建立在功能，如自然抱怨手指和拇指和各种握模式的通用性和无与伦比的性能。它可以独立驱动每根手指，也可以实现握、抓、交流等基本动作。本文对手指和手腕位置的D.O.F进行了精确研究，用运动控制臂数据库进行了指型表示的原型模型表示，用过程流程图进行了驱动算法，并给出了人体人工臂的图形表示。

带自由度的手指和手腕位置研究
A.有自由度的手指位置研究:人的手指由3个部分组成，分别连接2个关节。每个部件最多可顺时针移动90º。90°旋转后各部件位置如下图所示:
在此步骤中，“part3”顺时针旋转90º，当坐标在M3位置时，将其位置从(X1, Y1)更改为(X2, Y2)。其中caseX1=L3, Y1=0&Ø=90º。在此步骤中，其余部件是固定的。数学:
图像(1）

步骤2:
在这一步中，“part2”顺时针旋转90º，并将其位置从(X1,Y1)改变为(X2,Y2)，坐标在M2位置[5]。其中caseX1=L2,Y1=0&Ø=90º。在此步骤中，其余部件是固定的。虽然“part3”移动了它的位置，因为数学上:
图像（2）

步骤3:
在这一步中，“part 1”顺时针旋转90º，并将其位置从(X1, Y1)改变为(X2, Y2)，当坐标在M1位置时。其中caseX1=L2, Y1=0&Ø=90º。在此步骤中，其余部件是固定的。虽然' part3 '和' part2 '移动了它的位置，因为它分别通过M3和M2与' part1 '连接。数学:
图像（3）
B. DOF对手腕位置的研究:人的手腕可以上下移动手掌。人工机械手可以上下移动45º。变更后的位置如下图所示:
步骤1:在这一步中，用手腕移动手掌，向上45º。在这种情况下，当坐标在手腕位置时，手掌位置可以从(X1, Y1)变为(X2, Y2)。数学:
图像（4）
第二步:在这个步骤中，用手腕移动手掌，向上45º。在这种情况下，当坐标在手腕位置时，手掌位置可以从(X1, Y1)变为(X2, Y2)。
数学:
图像（5）

原型模型表示的指节代表人工手臂
人工手是由PIC微控制器和一种被称为步进电机的特殊电机配置的。在本次探索中，采用了十五(15)种不同等级、不同接头的步进电机[5]。步进电机是一种将电脉冲转换为离散机械运动的机电设备。电机轴旋转的速度与输入脉冲的频率直接相关，旋转的长度与输入脉冲的数量直接相关。步进电机有三种类型可变磁阻(VR)永磁(PM)混合动力(HB)]混合动力电机(步进角度=3.6 - 0.9度，100 - 400步/转)用于主要关节，如手腕[腕关节]，因为它非常昂贵和强大。对于像手指关节这样的小关节，使用永磁电机(步进角度=3.6 ~ 0.9度，48 ~ 24步/转)，这种类型的电机相对便宜。步进电机有几种工作模式。以下是最常见的推导模式。WaveDrive (1Phaseon)Full Step Drive (2Phaseson) 3.Half Step Drive (1&2Phases on) 4.Microstepping (Continuously Varying Motor Current) [6]

A.步进电机步进角和位移角的数学分析:
步进电机的步进角和位移角可由下式计算。步进角=360/(N*P)= 360/ N[其中，N=N*P]其中，N每相等效极数=转子极数。相数。N=所有阶段的总极点数[10]。位移角= (Z/2*Pi)*Sin (T/T)[其中Pi=3.14]其中=转子齿距。T=负载扭矩。T=电机的额定保持步进电机的位置及其对应的位置如下表所示。[8]

A.整个指型学系统的方法论:
从PIC微控制器的端子取出，这些端子与端口选择块连接，它根据要求选择PIC微控制器的端口。手[4]不同位置的步进电机通过接口装置与端口选择块连接。两个不同的电源连接接口设备和单片机。从PIC微控制器取出接地连接。如果使用翻译器，可以将文本翻译成听障人士可以理解的手势[11]。

运动控制臂数据库的指型学表示
为了产生任何特定的信号，步进电机的旋转角度可以从下面的数据库中完全了解，信号小丑也被描绘出来。[9]

电机控制人工臂的驱动算法及过程流程图
五、人工手的运动可以通过以下算法[7]来理解。
步骤1:-阅读音频命令。
步骤2:-将音频命令转换为机器级代码。
步骤3:-与参考数据库进行比较。
第四:-检查所有电机的旋转角度。
第五:-如果需要，调整电机的旋转角度。
第六段:控制电机控制系统。
,没有或正在穿衣控制齿轮控制系统。
向- - - - - -移动人造手的不同部位。

结论
在这个探索中，它的目的是强调人工手臂的实现，能够产生手指拼写(Dactylology)。在这一特殊领域的研究工作尚未大量开展。这一实现将非常有助于与哑巴交流，这些设备将根据语音命令生成一个信号小丑，教学可以由这只人造手安排。这种人工手臂对哑巴们感受现场电影的效果也很有帮助。我们将尝试整合所有的识别模块，为聋人实现一个实用的说话辅助设备。

确认
作者想对TEQIP第二阶段，子组件1.2，日工学院表示感谢。他感谢Kalyani在经济上支持这项研究工作。此外，作者非常感谢ECE和EIE部门的合作。

表格一览
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数字一览
数字 数字 数字 数字
图1 图2 图3 图4
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图5 图6 图7

参考文献











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