一种机械臂控制方法、机械臂控制装置及终端设备与流程

本发明属于控制技术领域，尤其涉及一种机械臂控制方法、机械臂控制装置及终端设备。

背景技术：

发明人发现，在诸如科技展会、人机交互竞赛、物品运输以及娱乐活动等场景中，人们期望可以体验高效的交互式活动，从而获得乐趣或者提高效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机械臂控制方法、机械臂控制装置及终端设备，以满足人们对体验高效的交互式活动，从而获得乐趣或者提高效率的需求。

本发明实施例的第一方面提供了一种机械臂控制方法，包括：

通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，并实时获取所述用户的手部的状态信息；

实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。

本发明实施例的第二方面提供了一种机械臂控制装置，包括：

获取模块，用于通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，并实时获取所述用户的手部的状态信息；

控制模块，用于实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。

本发明实施例的第三方面提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例中，通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，并实时获取所述用户的手部的状态信息；实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。本发明实施例中，所述第一相对位置信息可以指示用户的手臂相对于躯干的移动，而所述用户的手部的状态信息可以指示所述用户的手部是张开或者关闭等，通过实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作，可以通过机械臂和位于所述机械臂的端部的机械爪实现对用户的手臂以及手部等动作的实时反馈和交互，并且操作灵活简便，用户体验较好，同时操作效率较高。该方案可以为用户提供交互式活动，具有较强的趣味性，实用性和易用性较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的机械臂控制方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的机械臂控制方法的实现流程示意图；

图3是本发明实施例三提供的机械臂控制装置的示意图；

图4是本发明实施例四提供的终端设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1是本发明实施例一提供的机械臂控制方法的实现流程示意图。

本发明实施例中，所述机械臂控制方法可以通过包括信息处理模块的终端设备来实现。此外，所述终端设备还可以包括一个或多个体感设备和一个或多个机械臂，所述机械臂的端部包括机械爪。所述信息处理模块可以包括诸如中央处理器(centralprocessingunit，cpu)等可以进行信息处理的模块或者设备。此外，所述体感设备和/或所述机械臂也可以作为外部设备外接于终端设备，所述机械臂和/或所述体感设备与所述处理器的连接方式以及通信方式可以根据实际应用场景进行设置，在此不做限制。例如，所述信息处理模块可以通过有线网络、无线网络(如蓝牙通信、wi-fi通信、第三代移动通信技术(the3rdgenerationmobilecommunicationtechnology，3g)、第四代移动通信技术(the4thgenerationmobilecommunicationtechnology，4g)或者第五代移动通25信技术(the5thgenerationmobilecommunicationtechnology，5g)网络)等分别与所述机械臂和所述体感设备进行通信连接，从而可以获取所述体感设备的数据，并可以通过控制电机驱动所述机械臂。

如图1所示该机械臂控制方法可以包括以下步骤：

步骤s101，通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，并实时获取所述用户的手部的状态信息。

本发明实施例中，所述体感设备可以检测用户的肢体动作，使得用户可以通过肢体动作与指定设备或者环境进行交互。所述体感设备可以通过红外线、激光或者摄像头等方式来检测所述用户的肢体动作。示例性的，所述体感设备可以是kinect等第三方设备。当然，所述体感设备也可以是其他设备，如可以是用户自行设计的设备等等。

所述用户的手臂可以包括左手臂和/或右手臂，所述手部可以包括左手和/或右手。在一些实施方式中，所述手部与所述手臂相对应，例如，所述手臂包括右手臂时，所述手部包括右手；而所述手臂包括左手臂时，所述手部包括左手。一般来说，所述用户的一侧手臂可以对应一个机械臂，若所述机械臂有两个或多个，则可以同时检测用户的左手臂和右手臂，甚至可以检测多个用户的手臂。本发明实施例中，所述机械臂的数量在此不做限制，相应的，所检测的手臂和手部的数量以及所述用户的人数在此也不做限制。

本发明实施例中，所述第一相对位置信息可以包括所述手臂上的指定特征点的坐标与所述躯干的坐标的差值。所述手臂上的指定特征点可以根据实际应用场景进行设置。示例性的，所述指定特征点可以包括所述手臂的关节上的特征点，所述手臂上的关节可以包括手臂与肩部之间的关节(即肩关节)，肘关节以及腕关节中的一个或者多个。所述状态信息可以指示所述用户的手部处于张开或者握拳等状态。

可选的，所述手臂为右手臂，所述手部为右手，和/或，所述手臂为左手臂，所述手部为左手。

通过检测位于用户的身体同一侧的手臂和手部的相关信息，可以为后续对应地实时控制机械臂以及位于机械臂端部的机械爪提供数据基础。并且，可以在后续，通过机械臂以及位于机械臂端部的机械爪对应地执行用户的身体同一侧的手臂和手部的动作。

步骤s102，实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。

本发明实施例中，所述机械臂可以根据所述手臂相对于所述用户的躯干的位置变化情况来移动，此时，所述机械臂可以模拟用户的手臂的移动，并且，所述机械臂的移动距离、移动速度等可以与所述用户的手臂相对于所述躯干的移动距离以及移动速度相对应。

本发明实施例中，所述机械爪也可以模拟用户的手部的动作，例如，当用户握拳时，可以控制所述机械爪闭合，以抓取指定的物品；当用户手部张开时，则可以控制所述机械爪张开，从而放开指定的物品。当然，所述机械爪的操作与所述状态信息的对应关系可以有多种，可以根据实际应用场景的需要进行设置。

下面以一个具体示例来说明本发明的一种具体应用。

在一种应用场景中，用户想要抓取的物品可以是玩偶、玩具等物品(当然，也可以是其他物品)，而现有的抓娃娃机是用户通过摇杆以及按钮等方式控制机械臂以及机械爪的移动，并且，在现有技术中，所述机械爪的张开和闭合往往也是预先设定的，不能由用户来控制。

而本发明的一种具体示例可以用于抓娃娃等玩偶。此时，可以通过所述机械臂模仿用户的手臂的移动，并通过所述机械爪模仿用户的手部的握拳或者张开等状态，使得用户可以通过自身的肢体动作，控制机械臂以及机械臂端部的机械爪到达特定位置抓取娃娃等玩偶，从而区别于现有的抓娃娃机，为用户提供一种较为灵活有趣且新奇的人机互动方式。并且本示例的设备拆装简单，便于维护，用户体验友好，且运行速度快，具有较强的商业前景。

可选的，所述手部的状态信息包括指示所述手部处于握拳状态或者张开状态：

相应的，所述实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作，包括：

若所述状态信息指示所述手部处于握拳状态，则控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行闭合操作；

若所述状态信息指示所述手部处于张开状态，则控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行张开操作。

本发明实施例中，所述机械爪可以是金属材质，也可以是其他材质。由于所述机械爪执行闭合操作时，可能会施加力，因此，所述机械爪可以采用金属材质，以提高机械爪的硬度等性能。示例性的，所述体感设备可以通过摄像头拍摄所述用户的手部的图像，并通过图像识别等方式判断所述用户的手部所处的状态。

可选的，所述通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，包括：

通过所述体感设备实时获取所述用户的手臂的预设关节所分别对应的第一空间坐标，并获取所述用户的躯干所对应的第二空间坐标；

计算各个所述第一空间坐标与所述第二空间坐标的差值，得到所述手臂的预设关节分别相对于所述躯干的相对空间坐标；

相应的，所述实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，包括：

根据所述相对空间坐标，实时控制机械臂的各个轴关节的移动，各个所述轴关节分别对应于手臂的预设关节。

所述用户的手臂的预设关节可以包括肩关节、肘关节以及腕关节中的一个或者多个，所述预设关节的个数可以与所述机械臂的轴关节的个数以及所述机械臂的移动方式相对应，例如，所述机械臂具有三个轴关节，则可以使得所述机械臂的三个轴关节分别对应所述机械臂上的肩关节、肘关节和腕关节。

本发明实施例中，所述第一相对位置信息可以指示用户的手臂相对于躯干的移动，而所述用户的手部的状态信息可以指示所述用户的手部是张开或者关闭等，通过实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作，可以通过机械臂和位于所述机械臂的端部的机械爪实现对用户的手臂以及手部等动作的实时反馈和交互，并且操作灵活简便，用户体验较好，同时操作效率较高。该方案可以为用户提供交互式活动，具有较强的趣味性，实用性和易用性较强。

在上述实施例的基础上，图2是本发明实施例二提供的机械臂控制方法的实现流程示意图，如图2所示该机械臂控制方法可以包括以下步骤：

步骤s201，检测用户与所述体感设备之间的第二相对位置。

本发明实施例中，所述第二相对位置可以包括用户的与所述体感设备之间的相对距离，相对方位等等等信息。例如，可以检测所述用户的左肩最外侧与所述体感设备之间的相对位置以及所述用户的右肩最外侧与所述体感设备之间的相对位置，以确定用户的身体所面向的方向与所述体感设备的中轴之间的夹角等。

步骤s202，若所述第二相对位置指示所述用户与所述体感设备之间的距离在预设距离范围内，且，所述用户的身体朝向与所述体感设备的设备朝向之间的夹角在预设角度范围内，则通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息和手部的状态信息。

本发明实施例中，所述用户的身体朝向可以指用户的身体所面向的方向。若所述用户的身体朝向与所述体感设备的设备朝向之间的夹角在预设角度范围内，则可以认为此时用户面对所述体感设备。而若所述用户与所述体感设备之间的距离在预设距离范围内，且，所述用户的身体朝向与所述体感设备的设备朝向之间的夹角在预设角度范围内，可以认为所述用户此时面对所述体感设备且与所述体感设备的距离较近，从而将所述体感设备对人体的识别范围限定在一定的区域内，减少其他个体的影响。

步骤s203，实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。

本实施例步骤s203与上述步骤s102相同或相似，具体可参见步骤s102相关描述，在此不再赘述。

本发明实施例中，通过检测用户与所述体感设备之间的第二相对位置，可以根据所述第二相对位置，判断所述用户是否处于面对所述体感设备且与所述体感设备的距离较近等状态，从而排除其他譬如路过的其他个体的影响，提高体感设备的检测精度以及减少不必要的检测。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图3是本发明实施例三提供的机械臂控制装置的示意图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

所述机械臂控制装置300包括：

获取模块301，用于通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，并实时获取所述用户的手部的状态信息；

控制模块302，用于实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。

可选的，所述获取模块301具体包括：

第一检测单元，用于检测用户与所述体感设备之间的第二相对位置；

第二检测单元，用于若所述第二相对位置指示所述用户与所述体感设备之间的距离在预设距离范围内，且，所述用户的身体朝向与所述体感设备的设备朝向之间的夹角在预设角度范围内，则通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息和手部的状态信息。

可选的，所述手臂为右手臂，所述手部为右手，和/或，所述手臂为左手臂，所述手部为左手。

可选的，所述手部的状态信息包括指示所述手部处于握拳状态或者张开状态：

相应的，所述控制模块302具体包括：

第一控制单元，用于若所述状态信息指示所述手部处于握拳状态，则控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行闭合操作；

第二控制单元，用于若所述状态信息指示所述手部处于张开状态，则控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行张开操作。

可选的，所述获取模块301具体包括：

第一获取单元，用于通过所述体感设备实时获取所述用户的手臂的预设关节所分别对应的第一空间坐标，并获取所述用户的躯干所对应的第二空间坐标；

第二获取单元，用于计算各个所述第一空间坐标与所述第二空间坐标的差值，得到所述手臂的预设关节分别相对于所述躯干的相对空间坐标；

所述控制模块302具体用于：

根据所述相对空间坐标，实时控制机械臂的各个轴关节的移动，各个所述轴关节分别对应于手臂的预设关节。

本发明实施例中，所述第一相对位置信息可以指示用户的手臂相对于躯干的移动，而所述用户的手部的状态信息可以指示所述用户的手部是张开或者关闭等，通过实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作，可以通过机械臂和位于所述机械臂的端部的机械爪实现对用户的手臂以及手部等动作的实时反馈和交互，并且操作灵活简便，用户体验较好，同时操作效率较高。该方案可以为用户提供交互式活动，具有较强的趣味性，实用性和易用性较强。

图4是本发明实施例四提供的终端设备的示意图。如图4所示，该实施例的终端设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42。所述终端设备还可以包括体感设备和/或机械臂，所述体感设备和/或所述机械臂分别与所述处理器耦合地连接。此外，所述体感设备和/或所述机械臂也可以作为外部设备外接于终端设备，所述机械臂和/或所述体感设备与所述处理器的连接方式以及通信方式可以根据实际应用场景进行设置，在此不做限制。

所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个机械臂控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至102。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块301至302的功能。

示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述终端设备4中的执行过程。例如，所述计算机程序42可以被分割成获取模块、控制模块，各模块具体功能如下：

获取模块，用于通过体感设备实时获取用户的手臂相对于用户的躯干的第一相对位置信息，并实时获取所述用户的手部的状态信息；

控制模块，用于实时控制机械臂根据所述第一相对位置信息进行移动，并实时控制位于所述机械臂的端部的机械爪执行与所述状态信息相对应的操作。

所述终端设备4可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是终端设备4的示例，并不构成对终端设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是所述终端设备4的内部存储单元，例如终端设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述终端设备4的外部存储设备，例如所述终端设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述终端设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器41用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。