[發明專利]一種坐式手工裝配線模特值評測系統

有效

• 申請號: 201611173924.7
• 申請日: 2016-12-19
• 公開（公告）號: CN106774896B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 姜盛乾;劉鵬;羅文濤;付丹妮
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/00;G06K9/20
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王壽珍

1.一種坐式手工裝配線模特值評測系統，可以實現計算機記錄工人動作時間，其特征在于：本產品經過Kinect v2識別，通過內置算法即可得到坐式手工裝配線的模特值，并根據模特值給出評價，其中Kinect v2可通過定位機構實現橫縱向移動，具體包括：Kinect v2外設，Kinect v2定位機構，數據處理模塊，A/D轉換模塊，數顯模塊，數據庫模塊，評估模塊；

所述Kinect v2外設需要供電電源驅動，Kinect v2外設包含三個體感交互模塊：語音識別模塊、面孔識別模塊、骨骼識別模塊，Kinect v2根據上述體感交互模塊能夠捕捉用戶動作以及用戶的相對位置，采集的數據將被送到CPU進行下一步處理；

所述Kinect v2定位機構由電機驅動，包含滾珠絲杠機構和連桿機構，分別控制Kinect左右位置和上下位置的移動；

所述數據處理模塊分為兩個子模塊：模特法識別模塊和Kinect v2位置調整模塊，所述模特法識別模塊，采用半身識別的方法，模特法識別模塊僅對模特法中上肢動作進行評測，其中包括移動動作、終結動作、放置動作；測算得到動作的時間結果返回CPU并存入數據庫；Kinect v2位置調整模塊將CPU傳來的用戶相對位置數據進行識別、分析，并計算出要使Kinect v2正對用戶時，Kinect v2需要調整的位置數據，并輸出給A/D轉換模塊；

所述A/D轉換模塊是將數據處理模塊計算輸出的數字量轉換成模擬量；數據處理模塊輸出的是要使Kinect v2與用戶正對應調整的位置代碼，經過A/D轉換成真實的位置量后傳輸到可活動固定機構；

所述數顯模塊將CPU傳來的數據處理模塊結果顯示到界面，便于研究者采集和進行下一步精益研究；

所述數據庫模塊從CPU接收數據處理模塊和A/D轉換模塊數據，便于研究者采集和進行下一步精益研究；

所述評估模塊，將數據庫模塊儲存數據導出，通過評估算法進行分析處理，輸出評估結果和改進方案；

所述Kinect v2定位機構，包括定位結構、縱向移動結構和橫向移動結構；

所述定位結構，通過將固定螺母I(2)和固定螺母II(14)上的螺栓I(1)和螺栓II(11)旋動，可調節擋板I(3)和擋板II(13)與基座的間距，使裝置定位在坐式裝配線工人操作臺的對面，其中定位寬度可調節，從而適應不同操作臺，保證Kinect v2與操作臺水平；

所述縱向移動結構，電機II(12)驅動使得連桿I(5)和連桿II(10)移動，完成縱向移動；

所述橫向移動結構，電機I(6)驅動使得絲杠(7)旋轉，滾珠板(8)橫向移動；

取出固定件(9)，將Kinect v2放在滾珠板(8)上，再放置固定件(9)，即可保證Kinect v2與操作臺保持水平，從而簡化之后的模特法的換算；

所述Kinect v2在探測時會以自己為坐標原點，X軸是從Kinect v2感應器角度觀看，左邊為正半軸，右邊為負半軸，Y軸正軸豎直向上，僅表示Kinect v2正常放置，并未出現倒置現象，Z表示縱深程度，Kinect v2攝像方向為正方向；

當裝配線工人坐在工位上，Kinect v2通過面孔識別模塊識別，將采集的面孔數據與數據庫中面孔數據對比，相似度達到95％時，啟動設備，Kinect v2骨骼識別追蹤采集人體各個部分三坐標數據，其中包括頭、頸、肩中心、左拇指、右拇指、左指尖、右指尖、左手、右手、左手腕、右手腕、左肘、右肘、左肩膀、右肩膀、脊柱；

所述的移動動作包括手指動作、手腕動作、小臂動作、大臂動作和伸直手臂，范圍測算方法具體測算包括移動范圍測算；移動動作的速度測算；移動動作的判定；

步驟一：首先確定默認范圍

在移動范圍測算之前，需要裝配線工人坐在Kinect v2設備前，等待5秒，此時Kinect v2根據工人骨骼測算出移動的作業范圍，并默認裝配線工人僅在長為A，寬為B的范圍內活動；

步驟二：移動范圍測算

采集相關骨骼點，針對左右手，測算出在M2、M3、M4和M5模特值的移動范圍，其中M2、M3、M4范圍是以左右肩膀為原點，根據相關的距離測算公式計算出的距離l繞點旋轉的半圓即為相關模特值的活動范圍，其它范圍即為M5范圍；其中M2還有一個限制，必須不能超過左/右肩膀點向左/右發射出的45度直線；

步驟三：移動動作的速度測算

需要監測左手動態數據右手動態數據左指尖動態數據右指尖動態數據通過計算出左指尖的移動速度，進而求出右指尖速度V₂，左手速度V₃，右手速度V₄，其中速度超過閾值即視為移動動作啟動，定義閾值為v；

步驟四：移動動作的判定

手指動作通過判斷V₁和V₂是否大于v，當大于之后即為M1指尖移動；手腕動作、小臂動作、大臂動作和伸直手臂需要考慮兩個因素，即V₃和V₄大于v后即認為開始移動，當V₃和V₄小于v時即認為停止移動，此時左右手位置在模特值M2、M3、M4和M5的相關范圍內，即認為完成相關的模特值動作；

由于手腕動作、小臂動作、大臂動作和伸直手臂均會帶動手指空間移動，所以認為當左右手視為移動后，即停止判斷手指模特值。