一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置及其應(yīng)用。人機(jī)交互裝置包括數(shù)字處理器、數(shù)據(jù)通道、投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)和安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械控制手柄上的人機(jī)交互面板，數(shù)字處理器控制投影器將各種控制按鍵和需要顯示的速度數(shù)據(jù)投影在控制手柄上的人機(jī)交互面板上；攝像頭和多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)檢測(cè)操作者手指位于人機(jī)交互面板上相應(yīng)控制按鍵的位置，然后通過(guò)數(shù)據(jù)通道將信息反饋給數(shù)字處理器；數(shù)字處理器根據(jù)反饋的控制按鍵對(duì)應(yīng)的命令來(lái)控制水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的操作。本發(fā)明解決了小型水田作業(yè)機(jī)械控制按鍵遇水短路和淤泥覆蓋視覺(jué)信息等問(wèn)題，控制可靠，成本較低。
【專利說(shuō)明】一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電一體化領(lǐng)域，特別涉及一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝
置及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]中小功率水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械由于體積重量小,適合在山地、丘陵地區(qū)和小地塊水田作業(yè)，具有較大的應(yīng)用前景。電動(dòng)插秧機(jī)在水田中作業(yè)時(shí)，電氣系統(tǒng)防水和絕緣工藝要求較高，蓄電池和電機(jī)可以容易實(shí)現(xiàn)低成本防水絕緣處理，而控制手柄上的各種控制開(kāi)關(guān)按鍵較難實(shí)現(xiàn)低成本的絕緣處理。水田作業(yè)時(shí)，控制手柄不僅容易被水浸濕，而且經(jīng)常遇到淤泥覆蓋的情況，不但會(huì)造成開(kāi)關(guān)按鍵短路，還遮擋了按鍵上或顯示裝置的信息，造成機(jī)器故障或操作不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置及其應(yīng)用，解決水田作業(yè)時(shí)控制面板浸水短路和淤泥覆蓋等問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置，包括數(shù)字處理器、數(shù)據(jù)通道、投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)和安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械控制手柄上的人機(jī)交互面板。
[0006]數(shù)字處理器包括CPU和外圍輔助電路，是數(shù)據(jù)處理和外部控制指令的核心電路，用于分析數(shù)據(jù)通道輸入的圖像數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令，控制投影器和水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。
[0007]數(shù)據(jù)通道是一個(gè)雙向數(shù)字線路，用于攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)與數(shù)字處理器之間的數(shù)據(jù)通訊。
[0008]投影器是光學(xué)投影機(jī)構(gòu)，用于將數(shù)據(jù)處理器的圖像信息通過(guò)可見(jiàn)光投影在人機(jī)交互面板上顯示。
[0009]多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)是利用不可見(jiàn)的紅外線檢測(cè)通道前方遮擋物的距離，用于判斷操作者手指是否出現(xiàn)在相應(yīng)的控制按鍵位置。
[0010]人機(jī)交互面板上的投影內(nèi)容包括啟動(dòng)、停止、加速、減速等控制按鍵和水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械行進(jìn)的速度數(shù)據(jù)。
[0011]上述適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置的操作過(guò)程是:首先，數(shù)字處理器控制投影器將各種控制按鍵和需要顯示的速度數(shù)據(jù)投影在控制手柄上的人機(jī)交互面板上；攝像頭和多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)檢測(cè)操作者手指位于人機(jī)交互面板上相應(yīng)控制按鍵的位置，然后通過(guò)數(shù)據(jù)通道將信息反饋給數(shù)字處理器；數(shù)字處理器根據(jù)反饋的控制按鍵對(duì)應(yīng)的命令來(lái)控制水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的操作。
[0012]人機(jī)交互面板采用深色平面材料，投影器將控制按鍵和速度數(shù)據(jù)投影在人機(jī)交互面板上時(shí)，即使有一定的淤泥覆蓋，仍可顯示控制按鍵和速度數(shù)據(jù)。當(dāng)操作者用手指觸摸某個(gè)控制按鍵時(shí)，攝像頭采集圖像信息，由數(shù)字處理器進(jìn)行圖像分析，識(shí)別手指和控制按鍵位置信息，判斷操作者的指令；同時(shí)，為了增加可靠性，多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)的每個(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的控制按鍵投影位置，通過(guò)采集人體溫度的紅外信息，判斷操作者手指是否在相應(yīng)控制按鍵位置上，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)通道將該指令傳遞給數(shù)據(jù)處理器，結(jié)合圖像信息，準(zhǔn)確判斷操作者指令。
[0013]一種水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械，安裝有上述的人機(jī)交互裝置。所述人機(jī)交互裝置安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械駕駛艙的操作手柄處，其中人機(jī)交互面板置于操作手柄之間，便于操作者用手操作，起到顯示屏和觸摸屏的作用；投影器、攝像頭置于人機(jī)交互面板上方，用剛性支架固定；數(shù)字處理器與投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)之間用電氣線路構(gòu)成數(shù)據(jù)通道和電源回路，人機(jī)交互面板與數(shù)字處理器、投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)之間均無(wú)電氣連接。
[0014]本發(fā)明利用可見(jiàn)光投影技術(shù)，并結(jié)合圖像處理和紅外測(cè)距技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械控制手柄上開(kāi)關(guān)按鍵非接觸式操作。首先，由于投影器、攝像頭和多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件和電氣觸點(diǎn)，且安裝在高位，容易實(shí)現(xiàn)低成本的防水絕緣。其次，水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械控制手柄上的人機(jī)交互面板上所有顯示信息均是光影信息，不存在短路問(wèn)題；即使面板被淤泥覆蓋，光影信息仍會(huì)投射在表面，不嚴(yán)重影響操作者獲取視覺(jué)信息，解決了浸水短路和淤泥覆蓋等關(guān)鍵問(wèn)題。此外，若水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械要進(jìn)行功能升級(jí)和硬件改造，需要更改控制按鍵功能和位置時(shí)，只需修改軟件，更新投影信息即可，節(jié)約硬件升級(jí)成本，提升了升級(jí)空間。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0016]1、本發(fā)明的原理與結(jié)構(gòu)不同于目前的水田機(jī)械上的傳統(tǒng)電氣控制開(kāi)關(guān)，具有防水絕緣、不受淤泥覆蓋和成本較低等特點(diǎn)。
[0017]2、本發(fā)明的水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械人機(jī)交互裝置采用非接觸式操作，不存在機(jī)械和電氣磨損問(wèn)題，使用壽命長(zhǎng)，工作可靠。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明的工作原理示意圖。
[0019]圖2為人機(jī)交互面板示意圖。
[0020]其中，1、投影顯示區(qū)域；2、啟動(dòng)按鍵；3、停止按鍵；4、加速按鍵；5、減速按鍵；6、速度顯不。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1所示，一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置，包括數(shù)字處理器、數(shù)據(jù)通道、投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)和安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械控制手柄上的人機(jī)交互面板。數(shù)字處理器包括CPU和外圍輔助電路，是數(shù)據(jù)處理和外部控制指令的核心電路，用于分析數(shù)據(jù)通道輸入的圖像數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令，控制投影器和水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。數(shù)據(jù)通道是一個(gè)雙向數(shù)字線路，用于攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)與數(shù)字處理器之間的數(shù)據(jù)通訊。投影器是光學(xué)投影機(jī)構(gòu)，用于將數(shù)據(jù)處理器的圖像信息通過(guò)可見(jiàn)光投影在人機(jī)交互面板上顯示，發(fā)出與水田淤泥顏色對(duì)比度較大的波長(zhǎng)大于黃色光的可見(jiàn)光，亮度可調(diào)。多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)是利用不可見(jiàn)的紅外線檢測(cè)通道前方遮擋物的距離，用于判斷操作者手指是否出現(xiàn)在相應(yīng)的控制按鍵位置。。人機(jī)交互面板上的投影內(nèi)容包括啟動(dòng)、停止、加速、減速等控制按鍵和水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械行進(jìn)的速度數(shù)據(jù)，如圖2所示，其中，1、投影顯示區(qū)域；2、啟動(dòng)按鍵；3、停止按鍵；4、加速按鍵；5、減速按鍵；6、速度顯示。人機(jī)交互面板采用金屬或塑料等不吸水的深色平面材料，投影區(qū)域表面顏色為深色，或接近水田淤泥顏色。投影器將控制按鍵和速度數(shù)據(jù)投影在人機(jī)交互面板上時(shí)，即使有一定的淤泥覆蓋，仍可顯示控制按鍵和速度數(shù)據(jù)。當(dāng)操作者用手指觸摸某個(gè)控制按鍵時(shí)，攝像頭采集圖像信息，由數(shù)字處理器進(jìn)行圖像分析，識(shí)別手指和控制按鍵位置信息，判斷操作者的指令；同時(shí)，為了增加可靠性，多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)的每個(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的控制按鍵投影位置，通過(guò)采集人體溫度的紅外信息，判斷操作者手指是否在相應(yīng)控制按鍵位置上，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)通道將該指令傳遞給數(shù)據(jù)處理器，結(jié)合圖像信息，準(zhǔn)確判斷操作者指令。
[0024]一種水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械，安裝有上述的人機(jī)交互裝置。所述人機(jī)交互裝置安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械駕駛艙的操作手柄處，其中人機(jī)交互面板置于操作手柄之間，便于操作者用手操作，起到顯示屏和觸摸屏的作用；投影器、攝像頭置于人機(jī)交互面板上方，用剛性支架固定；數(shù)字處理器與投影器、攝像頭和多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)之間用電氣線路構(gòu)成數(shù)據(jù)通道和電源回路，人機(jī)交互面板與數(shù)字處理器與投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)之間均無(wú)電氣連接。具體操作過(guò)程是:首先，數(shù)字處理器控制投影器將各種控制按鍵和需要顯示的速度數(shù)據(jù)投影在控制手柄上的人機(jī)交互面板上；攝像頭和多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)檢測(cè)操作者手指位于人機(jī)交互面板上相應(yīng)控制按鍵的位置，然后通過(guò)數(shù)據(jù)通道將信息反饋給數(shù)字處理器；數(shù)字處理器根據(jù)反饋的控制按鍵對(duì)應(yīng)的命令來(lái)控制水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的操作。
[0025]操作者可以觸摸加速按鍵4或減速按鍵5來(lái)控制電動(dòng)水田作業(yè)機(jī)械的行進(jìn)速度，啟動(dòng)按鍵2和停止按鍵3分別控制水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的啟動(dòng)和停止。
[0026]在水田中作業(yè)時(shí)，即使偶然有泥水覆蓋人機(jī)交互面板，投影信息仍會(huì)顯示在泥水表面，不影響操作者獲取視覺(jué)信息，而且不會(huì)造成短路。
【權(quán)利要求】
1.一種適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置，其特征在于:包括數(shù)字處理器、數(shù)據(jù)通道、投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)和安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械控制手柄上的人機(jī)交互面板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機(jī)交互裝置，其特征在于:數(shù)字處理器包括CPU和外圍輔助電路，是數(shù)據(jù)處理和外部控制指令的核心電路，用于分析數(shù)據(jù)通道輸入的圖像數(shù)據(jù)并發(fā)出控制指令，控制投影器和水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機(jī)交互裝置，其特征在于:數(shù)據(jù)通道是一個(gè)雙向數(shù)字線路，用于攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)與數(shù)字處理器之間的數(shù)據(jù)通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機(jī)交互裝置，其特征在于:投影器是光學(xué)投影機(jī)構(gòu)，用于將數(shù)據(jù)處理器的圖像信息通過(guò)可見(jiàn)光投影在人機(jī)交互面板上顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機(jī)交互裝置，其特征在于:多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)是利用不可見(jiàn)的紅外線檢測(cè)通道前方遮擋物的距離，用于判斷操作者手指是否出現(xiàn)在相應(yīng)的控制按鍵位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人機(jī)交互裝置，其特征在于:人機(jī)交互面板上的投影內(nèi)容包括啟動(dòng)、停止、加速、減速的控制按鍵和水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械行進(jìn)的速度數(shù)據(jù)。
7.—種權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的適合水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的人機(jī)交互裝置的操作過(guò)程，其特征在于:首先，數(shù)字處理器控制投影器將各種控制按鍵和需要顯示的速度數(shù)據(jù)投影在控制手柄上的人機(jī)交互面板上；攝像頭和多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)檢測(cè)操作者手指位于人機(jī)交互面板上相應(yīng)控制按鍵的位置，然后通過(guò)數(shù)據(jù)通道將信息反饋給數(shù)字處理器；數(shù)字處理器根據(jù)反饋的控制按鍵對(duì)應(yīng)的命令來(lái)控制水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械的操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人機(jī)交互裝置的操作過(guò)程，其特征在于:當(dāng)操作者用手指觸摸某個(gè)控制按鍵時(shí)，攝像頭采集圖像信息，由數(shù)字處理器進(jìn)行圖像分析，識(shí)別手指和控制按鍵位置信息，判斷操作者的指令；同時(shí)，多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)的每個(gè)通道對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的控制按鍵投影位置，通過(guò)采集人體溫度的紅外信息，判斷操作者手指是否在相應(yīng)控制按鍵位置上，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)通道將該指令傳遞給數(shù)據(jù)處理器，結(jié)合圖像信息，準(zhǔn)確判斷操作者的指令。
9.一種水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械，其特征在于:安裝有權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的人機(jī)交互裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械，其特征在于:人機(jī)交互裝置安裝在水田電動(dòng)作業(yè)機(jī)械駕駛艙的操作手柄處，其中人機(jī)交互面板置于操作手柄之間，便于操作者用手操作，起到顯示屏和觸摸屏的作用；投影器、攝像頭置于人機(jī)交互面板上方，用剛性支架固定；數(shù)字處理器與投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)之間用電氣線路構(gòu)成數(shù)據(jù)通道和電源回路，人機(jī)交互面板與數(shù)字處理器、投影器、攝像頭、多通道紅外測(cè)距機(jī)構(gòu)之間均無(wú)電氣連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK103728902SQ201310722882
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】閆國(guó)琦, 孫永生, 張鐵民, 李晟, 廖浩稀 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)