1.本发明涉及一种基于五自由度机械臂的手语交互翻译机器人，主要应用于公共服务型机器人行业。
背景技术：2.据2021年中国残疾人联合会统计数据显示，我国听力语言残疾为2780万人，占全国残疾人的30%以上，人口总数的1.67％，居视力残疾、肢体残疾、精神残疾、智力残疾及听力言语残疾五类残疾之首。同时，我国残疾人口数量以每年大约20万人的速度持续增长。我国聋哑症的发病率约为2%，按年均人口出生率计算，连同出生后2～3岁婴幼儿，每年总的群体达5700万。
3.由于沟通障碍，听力和言语残疾人在日常生活中时常遭遇不便和尴尬，然而，公众对他们的了解和帮助却又十分有限，社会所能提供的服务远低于听力与言语残疾人的需求。在公共场所投放一些服务型机器人，向听力和言语残疾人士提供交流服务，能够有效地解决他们与正常人士之间的沟通问题。
4.传统服务型机器人与人的交流方式是通过触摸屏与麦克风进行交互，聋哑人士因为缺陷问题，无法通过言语交流，触摸屏只能完成比较简单的任务，如导航、投放广告等等，对于大部分聋哑人士是难以通过这两种方式与机器人进行有效的交流。
技术实现要素：5.本发明的目的是针对现有技术上不足和改进需求，克服听力言语残疾人士与其他人士的交流沟通障碍大、效率低等缺点，设计了一种自由度高、制作方便和形状简单、而且能够表达手语的机器人。
6.为实现上述目的，本发明是通过以下技术手段实现的：设计了一种基于五自由度机械臂的手语交互翻译机器人，包括收音器、播音器、机械臂、摄像头、显示屏、触摸屏、主体部分及移动装置八部分。
7.其中，所述的机器人主体近似为梯形立方体，通过螺钉与头部连接；主体部分上设有一组对称凹槽，通过凹槽与机械臂连接；所述头部上安装有显示屏，可以采集正在交流的人的表情来显示在显示屏上，更好的表达说话人想传达的意思。
8.所述机械臂包括大臂、小臂及手掌三部分，分别通过大臂转动副、小臂转动副进行连接，最大程度上模仿人的手臂，达到五个自由度；所述手掌模仿人体结构，将手指分为三段，保证机器人能做出弯曲等动作，能够随意运动手掌通过手势向聋哑人士传递信息，避免角度误差造成的理解误会。
9.所述的移动装置由两个万向轮组成，通过单头螺柱连接在所述主体部分上，由舵机提供动力，能自由旋转移动。
10.所述的摄像头、显示屏、触摸屏、收音器及播音器五部分共同组成手语交互翻译机器人的数据交互装置，所述摄像头可以自由旋转，根据识别人的高度进行调整；与听力言语
残疾人士交流时，首先通过摄像头采集动态图片，通过识别算法在数据库中寻找对应的含义，并输出在显示屏上，同时播音器采集识别结果转化为语音输出；传达正常人士的语言时，先通过收音器识别为文字，将数据传给翻译算法，在数据库中寻找对应的视频，提取特征，转化为电流信号输出给舵机，由舵机控制机器臂、手指的旋转和移动，表达正常人士想传达的语言。
11.采用上述技术方案，本发明取得了以下有益效果：与传统服务型机器人相比，本发明的优点在于考虑了残疾人士的需求，普及范围更广；通过五个自由度的机械臂用手势来表达语言，能够促进听力言语残疾人士与正常人士之间的沟通交流；与市面上其他手语翻译方式相比，手语交互翻译机器人可以24小时持续工作，电量较低时可自动去充电桩进行充电，另一台机器人替换进行工作。
12.本发明大部分装置能够通过3d打印制作，对于强度要求不高，节省了极大的制造成本；同时灵活性较高，能够根据不同的应用地点的方言手语更改数据库，能够提高手语识别率与翻译率。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
14.图1是本发明的整体模型示意图。
15.图2是本发明所述机械臂的组成示意图。
16.图1中，1、收音器，2、播音器，3、机械臂，4、摄像头，5、显示屏，6、触摸屏，7、主体部分，8、移动装置。图2中，3-1、机械大臂，3-2、机械小臂，3-3、机械手掌。
具体实施方式
17.为了更具体的阐述本发明的目的、技术方案及优点，下面通过借助实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明；此处所描述的实施例仅是说明性，非限定性的，本发明的保护范围不受这些实施例的限制。
18.本实施方式所述一种基于五自由度机械臂的手语交互翻译机器人，包括收音器1、播音器2、机械臂3、摄像头4、显示屏5、触摸屏6、主体部分7及移动装置8，在传统服务型机器人的技术上添加了机械臂和手语翻译模块，同时完善了以往服务型机器人所具有的功能。
19.在本实施例中，所述的手语交互翻译机器人主体部分7近似为梯形立方体，通过螺钉与头部连接；主体部分7上设有一组对称凹槽，通过凹槽与机械臂3连接；所述头部上安装有显示屏5，可以采集正在交流的人的表情映像在显示屏上，从而更好地表达说话人想传达的意思。
20.在本实施例中，所述机械臂3由机械大臂3-1、机械小臂3-2及机械手掌3-3组成，分别通过大臂转动副、小臂转动副进行连接，最大程度上模仿人的手臂，达到五个自由度，适应各种手势动作。
21.在本实施例中，所述的移动装置8由两个万向轮组成，通过单头螺柱连接在所述主体部分7上，由舵机提供动力，能自由旋转移动，扩大机器人移动范围。
22.所述的摄像头4、显示屏5、触摸屏6、收音器1及播音器2五部分共同组成手语交互翻译机器人的数据交互装置，所述摄像头4可以自由旋转，根据识别人的高度进行调整合适
的角度采集数据，所述触摸屏6可以提高原有服务型机器人的基本功能，如导航、介绍信息等等。
23.具体的，与听力言语残疾人士交流时，他们只需要站在机器人面前展示手语动作，首先通过摄像头4采集动态图片，通过识别算法在数据库中寻找对应的含义，并输出在显示屏5上，同时播音器2根据识别结果转化为语音输出；传达正常人士的语言时，先通过收音器1识别为文字，将数据传给翻译算法，在数据库中寻找对应的视频，提取特征，转化为电流信号输出给舵机，由舵机控制机器臂3的旋转和移动，与听力言语残疾人士交流，传达正常人士想传达的语意。
24.为了增加机器人的移动距离，采用移动电脑通过wifi将控制命令传递给各个模块，而不是采用传统的线控，利用can总线技术对关节上的驱动模块进行通信，使其能达到稳定以及功能全面的特点。
25.以上所述为本发明的最佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容；所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护范围。
技术特征：1.一种基于五自由度机械臂的手语交互翻译机器人，其特征在于，包括收音器1、播音器2、机械臂3、摄像头4、显示屏5、触摸屏6、主体部分7及移动装置8；主体部分7近似为梯形立方体，机械臂3和移动装置8通过对称凹槽及螺钉固定在主体部分7上；所述的摄像头4、显示屏5、触摸屏6、收音器1及播音器2五部分共同组成手语交互翻译机器人的数据交互装置，嵌入安装于主体部分7。2.根据权利要求1所述的主体部分7，其特征在于，主体部分7采用壳体结构，由头部和身体两部分组成，通过螺钉连接，结构简单，能够节省制作成本，降低耗能。3.根据权利要求1所述的机械臂3，其特征在于，所述的机械臂3包括机械大臂3-1、机械小臂3-2及机械手掌3-3三部分，分别通过大臂转动副、小臂转动副进行连接，最大程度上模仿人的手臂，达到五个自由度，运动灵活。4.根据权利要求1所述的移动装置8，其特征在于，所述的移动装置8是2个万向轮连接构成，移动范围大。5.根据权利要求1所述的数据交互装置，其特征在于，所述摄像头4可以自由旋转，根据识别人的高度进行调整合适的角度采集数据；通过摄像头4读取数据，通过算法模型将手语转化为自然语言输出；也可以通过收音器识别语音，转化为对应的手语，通过舵机控制机器臂3的旋转与移动输出手势。
技术总结本发明公开一种基于五自由度机械臂的手语交互翻译机器人，涉及公共服务型机器人领域，包括收音器、播音器、机械臂、摄像头、显示屏、触摸屏、主体部分及移动装置八部分。机械臂和移动装置通过对称凹槽及螺钉固定在主体部分上，其他五部分组成数据交互装置，嵌入安装在主体部分上。首先摄像头读取数据，通过算法模型将手语转化为自然语言输出。也可以通过收音器识别语音，转化为对应的手语，通过舵机控制机器臂做出对应的手势完成输出。本发明解决了现有的手语翻译产品设备昂贵、不方便且不实用的问题，提高了听力言语残疾人士与正常人士之间沟通的效率，从而促进残疾人基础设施的发展。展。展。
技术研发人员：李静 张梦瑶 龚陆轩
受保护的技术使用者：武汉科技大学
技术研发日：2022.07.05
技术公布日：2022/11/1
