本发明涉及灯光照明设备领域，更具体地，涉及一种机械臂智能交互台灯。
背景技术：
随着互联网络的普及，智能家居类产品已逐步成为市场需求主流，传统家用电器朝向更为智能化发展的趋势，家庭智能类产品应用已经成为家居生活中的一种必然选择。然而，目前使用的传统家用台灯产品往往只能通过手动调整照明角度和照明亮度，在使用过程中，当用户距离台灯较远时，就对照明的调整造成不便，又浪费时间，而且传统的家用台灯产品并不能根据环境自动调整照明，使得照明亮度不能很好地适应环境亮度。
技术实现要素：
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种机械臂智能交互台灯，用户通过发出控制指令调整台灯的照明角度和照明亮度，简化用户操作，也可根据周围的环境调整台灯的照明，使照明亮度与环境相适应，提升使用体验。
本发明采取的技术方案是，
一种机械臂智能交互台灯，包括：底座；发光组件，用于提供光照亮度；以及机械臂，其一端设于所述底座上，另一端与所述发光组件连接，还包括：驱动模块，与所述机械臂连接，用于驱动所述机械臂转动；处理单元，与所述发光组件和所述驱动模块连接；指令输入模块，与所述处理单元连接，用于收集用户发出的控制指令；环境调节模块，与所述处理单元连接，用于收集环境信息；以及机械臂控制模块，与所述处理单元和所述驱动模块连接，用于逆向控制所述机械臂转动；所述指令输入模块和所述环境调节模块将收集的控制指令和环境信息反馈到所述处理单元，所述处理单元根据接收到的控制指令和环境信息，相应地控制所述发光组件开关和光照亮度强弱；所述机械臂控制模块根据所述处理单元接收到的控制指令确定所述机械臂末端位置，计算所述机械臂各轴转动角度，从而控制所述驱动模块驱动机械臂转动，以调整所述发光组件的位置。
在本技术方案中，底座、机械臂和发光组件构成台灯的主体，所述底座用于稳定台灯整体，所述机械臂为多节机械臂，可通过机械臂控制模块控制驱动模块驱动各节机械臂之间作相对转动以调整所述发光组件的位置，以实现从不同的照明角度进行照明，处理单元用于接收与之相连的各模块反馈的控制指令和环境信息，以及根据各模块反馈的控制指令和环境信息控制对应的模块执行相应的动作，在使用时，既可由用户通过所述指令输入模块输入控制指令控制相应模块执行动作，也可由环境调节模块自动根据其所检测的周围环境信息控制所述发光组件开关和光照亮度强弱，简化了用户的操作，使用户在距离台灯较远处时不需走近台灯手动调整，且能根据周围的环境调整台灯的照明，使照明亮度与环境相适应，提升用户体验。
进一步地，所述机械臂为三节机械臂。
进一步地，以所述机械臂与所述底座连接的一端作为原点设置坐标系，所述机械臂末端设置末端执行器，其在坐标系中的位置为(x,y,z)，定义所述机械臂与所述底座连接的一节为x轴机械臂，长度为d1，而后依次为y轴大臂和z轴小臂，长度分别为d2、d3，所述x轴机械臂的轴转动角度为θ，所述x轴机械臂的轴转动角度为α，所述y轴大臂的转动角度为β，所述机械臂末端设置末端执行器，其一边长度为d4，另一边长度为d5，所述末端执行器与原点的距离为r，根据末端执行器的位置，由以下各式可自动计算求解θ,α,β的角度，进而控制所述驱动模块驱动机械臂转动，完成控制：
d2*cos(α) d3*cos(β)＝r-d4
d2*sin(α)-d3*sin(β)＝z d5-d1
进一步地，所述指令输入模块包括，与所述处理单元连接的摄像头，用于识别用户的面部信息和发出的手势指令，并将所述面部信息和手势指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件的光照方向朝向用户位置。
在本技术方案中，所述摄像头能够识别用户的面部信息和发出的手势指令，通过手势指令可以控制所述驱动模块驱动所述机械臂转动、发光组件的开关和光照亮度的强弱以及其他模块执行动作，用户仅需对台灯用简单的手势进行指示即可控制台灯，而不需走近台灯作手动调整，方便了用户操作，节约调整时间；所述摄像头通过用户的面部信息就可追踪用户的位置，处理单元就根据用户的位置控制所述驱动模块驱动所述机械臂转动，使发光组件的光照方向朝向用户位置，避免在使用过程中因用户位置变换而需要由用户多次调节照明角度。
优选地，还包括与所述摄像头连接的物体定位识别模块，用于对所述摄像头识别的图像信息进行视觉处理并提取所述图像信息的中心点。
优选地，物体定位识别模块对收集的图像信息进行透视变换、高斯模糊处理、腐蚀图像、图像二值化、检测轮廓和计算物体中心坐标。
在本技术方案中，通过设置物体定位识别模块对收集的图像信息进行视觉处理，以提取指定物体的中心点坐标，确定所述机械臂末端的位置，利用透视变换将从斜角拍摄出来的图像校正成正投影的形式，方便后续的坐标确定；通过高斯模糊和腐蚀图像对图像进行处理，可减少图像的噪声点，获得更好质量的二值化图像，从而更好地进行后续的轮廓检测。
进一步地，所述指令输入模块包括，与所述处理单元连接的麦克风，用于收集用户发出的语音控制指令，并将所述语音控制指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件和所述机械臂。
在本技术方案中，用户向所述麦克风发出语音控制指令，处理单元进行识别后，相应地控制所述驱动模块驱动所述机械臂转动、发光组件的开关和光照亮度的强弱以及其他模块执行动作，用户可不使用手势，通过语音即可调整照明的角度和光照亮度，使用户在不便发出手势指令时，也可在较远距离进行控制，进一步简化了台灯的操作。
进一步地，所述指令输入模块包括，与所述处理单元连接的操作显示屏，用于收集用户手动设置的指令，并将所述手动指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件和所述机械臂及进行信息查询。
在本技术方案中，当用户想进行较为准确的调整时，可通过所述操作显示屏手动设置相关的用户参数形成手动指令，从而控制所述驱动模块驱动所述机械臂转动、发光组件的开关和光照亮度的强弱以及其他模块执行动作，用操作显示屏进行手动调整，比传统台灯通过旋钮或直接扭动台灯杆的调整方法更加精准和省时省力，此外，当需要进行信息查询时，可通过操作显示屏输入查询指令，查询的结果可通过操作显示屏或投影模块进行文字及图像显示，或者通过播放器进行语音播报。
进一步地，所述指令输入模块包括，与所述处理单元无线连接的遥控模块，用于收集用户发出的无线控制指令，并将所述无线控制指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件和所述机械臂。
优选地，所述遥控模块通过发射红外线控制信号向所述处理单元发出无线控制指令。
优选地，所述遥控模块通过互联网向所述处理单元发出无线控制指令。
在本技术方案中，当用户距离台灯距离较远，摄像头和麦克风都无法收集到用户发出的控制指令时，可通过所述遥控模块向处理单元发出无线控制指令，控制所述驱动模块驱动所述机械臂转动、发光组件的开关和光照亮度的强弱以及其他模块执行动作，遥控模块可以通过红外线控制信号、互联网或局域网发出无线控制指令，避免因用户与台灯相距较远而令面部信息、手势指令和语音指令等控制方式都失效的情况下无法控制发光组件的开关、位置和光照亮度强弱。
优选地，所述处理单元与互联网通信连接，通过收集用户发出的手势指令、语音控制指令、手动指令或无线控制指令反馈到所述处理单元，以控制通信连接接通或断开。
在本技术方案中，所述处理单元与互联网作通信连接，可实现设备之间的联网互动，以及实现多种文档资料、时间或天气等信息的接收及更新，以使台灯提供信息查询和信息投影功能；通过用户发出的多种指令对通信连接进行控制，在需要信息通信时，可选择控制通信连接接通，而在不需信息通信时，可选择控制通信连接断开，以保护用户的隐私。
进一步地，还包括设于所述手动输入模块内的播放器，与所述处理单元连接，所述处理单元根据用户发出的控制指令控制所述播放器提供语音提示或音乐播放。
进一步地，还包括设于所述机械臂上的投影模块，与所述处理单元连接，所述处理单元根据用户发出的控制指令控制所述投影模块投射信息。
在本技术方案中，用户可通过手势指令、语音控制指令、手动指令或无线控制指令控制播放器播放语音提示或音乐等音频，以及控制投影模块在工作台上投射辅助线、文档资料、时间与天气等信息，通过与互联网通信连接，可接收多种语音提示、音乐和文档资料及更新时间或天气等信息以播放或投影，所述播放器和投影模块扩展了台灯除照明外的其他功能，提升了人机交互的体验。
进一步地，还包括与所述处理单元连接的存储单元，与所述处理单元连接，用于收集与记录用户的操作信息，并分析用户的习惯，所述处理单元根据存储单元分析得出的指令自动控制机械臂转动以及发光组件的亮度。
在本技术方案中，设置存储单元收集与记录用户的操作信息并对其习惯进行分析，使台灯在打开时就自动调整到常用用户平时所需的光照角度和光照亮度，避免台灯重新打开时用户需要重新调整台灯的各项参数，简化用户操作，节省了调整的时间。
进一步地，所述环境调节模块包括与所述处理单元连接的环境光传感器，用于检测周围环境的光线强度，所述处理单元根据检测到的光线强度控制所述发光组件的光照亮度强弱。
在本技术方案中，通过设置与处理单元连接的环境光传感器检测周围环境的光线强度，可使台灯在使用时根据周围环境的光线强度自动调整发光组件的光照亮度强弱，令照明强度最适合当前的工作环境，可简化用户操作，避免长时间调整光照亮度，浪费时间。
进一步地，所述环境调节模块包括与所述处理单元连接的接近传感器，用于检测用户是否位于预定范围内，所述处理单元根据检测到的用户位置控制所述发光组件开关。
在本技术方案中，设置了与处理单元连接的接近传感器，并在接近传感器中设定一个预定范围，在使用时，当接近传感器检测到用户进入预定范围时，处理单元控制所述发光组件打开照明，当接近传感器监测到用户长时间不在预定范围内，处理单元控制所述发光组件关闭，通过这样的设置，用户一靠近台灯即打开，长时间离开台灯就关闭，不需用户手动开关台灯，简化了操作，同时也避免用户忘记关闭台灯而导致电能浪费。
进一步地，所述发光组件与所述机械臂的一端通过夹具作可拆卸连接。
在本技术方案中，所述发光组件是与机械臂可拆卸连接的，用户可以更换各种色温、瓦数、功率和形状等不同的发光组件，使用灵活，更能满足不同用户的实际需要。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明设置了指令输入模块和环境调节模块，既可通过用户的面部信息、手势指令、语音控制指令、手动指令、无线控制指令等操作对台灯的发光组件的位置、开关和光照亮度强弱进行控制，也可通过检测周围环境及用户是否在预定范围内对台灯进行控制，简化用户操作，提升了使用体验，此外，台灯还能与互联网通信连接，可实现设备之间的联网互动，通过在台灯上设置播放器和投影模块，扩展了台灯除照明外的其他功能，提升人机交互的体验。
附图说明
图1为本发明的结构图。
图2为本发明的工作状态图。
图3为本发明的工作状态图。
图4为本发明的收起状态图。
图5为本发明的坐标系示意图
图6为本发明的模块连接示意图。
附图中标记为：底座100；机械臂200；x轴机械臂210；y轴大臂220；z轴小臂230；发光组件300；夹具310。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例
如图1至6所示，本实施例中提供了一种机械臂智能交互台灯，其包括、用于稳定台灯整体的底座100、用于提供光照亮度的发光组件以及机械臂200，所述机械臂200一端设于所述底座100上，另一端与所述发光组件300连接，还包括机械臂控制模块和驱动模块，所述驱动模块与所述机械臂200连接，用于驱动所述机械臂200转动，所述机械臂控制模块与所述处理单元和所述驱动模块连接，用于逆向控制所述机械臂200转动。在本实施例中，所述机械臂200为三节机械臂，可通过驱动模块驱动各节机械臂200之间作相对转动以调整所述发光组件300的位置，以实现从不同的照明角度进行照明。
在台灯内设置与所述发光组件300和所述驱动模块连接的处理单元、与所述处理单元连接的指令输入模块，以及与所述处理单元连接的环境调节模块。所述指令输入模块用于收集用户发出的控制指令，环境调节模块用于收集环境信息，处理单元用于接收与之相连的各模块反馈的控制指令和环境信息，以及根据各模块反馈的控制指令和环境信息控制对应的模块执行相应的动作。
所述机械臂控制模块根据所述处理单元接收到的控制指令确定所述机械臂200末端位置，计算所述机械臂200各轴转动角度，从而控制所述驱动模块驱动机械臂200转动，以调整所述发光组件300的位置。以所述机械臂200与所述底座100连接的一端作为原点设置坐标系，所述机械臂200末端设置末端执行器，其在坐标系中的位置为(x,y,z)，定义所述机械臂200与所述底座100连接的一节为x轴机械臂210，长度为d1，而后依次为y轴大臂220和z轴小臂230，长度分别为d2、d3，所述x轴机械臂210的轴转动角度为θ，所述y轴机械臂220的轴转动角度为α，所述z轴小臂230的转动角度为β，在本实施例中，所述末端执行器为夹具310，其与所述机械臂200连接的一边长度为d4，另一边长度为d5，所述末端执行器与原点的距离为r，根据末端执行器的位置，由以下各式可自动计算求解θ,α,β的角度，进而控制所述驱动模块驱动机械臂转动，完成控制：
d2*cos(α) d3*cos(β)＝r-d4
d2*sin(α)-d3*sin(β)＝z d5-d1
所述指令输入模块包括与处理单元连接的摄像头、麦克风、操作显示屏和遥控模块，所述摄像头用于识别用户的面部信息和发出的手势指令，将所述手势指令反馈到处理单元，或根据用户的面部信息追踪用户的位置反馈到处理单元，处理单元控制所述驱动模块驱动所述机械臂200转动、发光组件300的开关和光照亮度的强弱以及其他模块执行动作；所述麦克风用于收集用户发出的语音控制指令，并将所述语音控制指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件300和所述机械臂200；所述操作显示屏用于收集用户手动设置的指令，并将所述手动指令反馈到所述处理单元，控制所述发光组件300和所述机械臂200及进行信息查询，以进行较为准确的调整，此外，当需要进行信息查询时，可通过操作显示屏输入查询指令，查询的结果可通过操作显示屏或投影模块进行文字及图像显示，或者通过播放器进行语音播报；所述遥控模块用于向所述处理单元发出无线控制指令，以控制所述发光组件300和所述机械臂200，遥控模块可以通过红外线控制信号、互联网或局域网发出无线控制指令，避免因用户与台灯相距较远而令面部信息、手势指令和语音指令等控制方式都失效的情况下无法控制发光组件300的开关、位置和光照亮度强弱。
与所述摄像头还连接有物体定位识别模块，用于对所述摄像头识别的图像信息进行视觉处理并提取所述图像信息的中心点，所述物体定位图像识别模块对收集的图像信息进行透视变换、高斯模糊处理、腐蚀图像、图像二值化、检测轮廓和计算物体中心坐标，通过设置物体定位图像识别模块对收集的图像信息进行视觉处理，以提取指定物体的中心点坐标，确定所述机械臂末端的位置，利用透视变换将从斜角拍摄出来的图像校正成正投影的形式，方便后续的坐标确定；通过高斯模糊和腐蚀图像对图像进行处理，可减少图像的噪声点，获得更好质量的二值化图像，从而更好地进行后续的轮廓检测。
本实施例中的台灯还包括设于所述手动输入模块内的播放器和设于所述机械臂200上的投影模块，其分别与所述处理单元相连，所述处理单元根据用户发出的控制指令控制所述播放器提供语音提示或音乐播放，以及控制所述投影模块投射信息，用户可通过手势指令、语音控制指令、手动指令或无线控制指令控制播放器播放语音提示或音乐等音频，以及控制投影模块在工作台上投射辅助线、文档资料、时间与天气等信息。
所述处理单元还与互联网通信连接，实现设备之间的联网互动，以及实现多接收多种语音提示、音乐和文档资料及更新时间或天气等信息以播放或投影，丰富台灯提供信息查询和信息投影功能，通过收集用户发出的手势指令、语音控制指令、手动指令或无线控制指令反馈到所述处理单元，以控制通信连接接通或断开，在需要信息通信时，可选择控制通信连接接通，而在不需信息通信时，可选择控制通信连接断开，以保护用户的隐私。
本实施例中的台灯还包括与所述处理单元连接的存储单元，与所述处理单元连接，用于收集与记录用户的操作信息，并分析用户的习惯，所述处理单元根据存储单元分析得出的指令自动控制机械臂200转动以及发光组件300的亮度，使台灯在打开时就自动调整到常用用户平时所需的光照角度和光照亮度，避免台灯重新打开时用户需要重新调整台灯的各项参数，简化用户操作，节省了调整的时间。
所述环境调节模块包括环境光传感器和与接近传感器。所述环境光传感器与处理单元连接，用于检测周围环境的光线强度，所述处理单元根据检测到的光线强度控制所述发光组件300的光照亮度强弱，可使台灯在使用时根据周围环境的光线强度自动调整发光组件300的光照亮度强弱，令照明强度最适合当前的工作环境；所述接近传感器也与处理单元连接，用于检测用户是否位于预定范围内，所述处理单元根据检测到的用户位置控制所述发光组件300开关，在接近传感器中设定一个预定范围，在使用时，当接近传感器检测到用户进入预定范围时，处理单元控制所述发光组件300打开照明，当接近传感器监测到用户长时间不在预定范围内，处理单元控制所述发光组件300关闭，通过这样的设置，用户一靠近台灯即打开，长时间离开台灯就关闭，不需用户手动开关台灯。
所述发光组件300与所述机械臂200的一端通过夹具310作可拆卸连接，用户可以更换各种色温、瓦数、功率和形状等不同的发光组件300，使用灵活，更能满足不同用户的实际需要。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
1.一种机械臂智能交互台灯，包括：
底座；
发光组件，用于提供光照亮度；以及
机械臂，其一端设于所述底座上，另一端与所述发光组件连接，其特征在于，
还包括：
驱动模块，与所述机械臂连接，用于驱动所述机械臂转动；
处理单元，与所述发光组件连接；
指令输入模块，与所述处理单元连接，用于收集用户发出的控制指令；
环境调节模块，与所述处理单元连接，用于收集环境信息；以及
机械臂控制模块，与所述处理单元和所述驱动模块连接，用于逆向控制所述机械臂转动；
所述指令输入模块和所述环境调节模块将收集的控制指令和环境信息反馈到所述处理单元，所述处理单元根据接收到的控制指令和环境信息，相应地控制所述发光组件开关和光照亮度强弱；所述机械臂控制模块根据所述处理单元接收到的控制指令确定所述机械臂末端位置，计算所述机械臂各轴转动角度，从而控制所述驱动模块驱动机械臂转动，以调整所述发光组件的位置。
2.根据权利要求1所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述指令输入模块包括，与所述处理单元连接的摄像头，用于识别用户的面部信息和发出的手势指令，并将所述面部信息和手势指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件的光照方向朝向用户位置。
3.根据权利要求2所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，还包括与所述摄像头连接的物体定位识别模块，用于对所述摄像头识别的图像信息进行视觉处理并提取所述图像信息的中心点。
4.根据权利要求1所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述指令输入模块包括，与所述处理单元连接的麦克风，用于收集用户发出的语音控制指令，并将所述语音控制指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件和所述机械臂，和/或，所述指令输入模块包括，与所述处理单元连接的操作显示屏，用于收集用户手动设置的指令，并将所述手动指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件和所述机械臂及进行信息查询。
5.根据权利要求1所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述指令输入模块包括，与所述处理单元无线连接的遥控模块，用于收集用户发出的无线控制指令，并将所述无线控制指令反馈到所述处理单元，以控制所述发光组件和所述机械臂。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，还包括设于所述手动输入模块内的播放器，与所述处理单元连接，所述处理单元根据用户发出的控制指令控制所述播放器提供语音提示或音乐播放，和/或，还包括设于所述机械臂上的投影模块，与所述处理单元连接，所述处理单元根据用户发出的控制指令控制所述投影模块投射信息。
7.根据权利要求1至5任一项所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述处理单元与互联网通信连接，所述处理单元根据所述指令输入模块反馈的控制指令，控制通信连接接通或断开。
8.根据权利要求1所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述环境调节模块包括与所述处理单元连接的环境光传感器，用于检测周围环境的光线强度，所述处理单元根据检测到的光线强度控制所述发光组件的光照亮度强弱。
9.根据权利要求1所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述环境调节模块包括与所述处理单元连接的接近传感器，用于检测用户是否位于预定范围内，所述处理单元根据检测到的用户位置控制所述发光组件开关。
10.根据权利要求1所述的一种机械臂智能交互台灯，其特征在于，所述发光组件与所述机械臂的一端通过夹具作可拆卸连接。
技术总结