機械臂視覺伺服系統(tǒng)的分析

曹 亮

（成都市農(nóng)林科學院，四川 成都 611134）

隨著科技的不斷進步，現(xiàn)代化社會的建設已經(jīng)取得了階段性的勝利，機械臂視覺伺服系統(tǒng)的設計和應用，將有效地帶動我國機械自動化工程的發(fā)展，推動人工智能這一核心技術的全面拓展，提升社會生產(chǎn)力，發(fā)揮我國海量數(shù)據(jù)和巨大市場應用規(guī)模的優(yōu)勢。

1 機械臂視覺伺服系統(tǒng)的應用優(yōu)勢

當前，我國經(jīng)濟已由高速增長階段轉向高質量發(fā)展階段，機械臂視覺伺服系統(tǒng)的科學設計和應用，可以增強社會經(jīng)濟的轉換增長動力，為新一代人工智能等重大創(chuàng)新技術快速蓄力，以下對機械臂視覺伺服系統(tǒng)的應用優(yōu)勢進行介紹：第一，自動化優(yōu)勢。機械臂視覺伺服系統(tǒng)的科學設計和應用可以讓機械臂更好地用于工業(yè)或服務行業(yè)，完成自動化的分揀、上下料等相關操作，極大地降低了相關工業(yè)生產(chǎn)中的人工投入量，緩解了我國的社會生產(chǎn)壓力，將有效帶動我國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結構的轉型步伐；第二，成本優(yōu)勢。機械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應用，將極大地改善我國的社會生產(chǎn)環(huán)境，將相關生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工序進行科學精簡，節(jié)約了相關操作設備的引進資金。此外，機械臂視覺伺服系統(tǒng)的智能化特點還能夠幫助相關生產(chǎn)操作設備實現(xiàn)自動化保養(yǎng)，顯著地降低了相關企業(yè)的設備維護壓力。

2 機械臂視覺伺服系統(tǒng)性能特征

機械臂視覺伺服系統(tǒng)是指通過光學設置和非接觸的傳感器，自動地接收和處理一個真實物體的圖像，通過圖像反饋的信息，要求電子信息控制系統(tǒng)對機械臂進行科學控制，實現(xiàn)自適應調整，體現(xiàn)了視覺傳感器的全面性優(yōu)勢，以下對機械臂視覺伺服系統(tǒng)的性能特征進行介紹：首先是敏感性特征，機械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應用將極大地促進我國生產(chǎn)格局的建設和完善，帶動我國生產(chǎn)方式的創(chuàng)新和變革，機械臂視覺伺服系統(tǒng)的敏感性特征體現(xiàn)在視覺伺服系統(tǒng)識別幾何和非幾何圖像的過程中，具有較高的反應速度，能夠滿足相關生產(chǎn)和操作需求；其次是可控性特征。機械臂視覺伺服系統(tǒng)必須滿足可控性特征，才能夠通過一系列的控制行為實現(xiàn)圖像識別信息的精準反饋。

3 機械臂視覺伺服系統(tǒng)設計

3.1 機械平臺整體結構設計

機械臂視覺伺服系統(tǒng)的設計和應用可以極大地改變?nèi)藗兊娜粘９ぷ鳌W習、生活方式，創(chuàng)造更加智能的工作環(huán)境和生活環(huán)境。當前，各國的機器人設計水平體現(xiàn)了該國家的智能化水平，機械臂視覺伺服系統(tǒng)則可以顯著提升機器人的操作能力和操作敏感性。機械平臺整體結構設計是機械臂控制的基礎，以下對其進行介紹：機械臂平臺整體結構設計可以有效地保證機械臂的正常操作和控制效果，通過系統(tǒng)控制及相關智能化軟件和設備的應用，可將環(huán)境中的實物信息實時傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺，由系統(tǒng)平臺將數(shù)據(jù)信息進行詳盡分析和處理后，得出相關的操作結果，并將數(shù)據(jù)分析結果實時地傳送到機械臂，控制機械臂進行具體操作，以實現(xiàn)應用目的。由此可知，視覺系統(tǒng)、機械臂、機械手及PC機是組成機械臂系統(tǒng)的主要硬件部分，再加上機械臂和視覺系統(tǒng)的安裝平臺就構成了機械平臺的整體結構，機械平臺整體結構的完善，才能夠保證機械臂正常操作能力的發(fā)揮。

3.2 機械手的結構設計

在機械臂視覺伺服系統(tǒng)中，機械手是主要的操作設備，也是日后機械臂視覺伺服系統(tǒng)在社會生產(chǎn)中應用時滿足生產(chǎn)需求的主要結構，以下對機械手的結構設計進行介紹：首先，相關人員在機械手結構設計過程中，應該考慮到機械臂視覺伺服系統(tǒng)的應用環(huán)境和具體操作規(guī)程以及機械手的實際操作動作，以便在實際設計中對機械手的體積和自重進行精細化控制，避免由于機械手的體積和自重過大，導致操作精度的降低；其次，在機械手的結構設計中，相關設計人員還應該根據(jù)機械臂視覺伺服系統(tǒng)的應用環(huán)境和機械手的具體抓握物體，對機械手的抓取重量詳細核定，一般來說，當前機械臂視覺伺服系統(tǒng)中機械手可抓取的重量在1kg左右，過重將導致機械臂系統(tǒng)控制能力下降。

3.3 機械手的控制設計

當前一個國家的機器人設計水平，體現(xiàn)了該國家的智能化水平，提高我國機器人智能化水平能保證我國在人工智能這個重要領域的科技前沿性，能夠幫助我國占領科技制高點，提升國際話語權。在機械臂視覺伺服系統(tǒng)設計中，機械手的控制設計是設計的重點，也是對人工智能技術及信息傳輸技術的全面滲透，以下對機械手的控制設計進行介紹：機械手是整個機械臂控制系統(tǒng)的末端執(zhí)行機構，機械手的控制水平直接反饋了機械臂視覺伺服系統(tǒng)的應用和設計水平，在實際設計過程中，應該以人手為設計參考，不僅要追求機械手設計形態(tài)與人手形態(tài)的相似，還應該追求操作精度的相似，可在機械手的結構內(nèi)部設置驅動器及相關抓取繩索，通過系統(tǒng)控制繩索收緊與松脫實現(xiàn)機械手的抓握及手指的差異性操作。此外，在實際設計過程中，相關人員還應該以機械手的結構設計為基礎計算機械手指的指長活動范圍及和抓取范圍，以便進行全面控制[1]。

3.4 機械臂系統(tǒng)基座設計

機械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應用建立在機械平臺整體結構完善的基礎之上，就機械平臺整體結構而言，機械臂的尾部固定在系統(tǒng)基座上，系統(tǒng)基座保證了機械臂的平穩(wěn)運行，也在一定程度上維護了機械臂操作環(huán)境的安全，以下對機械臂系統(tǒng)基座設計進行分析：首先，當前工業(yè)上對機械臂的使用多為利用機械臂完成分揀工作，因此，工業(yè)流水線中，機械臂安裝多為吊裝式。在機械臂系統(tǒng)基座設計中，相關設計人員應該考慮到機械臂的可移動性特點，根據(jù)機械臂的操作范圍和機械手的抓握范圍，對機械臂系統(tǒng)基座的固定方式進行設計；其次，在機械臂系統(tǒng)基座設計過程中，相關設計人員還應該考慮到機械臂的應用空間，在保持機械臂操作穩(wěn)定的基礎上，合理的縮小系統(tǒng)基座的占地面積，為其他設備提供安裝空間；最后，機械臂系統(tǒng)基座設計還應該盡量降低基座本身的自重，便于機械臂的日常移動[2]。

3.5 機械臂視覺傳感器設計

機械臂視覺傳感器是機械臂視覺伺服系統(tǒng)得以運行的重要基礎，視覺傳感器也是機械臂視覺伺服系統(tǒng)控制能力得以發(fā)揮的關鍵，當前，機械臂視覺傳感器主要分為單目視覺傳感器、雙目視覺傳感器還有Kinect深度視覺傳感器，在機械臂視覺伺服系統(tǒng)的設計和應用中，相關人員應該根據(jù)機械臂的作用環(huán)境和具體操作合理選擇不同的視覺傳感器，以下對這些視覺傳感器進行介紹：單目視覺傳感器形式結構較為簡單，功能單一，運行速度較快，控制也較為容易，雙目視覺傳感器形式結構較為復雜，運行速度與單目視覺傳感器相比有所降低，雙目視覺傳感器的控制難度也較高，Kinect深度視覺傳感器形式結構較為復雜，但是功能性較多，運行速度與雙目傳感器類似，控制較為容易。相關人員可以根據(jù)機械臂視覺伺服系統(tǒng)的實際應用情況合理選擇傳感器。

4 結語

總而言之，機械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應用，將有效的改善我國的社會生產(chǎn)環(huán)境，提升社會生產(chǎn)力，促進我國現(xiàn)代化建設水平的提升。