圖像與數(shù)據(jù)融合的抓取機構(gòu)控制系統(tǒng)研究

霍達(dá)

摘 要：文章主要針對圖像數(shù)據(jù)融合下的抓取結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)進行研究，包括系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制過程分析和控制策略，希望能給相關(guān)人士提供有效參考。

關(guān)鍵詞：圖像和數(shù)據(jù);抓取機構(gòu);控制系統(tǒng)

在智能制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)轉(zhuǎn)型升級的背景下，智能裝配生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)要求提高。大部分企業(yè)開始把視覺技術(shù)以及工業(yè)機器人等融入自動化生產(chǎn)當(dāng)中，負(fù)責(zé)實施工件的搬運、分揀以及檢測等工作，文章就此針對抓取控制系統(tǒng)進行深入研究，旨在能夠?qū)崿F(xiàn)自動定位檢測，提升整體生產(chǎn)效率。

1 ? ?抓取機構(gòu)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合被抓物體實際特征，設(shè)計三軸直角的坐標(biāo)機器人，并于直角坐標(biāo)裝置Z軸末端位置設(shè)置自適應(yīng)機械手吸盤和工業(yè)相機，進一步做好物體的抓取實踐與質(zhì)量監(jiān)控。自適應(yīng)的機械手能夠有效結(jié)合物體規(guī)模和形狀大小，調(diào)整三側(cè)的吸盤位置，順利實現(xiàn)物體抓取。因為當(dāng)下裝配線具有較高的精確度，能夠有效忽略旋轉(zhuǎn)偏移。所以自適應(yīng)機械手能夠結(jié)合圖像信息，對智能化抓取機器中3種平移距離進行同步控制。實現(xiàn)對不同型號物體的抓取操作。智能化分揀結(jié)構(gòu)主要包含兩部分，分別是自適應(yīng)結(jié)構(gòu)機械手和直角坐標(biāo)機器人。直角坐標(biāo)機器人能夠有效帶動整體控制結(jié)構(gòu)以及智能化機械手，準(zhǔn)確進行立體層面內(nèi)3種不同方向的運動;結(jié)構(gòu)機械手聯(lián)系工業(yè)相機對當(dāng)下所抓物體的分布位置、大小尺寸信息以及吸盤的偏移距離進行適當(dāng)調(diào)整，從而順利完成不同型號物體的抓取工作。比如，可以針對工業(yè)相機采集電視背板的不同尺寸型號，調(diào)節(jié)吸盤位置，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確抓取[1]。

2 ? ?抓取機構(gòu)控制過程分析

機器視覺相關(guān)伺服控制系統(tǒng)主要是結(jié)合工業(yè)照相機來采集電視背板的圖像信息，隨后針對背板圖像實施有效處理，將整理提取后的信息當(dāng)成反饋信號，形成閉環(huán)的控制系統(tǒng)。電視背板相關(guān)運輸操作主要是以傳送帶為載體進行的，因為背板型號種類豐富，存在較大差異，所以無法形成固定的傳送帶寬度與相應(yīng)的抓取位置，從而無法實現(xiàn)自適應(yīng)抓取目標(biāo)，因此，可以通過紅外線傳感裝置對傳送帶中的物體進行檢測，看其是否被其他物體所遮擋，進一步監(jiān)測傳送帶中的背板運輸。在傳送帶中的電視背板，經(jīng)過紅外檢測裝置運輸?shù)街付ㄎ恢貌⑼Ｖ惯\行后，需要繼續(xù)啟動傳送帶，將背板直接輸送到回收箱內(nèi)。如果經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)背板質(zhì)量達(dá)標(biāo)，則可以按照模板匹配，選擇當(dāng)下的電視背板型號后，提取模板參數(shù)相關(guān)機械抓取手的位移參數(shù)，并將其當(dāng)成自適應(yīng)機械手運行中的3種平移單位參數(shù)。此外，智能化抓取機器還可以聯(lián)系圖像進行系統(tǒng)處理，最終獲得背板中心坐標(biāo)以及工業(yè)相機圖像光軸中心坐標(biāo)差，隨后將其轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實坐標(biāo)，對其中的橫軸和縱軸同步帶運行位置進行統(tǒng)一調(diào)節(jié)，進一步促進工業(yè)相機轉(zhuǎn)移，確保電視背板能夠拍出拍攝圖像的中心位置，即保證智能化抓取機器能夠正好對應(yīng)背板的抓取位置[2]。

3 ? ?控制策略研究

智能化抓取機器相關(guān)控制系統(tǒng)主要可以劃分為兩個部分：（1）智能化抓取機器運動控制。（2）智能化抓取機器直角坐標(biāo)三軸運動控制。進一步聯(lián)系實際抓取運行需求以及控制過程要求，此次智能化抓取機器的實驗控制系統(tǒng)可以選擇可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），對機器人以及機械手進行同步控制。PLC控制設(shè)備能夠自動接收相機設(shè)備發(fā)送過來的圖像信息，隨后結(jié)合先進的數(shù)據(jù)技術(shù)對圖像進行集中處理，提取輸出信號，最后把提取出來的信號輸入控制系統(tǒng)以及各個伺服驅(qū)動裝置內(nèi)部，順利實現(xiàn)物體的抓取放置。

智能化抓取機器抓取的控制模塊主要由三軸伺服驅(qū)動、平移裝置控制設(shè)備、PLC控制裝置、圖像模板識別以及工業(yè)相機圖像采集等部分構(gòu)成。針對工業(yè)相機所拍攝到的物體圖像實施準(zhǔn)確識別，并和標(biāo)準(zhǔn)模板設(shè)置模式進行分析比較，檢測電視背板品質(zhì)，確保電視背板當(dāng)下型號信息能夠有效傳輸至總控制設(shè)備當(dāng)中。同時在物體模板圖像內(nèi)進行全面采集，提取被抓取物體的位置參數(shù)信息，并將其轉(zhuǎn)移到智能化抓取機器的控制系統(tǒng)內(nèi)，控制系統(tǒng)能夠帶動電機運行轉(zhuǎn)動，促進機械手實現(xiàn)精準(zhǔn)的自動化運行，把不同伺服裝置中的編碼器參數(shù)值當(dāng)成信息反饋，從而形成一種閉環(huán)控制模式，提升機器人的整體運行精度。

以視覺為基礎(chǔ)的控制，參考控制系統(tǒng)構(gòu)成，可以細(xì)分為位置和圖像為基礎(chǔ)的視覺伺服。視覺伺服控制系統(tǒng)設(shè)計如下：把相機提取的物體圖像坐標(biāo)傳輸至智能化抓取機器控制系統(tǒng)內(nèi)，進一步轉(zhuǎn)變智能化抓取機器運行姿態(tài)。隨后利用智能化抓取機器相關(guān)的絕對坐標(biāo)系，將接收的2D坐標(biāo)變成現(xiàn)實的3D坐標(biāo)，從而促進智能化抓取機器實現(xiàn)自適應(yīng)抓取，即將抓取位置信號以及圖像處理信號傳輸至控制設(shè)備內(nèi)，某些參數(shù)直接轉(zhuǎn)化成直角坐標(biāo)。該種方式無需針對智能化抓取機器進行精確數(shù)字建模，只要結(jié)合機器視覺系統(tǒng)便可以自動提取物體圖像信息，隨后聯(lián)系要素所處位置獲得控制參數(shù)。智能化抓取機器實施抓取的活動時，會通過電機控制裝置，把PLC傳播出來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動器運行中的脈沖信號。

4 ? ?結(jié)語

隨著時代的發(fā)展，智能化機器人在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用次數(shù)逐漸增加，應(yīng)用范圍也相繼擴大，通過對抓取控制系統(tǒng)進行深入研究，能夠有效提高智能機器人的運動準(zhǔn)確率，提升抓取機器人的運行效能，降低圖像處理誤差，提升整體工作效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳姚節(jié)，郭同歡.基于時空域數(shù)據(jù)融合的Kinect深度圖像修復(fù)算法[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2019（30）：215-220.

[2]朱嘉琦，韓哈斯敖其爾.在軌組裝機器人抓取機構(gòu)設(shè)計與控制系統(tǒng)研究[J].機械傳動，2019（2）：79-84.