融合視覺與力覺的工業(yè)機(jī)械臂控制技術(shù)實(shí)踐分析

周建剛

江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 江陰 214405

工業(yè)機(jī)械臂末端在接觸不同特性物體的過程中所產(chǎn)生的力信息可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行合理的、有效的分析,同時采集工業(yè)機(jī)械臂末端在對不同物體進(jìn)行抓取的過程中所產(chǎn)生的不同的力信息樣本,根據(jù)這些信息樣本建立LSTM網(wǎng)絡(luò),這樣也能得到工業(yè)機(jī)械臂的力特征檢測模型。通過這些監(jiān)測模型來對工業(yè)機(jī)械臂在抓取物體是產(chǎn)生的力特征進(jìn)行準(zhǔn)確的判定,然后控制工業(yè)機(jī)械臂接觸物體,在引導(dǎo)視覺和反饋力覺的工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用系統(tǒng)所構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)平臺上,實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械臂移動物體的操作。也就說在工業(yè)機(jī)械臂拾取、擺放物品方面該系統(tǒng)具有有效性。工業(yè)機(jī)械臂在融合了視覺和力覺以后,可以提高靈活性和智能化水平。

一、生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械臂的工藝技術(shù)路線

工業(yè)機(jī)械臂所使用合成機(jī)械臂零部件大多數(shù)的都是使用具有形狀記憶特性的聚合物材質(zhì)和輕型合金材質(zhì),這能有效的對整個機(jī)械臂的重量進(jìn)一步減小、對機(jī)械臂的密度進(jìn)一步降低,對機(jī)械臂的強(qiáng)度進(jìn)一步增加、對機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)一步縮小。把增強(qiáng)材料融入到具有形狀記憶特性的聚合物材質(zhì)中,這樣能把增強(qiáng)材料所特有的提高剛度的作用充分的在具有形狀記憶特性的聚合物材質(zhì)中發(fā)揮出來,所使用的增強(qiáng)材料要按照6：4的比例對短纖維和增強(qiáng)顆粒材料進(jìn)行混合,短纖維不僅能夠起到對強(qiáng)度和剛度同時提升的作用,還可以起到對材料可恢復(fù)力應(yīng)變率進(jìn)一步增加的作用；增強(qiáng)顆粒材料所起到的是加強(qiáng)材料連接基體聚合物的作用,使兩者進(jìn)行更為緊密的連接、更為直接的互相影響[1]。

二、基于視覺和力覺的工業(yè)機(jī)械臂所要解決掉的關(guān)鍵技術(shù)和工藝

(一)基于視覺和力覺的工業(yè)機(jī)械臂需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。工業(yè)機(jī)械臂本質(zhì)上是機(jī)器人的一種,基于視覺和力覺理論可以從多個角度對工業(yè)機(jī)械臂進(jìn)行研究,例如可以利用視覺、力覺等對工業(yè)機(jī)械臂進(jìn)行作業(yè)的每一個方面的智能化程度進(jìn)一步的提高。從抓取角度來看,傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)械臂具有靈活性不高、適應(yīng)環(huán)境能力較低的缺陷,因此要利用視覺、力覺等讓工業(yè)機(jī)械臂擁有感知環(huán)境的能力[2]。為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械臂能夠順利的抓取物體,可以使用視覺定位來定位所要抓取的物體的具體位置。但是如果單純的使用視覺算法來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械臂抓取物體有著很大的難度,這是因?yàn)橐曈X算法主要是為了得到物體位置的具體信息,而工業(yè)機(jī)械臂要想順利的對物體進(jìn)行抓取,獲取準(zhǔn)確的物體位置信息是基本前提,但是還需要獲得工業(yè)機(jī)械臂從末端拾取力度、拾取目標(biāo)物的接觸狀態(tài)等方面給予適當(dāng)?shù)呐浜稀Ｒ虼?工業(yè)機(jī)械臂在對物體進(jìn)行抓取的時候,要想完成具有精準(zhǔn)性的抓取需要對目標(biāo)物體深度信息進(jìn)行高精度的測量才可以。如果在設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)械臂的時候利用線結(jié)構(gòu)光進(jìn)行輔助測量、利用超聲波進(jìn)行精確的深度探測等能夠取得理想的效果,但是這樣就會是工業(yè)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)更為的復(fù)雜[3]。

(二)基于視覺和力覺解決工業(yè)機(jī)械臂關(guān)鍵技術(shù)的方法。基于視覺和力覺解決工業(yè)機(jī)械臂關(guān)鍵技術(shù)所遇到的障礙,可以把工業(yè)機(jī)械臂結(jié)合多種傳感器使用。可以在工業(yè)機(jī)械臂上面安裝力感測控制操縱器,這樣能夠讓工業(yè)機(jī)械臂在接觸操作過程中保持最大程度的穩(wěn)定性[4]。另外,工業(yè)機(jī)械臂融合視覺和力覺,還能把視覺傳感器應(yīng)用到估計(jì)平面的法線防線中,并控制工業(yè)機(jī)械臂末端的執(zhí)行器與平面平行的進(jìn)行運(yùn)動,而在工業(yè)機(jī)械臂末端的執(zhí)行器中合理的使用力覺,能夠更為簡單的、有效的定位目標(biāo),同時還能對工業(yè)機(jī)械臂的智能化程度和實(shí)際操作能力進(jìn)一步提升[5]。

(三)基于視覺和力覺解決工業(yè)機(jī)械臂技術(shù)的主要標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)機(jī)械臂獲取圖形的設(shè)備可以使用工業(yè)相機(jī),必須能夠及時的把采集到的圖像數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)；在工業(yè)機(jī)械臂末端安裝的力傳感器要在接觸目標(biāo)對象的時候發(fā)出接觸力模擬信號給工控機(jī)；工業(yè)機(jī)械臂末端需要安裝合適吸盤、爪具等設(shè)備才能進(jìn)行抓取作業(yè),這些設(shè)備和目標(biāo)物之間產(chǎn)生的接觸力需要傳感器來捕捉[6]。

結(jié)束語

融合視覺和力覺工業(yè)機(jī)械臂控制技術(shù)一方面能把具有優(yōu)質(zhì)和環(huán)保性能的工業(yè)機(jī)械臂提供給社會的各個行業(yè),另一方面還能擴(kuò)大工業(yè)機(jī)械臂的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域,能夠起到促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的積極作用,能夠應(yīng)和國家提出來的節(jié)約型社會構(gòu)建的政策。另外工業(yè)機(jī)械臂還能起到有效降低產(chǎn)品成本和廢品率的作用,能有效的降低由于工人操作失誤導(dǎo)致出現(xiàn)不合作產(chǎn)品。因此基于視覺和力覺融合的工業(yè)機(jī)械臂的合理使用能夠?qū)κ褂萌斯みM(jìn)一步減少、對損耗機(jī)床進(jìn)一步的降低、對技術(shù)進(jìn)一步的創(chuàng)新,這樣能更好的對企業(yè)的市場競爭力進(jìn)一步提升。使用工業(yè)機(jī)械臂進(jìn)行各種作業(yè),出現(xiàn)故障的平均間隔時間超過6000個小時,這相較于傳統(tǒng)的自動化工藝具有更加優(yōu)異的表現(xiàn)。依據(jù)國家提出來的發(fā)展規(guī)劃——《中國制造2025》,制造業(yè)在未來的發(fā)展趨勢是合理、有效的融合信息技術(shù)的全新的模式,從而達(dá)到我國從制造大國成功轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國的目的。《中國制造2025》的中心思想就是發(fā)展智能制造,而其中一項(xiàng)關(guān)鍵工作就是融合視覺和力覺的工業(yè)機(jī)械臂技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,同時這也是我國對制造行業(yè)進(jìn)行升級轉(zhuǎn)型的一個重要途徑。隨著我國應(yīng)用工業(yè)機(jī)械臂領(lǐng)域的持續(xù)增加,以及智能制造的不斷深入,工業(yè)機(jī)械臂具有巨大的發(fā)展空間。