融合視覺與力覺的工業機械臂控制技術實踐分析

周建剛

江陰職業技術學院 江蘇 江陰 214405

工業機械臂末端在接觸不同特性物體的過程中所產生的力信息可以利用機器學習的方法進行合理的、有效的分析,同時采集工業機械臂末端在對不同物體進行抓取的過程中所產生的不同的力信息樣本,根據這些信息樣本建立LSTM網絡,這樣也能得到工業機械臂的力特征檢測模型。通過這些監測模型來對工業機械臂在抓取物體是產生的力特征進行準確的判定,然后控制工業機械臂接觸物體,在引導視覺和反饋力覺的工業機械臂應用系統所構建的實驗平臺上,實現工業機械臂移動物體的操作。也就說在工業機械臂拾取、擺放物品方面該系統具有有效性。工業機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、生產工業機械臂的工藝技術路線

工業機械臂所使用合成機械臂零部件大多數的都是使用具有形狀記憶特性的聚合物材質和輕型合金材質,這能有效的對整個機械臂的重量進一步減小、對機械臂的密度進一步降低,對機械臂的強度進一步增加、對機械臂的轉動慣量進一步縮小。把增強材料融入到具有形狀記憶特性的聚合物材質中,這樣能把增強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中發揮出來,所使用的增強材料要按照6：4的比例對短纖維和增強顆粒材料進行混合,短纖維不僅能夠起到對強度和剛度同時提升的作用,還可以起到對材料可恢復力應變率進一步增加的作用；增強顆粒材料所起到的是加強材料連接基體聚合物的作用,使兩者進行更為緊密的連接、更為直接的互相影響[1]。

二、基于視覺和力覺的工業機械臂所要解決掉的關鍵技術和工藝

(一)基于視覺和力覺的工業機械臂需要解決的關鍵技術。工業機械臂本質上是機器人的一種,基于視覺和力覺理論可以從多個角度對工業機械臂進行研究,例如可以利用視覺、力覺等對工業機械臂進行作業的每一個方面的智能化程度進一步的提高。從抓取角度來看,傳統工業機械臂具有靈活性不高、適應環境能力較低的缺陷,因此要利用視覺、力覺等讓工業機械臂擁有感知環境的能力[2]。為了實現工業機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現工業機械臂抓取物體有著很大的難度,這是因為視覺算法主要是為了得到物體位置的具體信息,而工業機械臂要想順利的對物體進行抓取,獲取準確的物體位置信息是基本前提,但是還需要獲得工業機械臂從末端拾取力度、拾取目標物的接觸狀態等方面給予適當的配合。因此,工業機械臂在對物體進行抓取的時候,要想完成具有精準性的抓取需要對目標物體深度信息進行高精度的測量才可以。如果在設計工業機械臂的時候利用線結構光進行輔助測量、利用超聲波進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機械臂的控制系統更為的復雜[3]。

(二)基于視覺和力覺解決工業機械臂關鍵技術的方法。基于視覺和力覺解決工業機械臂關鍵技術所遇到的障礙,可以把工業機械臂結合多種傳感器使用。可以在工業機械臂上面安裝力感測控制操縱器,這樣能夠讓工業機械臂在接觸操作過程中保持最大程度的穩定性[4]。另外,工業機械臂融合視覺和力覺,還能把視覺傳感器應用到估計平面的法線防線中,并控制工業機械臂末端的執行器與平面平行的進行運動,而在工業機械臂末端的執行器中合理的使用力覺,能夠更為簡單的、有效的定位目標,同時還能對工業機械臂的智能化程度和實際操作能力進一步提升[5]。

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

結束語

融合視覺和力覺工業機械臂控制技術一方面能把具有優質和環保性能的工業機械臂提供給社會的各個行業,另一方面還能擴大工業機械臂的應用范圍和應用領域,能夠起到促進工業產業發展的積極作用,能夠應和國家提出來的節約型社會構建的政策。另外工業機械臂還能起到有效降低產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致出現不合作產品。因此基于視覺和力覺融合的工業機械臂的合理使用能夠對使用人工進一步減少、對損耗機床進一步的降低、對技術進一步的創新,這樣能更好的對企業的市場競爭力進一步提升。使用工業機械臂進行各種作業,出現故障的平均間隔時間超過6000個小時,這相較于傳統的自動化工藝具有更加優異的表現。依據國家提出來的發展規劃——《中國制造2025》,制造業在未來的發展趨勢是合理、有效的融合信息技術的全新的模式,從而達到我國從制造大國成功轉向制造強國的目的。《中國制造2025》的中心思想就是發展智能制造,而其中一項關鍵工作就是融合視覺和力覺的工業機械臂技術的研發和應用,同時這也是我國對制造行業進行升級轉型的一個重要途徑。隨著我國應用工業機械臂領域的持續增加,以及智能制造的不斷深入,工業機械臂具有巨大的發展空間。