机械臂视觉伺服系统的分析

2019-02-11曹亮

时代农机 2019年8期

曹亮

（成都市农林科学院，四川成都 611134）

随着科技的不断进步，现代化社会的建设已经取得了阶段性的胜利，机械臂视觉伺服系统的设计和应用，将有效地带动我国机械自动化工程的发展，推动人工智能这一核心技术的全面拓展，提升社会生产力，发挥我国海量数据和巨大市场应用规模的优势。

1 机械臂视觉伺服系统的应用优势

当前，我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，机械臂视觉伺服系统的科学设计和应用，可以增强社会经济的转换增长动力，为新一代人工智能等重大创新技术快速蓄力，以下对机械臂视觉伺服系统的应用优势进行介绍：第一，自动化优势。机械臂视觉伺服系统的科学设计和应用可以让机械臂更好地用于工业或服务行业，完成自动化的分拣、上下料等相关操作，极大地降低了相关工业生产中的人工投入量，缓解了我国的社会生产压力，将有效带动我国经济产业结构的转型步伐；第二，成本优势。机械臂视觉伺服系统的全面应用，将极大地改善我国的社会生产环境，将相关生产流程和生产工序进行科学精简，节约了相关操作设备的引进资金。此外，机械臂视觉伺服系统的智能化特点还能够帮助相关生产操作设备实现自动化保养，显著地降低了相关企业的设备维护压力。

2 机械臂视觉伺服系统性能特征

机械臂视觉伺服系统是指通过光学设置和非接触的传感器，自动地接收和处理一个真实物体的图像，通过图像反馈的信息，要求电子信息控制系统对机械臂进行科学控制，实现自适应调整，体现了视觉传感器的全面性优势，以下对机械臂视觉伺服系统的性能特征进行介绍：首先是敏感性特征，机械臂视觉伺服系统的全面应用将极大地促进我国生产格局的建设和完善，带动我国生产方式的创新和变革，机械臂视觉伺服系统的敏感性特征体现在视觉伺服系统识别几何和非几何图像的过程中，具有较高的反应速度，能够满足相关生产和操作需求；其次是可控性特征。机械臂视觉伺服系统必须满足可控性特征，才能够通过一系列的控制行为实现图像识别信息的精准反馈。

3 机械臂视觉伺服系统设计

3.1 机械平台整体结构设计

机械臂视觉伺服系统的设计和应用可以极大地改变人们的日常工作、学习、生活方式，创造更加智能的工作环境和生活环境。当前，各国的机器人设计水平体现了该国家的智能化水平，机械臂视觉伺服系统则可以显著提升机器人的操作能力和操作敏感性。机械平台整体结构设计是机械臂控制的基础，以下对其进行介绍：机械臂平台整体结构设计可以有效地保证机械臂的正常操作和控制效果，通过系统控制及相关智能化软件和设备的应用，可将环境中的实物信息实时传输到系统平台，由系统平台将数据信息进行详尽分析和处理后，得出相关的操作结果，并将数据分析结果实时地传送到机械臂，控制机械臂进行具体操作，以实现应用目的。由此可知，视觉系统、机械臂、机械手及PC机是组成机械臂系统的主要硬件部分，再加上机械臂和视觉系统的安装平台就构成了机械平台的整体结构，机械平台整体结构的完善，才能够保证机械臂正常操作能力的发挥。

3.2 机械手的结构设计

在机械臂视觉伺服系统中，机械手是主要的操作设备，也是日后机械臂视觉伺服系统在社会生产中应用时满足生产需求的主要结构，以下对机械手的结构设计进行介绍：首先，相关人员在机械手结构设计过程中，应该考虑到机械臂视觉伺服系统的应用环境和具体操作规程以及机械手的实际操作动作，以便在实际设计中对机械手的体积和自重进行精细化控制，避免由于机械手的体积和自重过大，导致操作精度的降低；其次，在机械手的结构设计中，相关设计人员还应该根据机械臂视觉伺服系统的应用环境和机械手的具体抓握物体，对机械手的抓取重量详细核定，一般来说，当前机械臂视觉伺服系统中机械手可抓取的重量在1kg左右，过重将导致机械臂系统控制能力下降。

3.3 机械手的控制设计

当前一个国家的机器人设计水平，体现了该国家的智能化水平，提高我国机器人智能化水平能保证我国在人工智能这个重要领域的科技前沿性，能够帮助我国占领科技制高点，提升国际话语权。在机械臂视觉伺服系统设计中，机械手的控制设计是设计的重点，也是对人工智能技术及信息传输技术的全面渗透，以下对机械手的控制设计进行介绍：机械手是整个机械臂控制系统的末端执行机构，机械手的控制水平直接反馈了机械臂视觉伺服系统的应用和设计水平，在实际设计过程中，应该以人手为设计参考，不仅要追求机械手设计形态与人手形态的相似，还应该追求操作精度的相似，可在机械手的结构内部设置驱动器及相关抓取绳索，通过系统控制绳索收紧与松脱实现机械手的抓握及手指的差异性操作。此外，在实际设计过程中，相关人员还应该以机械手的结构设计为基础计算机械手指的指长活动范围及和抓取范围，以便进行全面控制[1]。

3.4 机械臂系统基座设计

机械臂视觉伺服系统的全面应用建立在机械平台整体结构完善的基础之上，就机械平台整体结构而言，机械臂的尾部固定在系统基座上，系统基座保证了机械臂的平稳运行，也在一定程度上维护了机械臂操作环境的安全，以下对机械臂系统基座设计进行分析：首先，当前工业上对机械臂的使用多为利用机械臂完成分拣工作，因此，工业流水线中，机械臂安装多为吊装式。在机械臂系统基座设计中，相关设计人员应该考虑到机械臂的可移动性特点，根据机械臂的操作范围和机械手的抓握范围，对机械臂系统基座的固定方式进行设计；其次，在机械臂系统基座设计过程中，相关设计人员还应该考虑到机械臂的应用空间，在保持机械臂操作稳定的基础上，合理的缩小系统基座的占地面积，为其他设备提供安装空间；最后，机械臂系统基座设计还应该尽量降低基座本身的自重，便于机械臂的日常移动[2]。

3.5 机械臂视觉传感器设计

机械臂视觉传感器是机械臂视觉伺服系统得以运行的重要基础，视觉传感器也是机械臂视觉伺服系统控制能力得以发挥的关键，当前，机械臂视觉传感器主要分为单目视觉传感器、双目视觉传感器还有Kinect深度视觉传感器，在机械臂视觉伺服系统的设计和应用中，相关人员应该根据机械臂的作用环境和具体操作合理选择不同的视觉传感器，以下对这些视觉传感器进行介绍：单目视觉传感器形式结构较为简单，功能单一，运行速度较快，控制也较为容易，双目视觉传感器形式结构较为复杂，运行速度与单目视觉传感器相比有所降低，双目视觉传感器的控制难度也较高，Kinect深度视觉传感器形式结构较为复杂，但是功能性较多，运行速度与双目传感器类似，控制较为容易。相关人员可以根据机械臂视觉伺服系统的实际应用情况合理选择传感器。