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        細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車的設(shè)計(jì)與研究

        2017-11-24 02:27:46鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊曉芳武銀飛徐帥
        河北農(nóng)機(jī) 2017年11期
        關(guān)鍵詞:研究

        鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊曉芳 武銀飛 徐帥

        本文結(jié)合AGV技術(shù),設(shè)計(jì)了一種細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車,其設(shè)有斷紗自動(dòng)識(shí)別裝置,自動(dòng)化程度較高。斷紗識(shí)別采用圖像采集、灰度化、糾偏、識(shí)別判斷的步驟方法,實(shí)驗(yàn)表明,該方法能有效地識(shí)別斷紗的發(fā)生。

        AGV;圖像處理;細(xì)紗機(jī);磁導(dǎo)航

        細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車的設(shè)計(jì)與研究

        鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊曉芳 武銀飛 徐帥

        近年來,隨著生活水平的上升、人口老齡化以及勞動(dòng)人員素質(zhì)的普遍提升,紡織行業(yè)日漸出現(xiàn)了“無工可用”的情況。究其原因,紡織行業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境差是主要原因。以細(xì)紗長車為例,擋車工巡回時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度較大,曾有學(xué)者估算,擋車工每天要走20多里路,這對(duì)于工人的身心健康是很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)此,國內(nèi)一度出現(xiàn)各種載人巡檢車,但其采用落后的導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向,且不能自動(dòng)探測(cè)斷紗并停車,自動(dòng)化程度低,雖能部分減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,但對(duì)于工作效率提高不大。為此,本文研究設(shè)計(jì)了一種采用磁導(dǎo)航、基于機(jī)器視覺的細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車。

        1 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        圖1 細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車車體結(jié)構(gòu)

        圖1是本文設(shè)計(jì)的細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車的結(jié)構(gòu)示意圖。細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車主要包括車體1、車座2和立柱3,車座2和立柱3均裝于車體1上,二者間有一距離L,L一般為20~50cm。立柱3上裝有工業(yè)相機(jī)4和位置傳感器6,工業(yè)相機(jī)4的上下位置與細(xì)紗機(jī)前羅拉7相當(dāng),目的是使工業(yè)相機(jī)4能較好獲得前羅拉7輸出紗線9的圖像。位置傳感器6的上下位置與細(xì)紗機(jī)隔紗板8相當(dāng),由于目前細(xì)紗機(jī)隔紗板大都是鐵質(zhì)材料制成,因此位置傳感器6可以使用電感式接近開關(guān)。具體工作時(shí),車體1在沿細(xì)紗機(jī)行進(jìn)時(shí),其位置傳感器6將感應(yīng)到每個(gè)紗錠的隔紗板8,并相應(yīng)地給出一個(gè)信號(hào),該信號(hào)觸發(fā)工業(yè)相機(jī)4采集圖像,當(dāng)紗線斷裂時(shí),采集的圖像上將沒有紗線,此時(shí)巡檢車將開始制動(dòng),經(jīng)過上述L距離后,車座正好停于斷紗紗錠處。

        上述巡檢車能自動(dòng)識(shí)別細(xì)紗機(jī)上的斷紗,并經(jīng)過一段制動(dòng)距離后準(zhǔn)確停于斷紗紗錠處,大大提高了工作效率、自動(dòng)化程度和舒適性。

        為了進(jìn)一步提高采集圖像的質(zhì)量,還可以在工業(yè)相機(jī)4下安裝光源5。

        2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        本文的細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車與目前的AGV有相似之處,控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)上也參考AGV控制系統(tǒng)。圖2是本文細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車的控制系統(tǒng)組成示意圖。其中,控制系統(tǒng)的控制器采用STM32系列微處理器,斷紗的圖像識(shí)別、直流無刷電機(jī)的速度反饋、速度控制、導(dǎo)航控制均在其控制下完成。斷紗識(shí)別采用圖像處理的方法,識(shí)別結(jié)果輸出給主控CPU。速度反饋來自無刷電機(jī)的霍爾傳感器;無刷電機(jī)速度控制及導(dǎo)航控制采用PID控制算法,算的結(jié)果采用PWM占空比方式調(diào)節(jié)兩只無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速。

        圖2 細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車硬件組成

        總體來講,目前對(duì)于無刷電機(jī)速度控制的解決方案較完備,可參考的資料較多,控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是導(dǎo)航控制與斷紗識(shí)別。

        3 斷紗自停識(shí)別與研究

        傳統(tǒng)上,細(xì)紗的斷紗檢測(cè)完全靠人工進(jìn)行。近年來,細(xì)紗斷紗檢測(cè)成為紡織自動(dòng)化的研究熱點(diǎn)之一,出現(xiàn)了鋼絲圈運(yùn)動(dòng)光電掃描、鋼絲圈運(yùn)動(dòng)電磁感應(yīng)、導(dǎo)紗鉤紗條光路遮斷、導(dǎo)紗鉤摩擦熱敏傳感、導(dǎo)紗鉤張力位移等各種方法。由于本文的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較高,且隨著引導(dǎo)車運(yùn)行,因此采用圖像處理的方法進(jìn)行斷紗識(shí)別。本文斷紗識(shí)別的一般步驟是:圖像采集→灰度化→糾偏→識(shí)別判斷。

        圖3是細(xì)紗機(jī)上實(shí)地采集的圖像,可以發(fā)現(xiàn)紗線會(huì)有一定程度傾斜。

        圖3 細(xì)紗圖像采集

        圖4是對(duì)傾斜的紗線進(jìn)行糾偏后的對(duì)比圖。糾偏方法是:以0.1°為步長作循環(huán),計(jì)算角度對(duì)應(yīng)的直線上所有像素點(diǎn)的灰度平均值,同時(shí)標(biāo)明這些平均值對(duì)應(yīng)的角度,循環(huán)結(jié)束后得到201個(gè)灰度平均值及對(duì)應(yīng)的201個(gè)角度。這些灰度平均值當(dāng)中的最小值所對(duì)應(yīng)的角度就是所要尋找的圖像糾偏角度。從圖4可以看出,本方法能有效糾偏,為下一步識(shí)別打下基礎(chǔ)。

        對(duì)圖4的圖像進(jìn)行曲線圖形式顯示,結(jié)果如圖5所示,可直觀發(fā)現(xiàn)二者差異。進(jìn)一步進(jìn)行方差運(yùn)算,并據(jù)此判別是否斷紗。

        圖4 糾偏前后對(duì)比圖

        圖5 有無紗線曲線圖對(duì)比

        4 結(jié)論

        本文主要研究設(shè)計(jì)了一種細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車,其采用先進(jìn)的AGV技術(shù),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)引導(dǎo),為進(jìn)一步提高坐車自動(dòng)化提供了參考。本文還研究了基于圖像處理的斷紗識(shí)別技術(shù),結(jié)果表明,該技術(shù)能較可靠識(shí)別有無斷紗,并且方便應(yīng)用在移動(dòng)行走的坐車上。

        [1]茍永波.細(xì)紗機(jī)紗線斷頭監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究[J].科技與企業(yè),2016(03):239+242.

        [2]康吉源.環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)斷頭監(jiān)控系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[D].東華大學(xué),2015.

        [3]宋曉亮.環(huán)錠紡細(xì)紗斷紗在線監(jiān)測(cè)[D].江南大學(xué),2014.

        [4]王琳華.磁導(dǎo)式AGV自動(dòng)導(dǎo)航車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].長沙理工大學(xué),2013.

        [5]龔羽,倪遠(yuǎn).環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗斷頭監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展評(píng)析[J].紡織導(dǎo)報(bào),2012(06):100~104.

        [6]羅軍輝,馮平等.MATLAB7.0在圖像處理中的應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

        楊曉芳,女,1984年出生,碩士,講師,研究方向:機(jī)械工程。

        項(xiàng)目:鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年度科研課題“細(xì)紗車間快速充電自動(dòng)引導(dǎo)坐車的研究與開發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)ygy1511)。

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