曹 亮

（成都市農(nóng)林科學(xué)院，四川 成都 611134）

隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代化社會(huì)的建設(shè)已經(jīng)取得了階段性的勝利，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，將有效地帶動(dòng)我國機(jī)械自動(dòng)化工程的發(fā)展，推動(dòng)人工智能這一核心技術(shù)的全面拓展，提升社會(huì)生產(chǎn)力，發(fā)揮我國海量數(shù)據(jù)和巨大市場應(yīng)用規(guī)模的優(yōu)勢。

1 機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用，可以增強(qiáng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)換增長動(dòng)力，為新一代人工智能等重大創(chuàng)新技術(shù)快速蓄力，以下對(duì)機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行介紹：第一，自動(dòng)化優(yōu)勢。機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用可以讓機(jī)械臂更好地用于工業(yè)或服務(wù)行業(yè)，完成自動(dòng)化的分揀、上下料等相關(guān)操作，極大地降低了相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中的人工投入量，緩解了我國的社會(huì)生產(chǎn)壓力，將有效帶動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型步伐；第二，成本優(yōu)勢。機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應(yīng)用，將極大地改善我國的社會(huì)生產(chǎn)環(huán)境，將相關(guān)生產(chǎn)流程和生產(chǎn)工序進(jìn)行科學(xué)精簡，節(jié)約了相關(guān)操作設(shè)備的引進(jìn)資金。此外，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的智能化特點(diǎn)還能夠幫助相關(guān)生產(chǎn)操作設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化保養(yǎng)，顯著地降低了相關(guān)企業(yè)的設(shè)備維護(hù)壓力。

2 機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)性能特征

機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)是指通過光學(xué)設(shè)置和非接觸的傳感器，自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像，通過圖像反饋的信息，要求電子信息控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行科學(xué)控制，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整，體現(xiàn)了視覺傳感器的全面性優(yōu)勢，以下對(duì)機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的性能特征進(jìn)行介紹：首先是敏感性特征，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應(yīng)用將極大地促進(jìn)我國生產(chǎn)格局的建設(shè)和完善，帶動(dòng)我國生產(chǎn)方式的創(chuàng)新和變革，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的敏感性特征體現(xiàn)在視覺伺服系統(tǒng)識(shí)別幾何和非幾何圖像的過程中，具有較高的反應(yīng)速度，能夠滿足相關(guān)生產(chǎn)和操作需求；其次是可控性特征。機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)必須滿足可控性特征，才能夠通過一系列的控制行為實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別信息的精準(zhǔn)反饋。

3 機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用可以極大地改變?nèi)藗兊娜粘９ぷ?、學(xué)習(xí)、生活方式，創(chuàng)造更加智能的工作環(huán)境和生活環(huán)境。當(dāng)前，各國的機(jī)器人設(shè)計(jì)水平體現(xiàn)了該國家的智能化水平，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)則可以顯著提升機(jī)器人的操作能力和操作敏感性。機(jī)械平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械臂控制的基礎(chǔ)，以下對(duì)其進(jìn)行介紹：機(jī)械臂平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地保證機(jī)械臂的正常操作和控制效果，通過系統(tǒng)控制及相關(guān)智能化軟件和設(shè)備的應(yīng)用，可將環(huán)境中的實(shí)物信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺(tái)，由系統(tǒng)平臺(tái)將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳盡分析和處理后，得出相關(guān)的操作結(jié)果，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果實(shí)時(shí)地傳送到機(jī)械臂，控制機(jī)械臂進(jìn)行具體操作，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目的。由此可知，視覺系統(tǒng)、機(jī)械臂、機(jī)械手及PC機(jī)是組成機(jī)械臂系統(tǒng)的主要硬件部分，再加上機(jī)械臂和視覺系統(tǒng)的安裝平臺(tái)就構(gòu)成了機(jī)械平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)，機(jī)械平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)的完善，才能夠保證機(jī)械臂正常操作能力的發(fā)揮。

3.2 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)中，機(jī)械手是主要的操作設(shè)備，也是日后機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)在社會(huì)生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)滿足生產(chǎn)需求的主要結(jié)構(gòu)，以下對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹：首先，相關(guān)人員在機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該考慮到機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和具體操作規(guī)程以及機(jī)械手的實(shí)際操作動(dòng)作，以便在實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)械手的體積和自重進(jìn)行精細(xì)化控制，避免由于機(jī)械手的體積和自重過大，導(dǎo)致操作精度的降低；其次，在機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該根據(jù)機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境和機(jī)械手的具體抓握物體，對(duì)機(jī)械手的抓取重量詳細(xì)核定，一般來說，當(dāng)前機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)中機(jī)械手可抓取的重量在1kg左右，過重將導(dǎo)致機(jī)械臂系統(tǒng)控制能力下降。

3.3 機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)

當(dāng)前一個(gè)國家的機(jī)器人設(shè)計(jì)水平，體現(xiàn)了該國家的智能化水平，提高我國機(jī)器人智能化水平能保證我國在人工智能這個(gè)重要領(lǐng)域的科技前沿性，能夠幫助我國占領(lǐng)科技制高點(diǎn)，提升國際話語權(quán)。在機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，也是對(duì)人工智能技術(shù)及信息傳輸技術(shù)的全面滲透，以下對(duì)機(jī)械手的控制設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹：機(jī)械手是整個(gè)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的控制水平直接反饋了機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計(jì)水平，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該以人手為設(shè)計(jì)參考，不僅要追求機(jī)械手設(shè)計(jì)形態(tài)與人手形態(tài)的相似，還應(yīng)該追求操作精度的相似，可在機(jī)械手的結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置驅(qū)動(dòng)器及相關(guān)抓取繩索，通過系統(tǒng)控制繩索收緊與松脫實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的抓握及手指的差異性操作。此外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)人員還應(yīng)該以機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)械手指的指長活動(dòng)范圍及和抓取范圍，以便進(jìn)行全面控制[1]。

3.4 機(jī)械臂系統(tǒng)基座設(shè)計(jì)

機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應(yīng)用建立在機(jī)械平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)完善的基礎(chǔ)之上，就機(jī)械平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)而言，機(jī)械臂的尾部固定在系統(tǒng)基座上，系統(tǒng)基座保證了機(jī)械臂的平穩(wěn)運(yùn)行，也在一定程度上維護(hù)了機(jī)械臂操作環(huán)境的安全，以下對(duì)機(jī)械臂系統(tǒng)基座設(shè)計(jì)進(jìn)行分析：首先，當(dāng)前工業(yè)上對(duì)機(jī)械臂的使用多為利用機(jī)械臂完成分揀工作，因此，工業(yè)流水線中，機(jī)械臂安裝多為吊裝式。在機(jī)械臂系統(tǒng)基座設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮到機(jī)械臂的可移動(dòng)性特點(diǎn)，根據(jù)機(jī)械臂的操作范圍和機(jī)械手的抓握范圍，對(duì)機(jī)械臂系統(tǒng)基座的固定方式進(jìn)行設(shè)計(jì)；其次，在機(jī)械臂系統(tǒng)基座設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該考慮到機(jī)械臂的應(yīng)用空間，在保持機(jī)械臂操作穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，合理的縮小系統(tǒng)基座的占地面積，為其他設(shè)備提供安裝空間；最后，機(jī)械臂系統(tǒng)基座設(shè)計(jì)還應(yīng)該盡量降低基座本身的自重，便于機(jī)械臂的日常移動(dòng)[2]。

3.5 機(jī)械臂視覺傳感器設(shè)計(jì)

機(jī)械臂視覺傳感器是機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)得以運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，視覺傳感器也是機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)控制能力得以發(fā)揮的關(guān)鍵，當(dāng)前，機(jī)械臂視覺傳感器主要分為單目視覺傳感器、雙目視覺傳感器還有Kinect深度視覺傳感器，在機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中，相關(guān)人員應(yīng)該根據(jù)機(jī)械臂的作用環(huán)境和具體操作合理選擇不同的視覺傳感器，以下對(duì)這些視覺傳感器進(jìn)行介紹：單目視覺傳感器形式結(jié)構(gòu)較為簡單，功能單一，運(yùn)行速度較快，控制也較為容易，雙目視覺傳感器形式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，運(yùn)行速度與單目視覺傳感器相比有所降低，雙目視覺傳感器的控制難度也較高，Kinect深度視覺傳感器形式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是功能性較多，運(yùn)行速度與雙目傳感器類似，控制較為容易。相關(guān)人員可以根據(jù)機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況合理選擇傳感器。

4 結(jié)語

總而言之，機(jī)械臂視覺伺服系統(tǒng)的全面應(yīng)用，將有效的改善我國的社會(huì)生產(chǎn)環(huán)境，提升社會(huì)生產(chǎn)力，促進(jìn)我國現(xiàn)代化建設(shè)水平的提升。