關(guān)于機械手的滑動檢測裝置設(shè)計

1、    關(guān)于機械手的滑動檢測裝置設(shè)計    王金海摘 要：在研究在智能機械手技術(shù)方面，我國當(dāng)前依然處在相對不成熟的階段，所以本文對于智能機械手的柔性抓取技術(shù)進行分析，同時探究機械手滑覺信號檢測方法和信號處理技術(shù)，提供給發(fā)展更先進的機械手柔性抓取技術(shù)重要的參考。關(guān)鍵詞：機械手；滑動檢測裝置；離散小波變換；最小抓取力在不同的環(huán)境中，應(yīng)用機械手的范圍和數(shù)量在不斷的擴大，并且安全可靠的操作是機械手必須要實現(xiàn)的方面。本文致力于探詢可以柔性抓取的智能機械手，對于某物進行抓取時，可遵循不同對象相應(yīng)的變動夾持力，不會對于物體造成傷害。1機械手的滑動檢測裝置的設(shè)計方案（1

2、）滑覺傳感器的選擇方案機器人觸滑覺傳感器對于人皮膚功能進行模仿，之后基礎(chǔ)目標(biāo)物體形成相互之間的作用以后，收集目標(biāo)物體表面特征、物體性能信息。若想實現(xiàn)觸滑覺傳感器具有較高的性能，在設(shè)計時，應(yīng)該確保選用最佳的傳感器，保障觸滑覺傳感器的特征可以滿足：具有較高的柔韌性以及耐磨性，同時沖擊強度理想；對于動態(tài)力改變具有較高的敏感度；可以對于各工作環(huán)境產(chǎn)生的溫度改變情況具有較高的適應(yīng)度；具有較高的安全可靠性同時，最大限度的減少成本。當(dāng)前研究智能機械手技術(shù)時，pvdf壓電傳感器、pzt壓阻傳感器、壓阻傳感器是應(yīng)用甚為廣泛的三種傳感器，但是優(yōu)缺點各異。通常是采取三者中選一的方式，此次研究是展開三種傳感器對觸覺信

3、號和滑覺信號分別實驗，對于各自的對于滑覺信號和觸覺信號靈敏度狀態(tài)進行觀察，最終選出最佳的滑覺傳感器。（2）信號處理方案在進行信號處理時，如果想對于滑動信號進行良好的識別，應(yīng)該于時域和頻域上同一時間分析信號，將滑動信號的頻域特征進行找出?，F(xiàn)下常應(yīng)用對滑覺信號進行短時傅里葉變換和小波變換的方式展開分析信號，具有良好的應(yīng)用效果。經(jīng)這兩種方案，能夠?qū)τ诨瑒有盘柕念l域特征同其他信號之間不同性進行觀察，經(jīng)相應(yīng)的實驗把滑動信號的特征值和滑動閾值找到，對這兩項指標(biāo)進行對比。如果特征值同設(shè)定滑動閾值相比較大，則表明具有滑動，反之如果特征值比滑動閾值小，則顯示出未形成滑動信號。（3）反饋控制系統(tǒng)方案科學(xué)的選用反饋

4、控制系統(tǒng)方案至關(guān)重要。當(dāng)前，具有廣泛應(yīng)用的就是包括pwm控制直流電機以及模糊控制法。前者將檢測到的滑動信號作為依據(jù)，處理變換滑動信號以后，使得滑動特征值為處理后滑動信號的方差。如果滑動信號的特征值檢測結(jié)果顯示同預(yù)設(shè)滑動閾值相比遠遠超出，電機pwm模塊擋數(shù)提升一個，提升pwm脈沖寬度得到更大的占空比，再經(jīng)直流電機的通電時間的增加實現(xiàn)機械手的抓取力度的提升。后者為實施模糊規(guī)則的模型方式，在解決非線性等問題方面產(chǎn)生更好的優(yōu)勢以及便利性，但是具有相對繁雜性的控制策略。（3）滑覺信號檢測系統(tǒng)總體控制方案實際上，對于機械手的抓取力度進行控制為電機轉(zhuǎn)動的控制，對于電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)同夾持力產(chǎn)生的比重聯(lián)系進行觀察，

5、可以對于電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)進行控制，達到夾持力改變的效果。鑒于這種情況，應(yīng)該遵循檢測的滑覺信號實施控制電機。一般的實施物體的夾取期間，先應(yīng)該接觸被抓取物體，之后對于機械手進行良好的控制，達到預(yù)設(shè)初始夾持力效果。機械手以初始夾持力對于物體進行夾持以后，就需要固定好機械手張開角度，將物體緩慢的抬起期間，上位機對于滑覺信號展開采集，同時予以處理變換，并且對于下位機進行傳送處理后得出的滑動判斷結(jié)果。在其將有滑動信號命令接收之后會提升機械手夾持力度。如果已經(jīng)不存在滑覺信號，就可以維持相同的夾持力，需要卸載的時候，可經(jīng)對于電機反轉(zhuǎn)進行控制的舉措達到目標(biāo)。系統(tǒng)總體硬件包括傳感器信號采集電路、滑覺傳感器、執(zhí)行機系統(tǒng)

6、以及單片機系統(tǒng)幾種。2滑覺傳感器實驗研究和選型情況機械手如果想要達到智能柔性抓取的成效，實施采集機械手與被抓物體滑動信號是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，而且為更加精準(zhǔn)的對于滑動信號展開識別，就需要科學(xué)合理的選用傳感器。pvdf壓電傳感器能夠進行識別以及檢測滑覺信號，達到實驗要求標(biāo)準(zhǔn)，如果開啟室內(nèi)電源，則電腦在通電狀態(tài)以后觀察到傳感器采集的電壓信號，盡管處在靜態(tài)環(huán)境中，依然會出現(xiàn)較顯著的波動，顯示出了pvdf壓電傳感器信號采集電路是非常易致使其受到干擾的，只能依靠復(fù)雜濾波電路應(yīng)用，因此存在限制性問題；經(jīng)實施pzt壓電傳感器實驗研究，通過對比觀察pvdf薄膜以及pzt壓電陶瓷，均為壓電傳感器，可以對于滑覺信號進

7、行精準(zhǔn)的檢測以及觸覺。但是一旦在機械手上進行應(yīng)用，因pvdf薄膜屬于柔軟的質(zhì)地，所以優(yōu)勢更加明顯。同時pzt陶瓷壓電傳感器能夠?qū)τ诼曇舢a(chǎn)生的振動產(chǎn)生較高敏感度，不容易適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用期間較高噪聲比的環(huán)境。因此，采取pvdf薄膜的情況是較多的；壓阻傳感器具有較高的精度，同時頻率響應(yīng)范圍較廣泛，靈敏度較高，設(shè)計電路簡單便捷等。綜合考慮各種因素，最終采取fsr-402壓阻傳感器實施實驗以及研究。2滑覺信號檢測裝置的最終設(shè)計情況（1）滑覺信號檢測裝置的硬件設(shè)計全部滑覺信號檢測裝置涉及到fsr-402壓阻傳感器、壓阻傳感器需要串聯(lián)的5m電阻以及數(shù)據(jù)采集卡、上位機pc幾種。其中，數(shù)據(jù)采集卡為進行采集待測裝置發(fā)

8、出的數(shù)字以及模擬信號，把所獲信號向pc進行傳遞，進而實施觀察以及分析工作。數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入阻抗是10m，分辨率是12bit（4096），具有+5v的供電壓力，具備要求標(biāo)準(zhǔn)的分辨率同時便于安裝?；X信號采集實驗裝置就是采取5k的電阻與壓阻傳感器串聯(lián)，對于5k定值電阻的電壓信號進行測量。采取砝碼（質(zhì)量不同）壓在傳感器表面滑動，代替機械手的抓取力度方式展開實驗。（2）滑覺信號檢測裝置的軟件設(shè)計應(yīng)用美國國家儀器公司生產(chǎn)的labview信號采集軟件，其涉及到日常控制以及測量系統(tǒng)所需各種模擬工具，最大限度的將成本進行節(jié)約，并確保提升工作效率。在將其應(yīng)用到建立在pc基礎(chǔ)中的測量以及信號處理工作中時優(yōu)勢凸顯。另外，采取滑覺信號的短時傅里葉變換方式，實現(xiàn)信號從時間域變換到頻率域，以便于對信號的頻譜結(jié)構(gòu)進行了解，掌握改變的規(guī)律。（3）設(shè)計反饋控制系統(tǒng)硬件主控制器選擇應(yīng)用單片機，其具有良好的實用性特點，同時可以節(jié)約成本。應(yīng)用stc公司生產(chǎn)stc89c52單片機，可提供給很多的嵌入式控制系統(tǒng)更靈活的處理方案。另外，控制電機采取步進電機，即型號為28byj48。最后，模擬機械手裝置。結(jié)語：在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的形勢下，智能機械手在諸多的領(lǐng)域已經(jīng)具有廣泛的應(yīng)用，并且成為適應(yīng)社會發(fā)展需求的重要趨勢。未來需