導(dǎo)語(yǔ)：機(jī)械手滑覺(jué)檢測(cè)與信息處理分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文采用小波分析法獲得信號(hào)的時(shí)域和頻域內(nèi)的特性。采用FSR-402壓阻傳感器檢測(cè)機(jī)械手夾取過(guò)程是否產(chǎn)生滑動(dòng)，通過(guò)LabVIEW軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波變換等處理，對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)，設(shè)定閾值，判斷夾取過(guò)程是否產(chǎn)生滑動(dòng)，通過(guò)上位機(jī)控制對(duì)機(jī)械手步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使得機(jī)械手對(duì)滑動(dòng)物體進(jìn)一步夾緊并保持一定的夾持力。

關(guān)鍵詞:機(jī)械手；小波分析；LabVIEW；閾值；觸滑覺(jué)傳感器

1引言

隨著現(xiàn)代工廠自動(dòng)化和智能化以及工業(yè)4.0的發(fā)展，機(jī)械手爪在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中有了更高要求。在機(jī)械手的觸覺(jué)滑覺(jué)研究方法中，主要有觸覺(jué)傳感器自適應(yīng)模糊控制、多感知空間控制和力外環(huán)控制等。我們采用小波分析技術(shù)對(duì)滑動(dòng)信號(hào)進(jìn)行變換，將細(xì)節(jié)系數(shù)作為特征值，同時(shí)設(shè)定合理的閾值判斷有無(wú)產(chǎn)生滑動(dòng)并做進(jìn)一步處理?；瑒?dòng)信號(hào)的特點(diǎn)是隨機(jī)和非平穩(wěn)性的，用傅里葉變換難以得到其良好的局部特性，采用小波變換的方法可以很好的得到信號(hào)在時(shí)域和頻域上的特征。

2傳感器的選型與檢測(cè)裝置

2.1滑覺(jué)傳感器。觸覺(jué)檢測(cè)是機(jī)械手基本的檢測(cè)環(huán)節(jié)，而滑覺(jué)檢測(cè)傳感器是實(shí)現(xiàn)機(jī)械手柔性抓取的關(guān)鍵。機(jī)械手傳感器具有模仿人手的接觸覺(jué)、滑動(dòng)覺(jué)和溫度覺(jué)等等，目前常用的有壓電式、壓阻式等，也有將PVDF壓電式與光電原理結(jié)合起來(lái)的觸滑覺(jué)傳感器[1]。我們實(shí)驗(yàn)中考慮到PVDF壓電傳感器的觸覺(jué)信號(hào)和滑覺(jué)信號(hào)比較難以分離，我們選用FSR-402壓阻傳感器，該傳感器可以對(duì)接觸物表面進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量，可以較好的區(qū)分觸覺(jué)信號(hào)和滑覺(jué)信號(hào)，同時(shí)其工作溫度在-25℃～70℃，對(duì)環(huán)境抗干擾能力強(qiáng)。2.2USB數(shù)據(jù)采集卡與采集裝置。數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）是從傳感器等設(shè)備收集模擬或者數(shù)字信號(hào)的裝置，如果說(shuō)傳感器相當(dāng)于人的觸覺(jué)等感知層，那么采集卡就相當(dāng)于人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸中樞-脊椎，而上位機(jī)就相當(dāng)于人的大腦。我們本次所使用的采集卡通過(guò)USB接入上位機(jī)，有16路單端/8路差分模擬輸入通道，2路單端模擬輸出通道，6路數(shù)字輸入/輸出通道，PWM輸入頻率在1-1MHz，輸出頻率在1-1MHz，占空比1%-99%，同時(shí)工作溫度在-20℃~70℃，能較好適應(yīng)嚴(yán)苛環(huán)境。。我們的采集卡通過(guò)USB連接到上位機(jī)，由其供應(yīng)5V直流電源，我們從采集卡引出5V的電源線給壓阻傳感器供電。由于該款采集卡簡(jiǎn)化了增益編程功能等，模擬量輸入信號(hào)需要事先調(diào)整到0-3.3V以內(nèi)，在這種情況下我們?cè)O(shè)計(jì)了信號(hào)調(diào)理電路將較大的電壓信號(hào)通過(guò)降壓變換到0-3.3V范圍內(nèi)以滿足要求。我們將傳感器串聯(lián)一個(gè)10KΩ的電阻，通過(guò)信號(hào)線向AD輸入電壓變化的范圍。

3信號(hào)的小波變換與LabVIEW處理

3.1基于小波變換的信號(hào)處理。相比于傅里葉變換不得不用大量級(jí)數(shù)去擬合突變信號(hào)，通過(guò)小波變換，我們可以很好處理滑動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)時(shí)變信號(hào)并從中提取出有用的信息，在處理過(guò)程中，我們需要將連續(xù)的小波變換進(jìn)行離散化，通過(guò)采集的數(shù)據(jù)可以看到滑覺(jué)信號(hào)分布在信號(hào)的高頻部分，經(jīng)過(guò)小波變換后可以分解得到信號(hào)的高頻成分，也就是細(xì)節(jié)分量。首先我們要定義一些信號(hào)和用到的濾波器[2]：x[n]：離散的輸入信號(hào)g[n]：低通濾波器h[n]：高通濾波器↓Q：降采樣濾波器通過(guò)階層架構(gòu)，我們可以看到怎么將一個(gè)離散信號(hào)進(jìn)行小波變換：架構(gòu)中的第α層：小波分析中，常用到來(lái)自低通濾波器的近似分量和來(lái)自高通濾波器的細(xì)節(jié)分量，高頻分量包含信息的細(xì)節(jié)和差別[3-4]，在機(jī)械手檢測(cè)滑動(dòng)過(guò)程中，一旦滑動(dòng)發(fā)生高頻部分會(huì)出現(xiàn)明顯的頻譜信息，我們用小波變換的細(xì)節(jié)分量作為特征值并設(shè)定合理的閾值來(lái)判斷有無(wú)滑動(dòng)。3.2LabVIEW軟件采集與處理實(shí)驗(yàn)。我們通過(guò)設(shè)置把LabVIEW提供的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)函數(shù)將數(shù)據(jù)采集卡附有的.dll庫(kù)函數(shù)形式文件連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集卡的控制和信號(hào)采集[5-6]。我們分別設(shè)置高通濾波器序列值為-0.707和0.707，低通濾波器的序列值設(shè)為0.707和0.707，將輸入信號(hào)分別與高低通濾波器卷積后再進(jìn)行抽樣分別得到細(xì)節(jié)分量和近似分量，若我們小波分解2層，就將近似分量繼續(xù)分解為高頻細(xì)節(jié)分量和低頻近似分量，如要繼續(xù)分解以此類推[7-8]。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)可以看到，傳感器接觸物體時(shí)，細(xì)節(jié)分量為較小波動(dòng)的負(fù)值，傳感器與物體分離時(shí)，細(xì)節(jié)分量為較小波動(dòng)的正值。夾持物體發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，細(xì)節(jié)分量有較大幅值變化，并且有正負(fù)范圍的波動(dòng)?？梢钥吹交瑒?dòng)和夾持兩類細(xì)節(jié)分量的較大差別，通過(guò)設(shè)定合理的閾值可以判斷滑動(dòng)的有無(wú)。

4結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)中需要對(duì)兩個(gè)影響因素進(jìn)行考慮，傳感器接觸或分離物體（夾持開(kāi)始或分離）時(shí)需要緩慢進(jìn)行，否則較大的突變會(huì)引起較大的細(xì)節(jié)分量的波動(dòng)，這也是應(yīng)用中需要改進(jìn)的夾取速度的問(wèn)題。另外，傳感器表面需要黏貼增大阻力的物質(zhì)以便有更好的滑動(dòng)檢測(cè)效果。我們探究傳感器和物體的相對(duì)關(guān)系時(shí)，通過(guò)細(xì)節(jié)分量可以判斷是接觸還是分離，當(dāng)細(xì)節(jié)分量為較小波動(dòng)的負(fù)值時(shí)，傳感器與物體接觸，當(dāng)細(xì)節(jié)分量為較小波動(dòng)的正值時(shí)，傳感器與物體分離。而如果作為特征值的細(xì)節(jié)分量超過(guò)我們?cè)O(shè)定的閾值，并且有較大的正負(fù)波動(dòng)時(shí)，判斷為有滑動(dòng)產(chǎn)生，此時(shí)就該驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)使夾持裝置進(jìn)一步夾緊，如果細(xì)節(jié)分量小于我們?cè)O(shè)定的閾值，則認(rèn)為沒(méi)有滑動(dòng)產(chǎn)生。

作者:王海旭 陳偉 何玉輝 李云 單位:四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院