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服装裁片挂片机器人控制系统设计

更新时间:2016-07-05

0 引 言

服装吊挂系统的使用大幅度地减少了搬运、绑扎以及折叠等非生产时间及人员[1],提高了生产效率,但其生产岗位均需要人工完成相关操作.为了不断提高服装企业自动化,我国积极吸收国外先进技术,于1987年引进瑞士第一套服装吊挂传输系统ETON2001系统[2].而后经国内厂家的不断改进和完善,并将RFID技术应用到了服装吊挂传输生产线管理领域.2013年,加拿大推出的7R吊挂系统[3],标志着吊挂系统由智能型向智慧型迈进.面对世界服装加工设备高度技术密集化的趋势,以及由此形成的国际服装制造产业结构的挑战,改变服装工业设备陈旧、技术落后的状况势在必行[4]

随着人口红利的消失,使得在作为劳动密集型产业代表的服装业中进行“机器换人”成为行业转型升级的必然选择[5].有在简单重复的工作岗位率先引入机器人进而逐渐将机器人应用于全部岗位是制造业“机器换人”的必由发展之路[6].其中,在整个服装吊挂作业流程中,挂片站位负责将整件衣服的不同裁片抓取并挂在衣架上,因工作枯燥、无技术含量且收入低导致挂片站位工作人员缺少,所以应用工业机器人代替人工完成挂片任务是必然选择[7].美德的研究机构应用双目视觉以及模式摄影机的人工引导方法,实现双目视觉的PC机控制单臂机器人对布料的抓取工作;文献[8]通过HALCON和VC++联合混编设计了一种双目视觉机器人织物抓取系统;也有采用辅助设备悬挂布料,应用两个PC机控制机器人完成布料抓取任务的研究报道,上述抓取织物的机器人系统自主性不高[9].2013年,美国研制出7个关节双臂机器人PR2,能完成毛巾折叠等复杂任务.安装有高分辨率的摄像头、激光测距仪、惯性测量单元,触觉传感器等传感设备,底部有2台八核的电脑作为机器人各硬件的控制和通讯中枢,操作系统分为2层,底层为机器人专用平台ROS,上层为Ubuntu系统.PR2价格高昂而且能力还达不到商业应用的要求,仅斯坦福、麻省理工学院,卡内基梅隆大学等美国少数大学和一些研究机构拥有.在工业生产中应用机器人代替挂片站位工人,这就要求机器人要像人工一样将识别裁片、抓取裁片、抬高手臂到卡夹位置及松手等动作重复.传统的工业机器人控制系统(如北京石油化工学院研制的基于PMAC用于故障检测的工业机器人)由工控机以及PC机构成,虽然结构简单,但PC体积较大使得系统臃肿且实时性差,难以扩展[9-10].因为服装生产线挂片站位场地空间狭小,要求控制平台应该尽量小型化.本文研发了一套以ARM为核心处理器配合运动控制卡并初具自主功能的机器人控制系统,代替人工实现对裁片的识别以及挂片到衣架的功能,同时扩展挂片站位功能,将该挂片机器人融入服装吊挂系统,提高服装吊挂系统的整体智能性.

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军功爵制并非封建社会爵位授予制度的首创,最早出现于春秋,确立于战国。在军功爵制出现之前,就出现了“天子一位,公一位,候一位,伯一位,子、男同一位,凡五等也。”[1]P217事实上在其出现以前,历史上已经广泛存在着另一种授爵制度,既广为流传的“王者之制禄爵,公侯伯子男凡五等”[2]P309的五等爵制。在这种制度下,贵族享有对国家的统治权,广大人民都在其统治之下:“封略之内,何非君土,食土之毛,谁非君臣”[3]P1284或曰:“溥天之下,莫非王土。率土之滨,莫非王臣。”[4]P312

1 系统构成

考虑系统的实用性、实时性及可扩展性,本文研制的机器人控制系统,采用开放性、模块化的控制系统体系结构,分布式控制方式以及模块化、层次化的软件系统,机器人控制系统结构如图1所示.整个控制系统从结构上分为硬件层、控制层和应用层.

控制层是机器人控制系统核心,负责轨迹规划以及机器人的运动学求解,与运动控制卡的通信,获取并显示机器人状态监控信号以及关节位置信息等.本系统中,机器人抓取与挂片动作的完成依赖于它对裁片以及导轨上衣架的识别,同时需要将裁片的编号信息以及计件信息存储或者发送给服装吊挂系统上位机.考虑到开放性和可扩展性,本系统设计将功能分解到各个模块中,中央处理控制器只对各模块信号进行传输与控制.中央处理控制器采用ARM,外接用于服装裁片识别的DSP图像处理模块,运动控制模块,用于衣架识别的射频识别模块和液晶显示器模块.其中,运动控制模块实现轨迹规划以及机器人的运动学求解功能,射频识别模块实现对裁片与衣架信息的采集,服装裁片与衣架识别模块则应用图像处理方法实现自主识别功能,机器人状态监控信号以及关节位置信息、裁片衣架信息显示在显示屏上.

图 1 机器人控制系统结构 Fig.1 Robot control system structure

硬件层主要由可编程运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机以及相配的端子板构成[11].运动控制卡是连接机器人中央处理控制器和伺服驱动系统的桥梁,实现对机器人进行运动控制;伺服电机配置有光电编码器,并与电机一起连接到伺服驱动器的对应接口上.在中央处理控制器上发送指令给与伺服驱动器相连的控制卡,就可以获取电机转动的位置,因而整个系统是闭环的.

吊挂功能实验过程中,在进行视觉系统标定后,裁片以及衣架图像经DSP模块处理获得抓取点位置后,传送给ARM控制器,运动控制模块通过以太网获得该位置信号,并转化成各关节的运动学信息,机器人依此完成动作.图6和图7分别为裁片和衣架图像处理过程图;图8和图9分别实现了抓片与挂片动作.本挂片机器人具有一个二指末端执行器,只能将裁片放置于直杆衣架上.

二老接引大事既了,心情愉悦,在雪地里边走边聊,又停在黄梁驿门前,噗地吹灭了挂在门柱上的最后一盏灯,之后拔身而起,扶摇直上,运转轻功,起纵之间,径回万花谷。

2 系统硬件架构与功能实现

2.1 硬件层

硬件层的运动控制卡采用PMAC 2A-PC/104,该卡具备RS232以及Ethernet接口,集成了Motorola处理器,其PMAC编程语言可使控制卡独立工作[12].伺服电机和驱动器采用MINAS系列,其具有转矩、位置、速度控制和组合控制等多种控制模式[13].本系统中的伺服驱动器设定为位置控制方式,PMAC2A-PC/104控制卡接收到控制层经过Ethernet发来的控制指令后,执行相对应的程序,发送电机转动的计数单位、速度和加减速度等信号,伺服驱动器对信号进行调整、放大等处理后送至机器人各轴电机,带动机器人各个关节开始转动,执行抓取或者挂片动作.

2.2 控制层

本系统选用RSIC处理器S3C6410芯片,它通过HPI接口,连接主要用于裁片和衣架识别的TMS320C5000DSP为处理器的图像处理卡[14],裁片与衣架的位置信息由ARM传输给运动控制模块的DSP2407,进行运动学求解计算,连同轨迹规划及其插补算法的计算结果由DSP发送回ARM,并经由Ethernet将计算结果形成的控制指令传送给PMAC 2A-PC/104控制卡.同时,机器人各个关节上电机的编码器反馈信号经过Ethernet回传给ARM,显示在ARM液晶屏的人机交互界面中或者传送到应用层中显示.ARM同时连接VI-83F一体式RFID阅读器[15],读取衣架上的信息,供机器人计件以及服装吊挂系统统计与控制.读写器一端与ARM控制器通过USB相连,另一端通过微波电缆与天线相连.将天线的位置调试到最佳状态后,开始接通电源,当衣架的标签进入识别距离范围内的磁场后,此时读写器处于连续工作模式,成功接收到RFID阅读器发出的射频信号,通过电磁感应后发送出存储在芯片中的产品信息,待阅读器成功读取信息并解码后,送至ARM进行有关数据处理.

2.3 应用层

应用层主要是为了提升系统智能化和用户的使用而设计的,应用层平台是基于Windows系统的平板电脑,应用面向对象的编程语言C++设计可视化应用软件,实现机器人参数监测、用户管理、信息统计以及服装吊挂系统挂片机器人工作统计等功能.应用层开发了机器人控制应用程序界面,对机器人D-H模型[16]的运动参数进行配置,配置参数下传到机器人运动控制卡,使机器人可按照操作者的意愿完成工作.同时,为保证安全,机器人的各个关节运动设置限位功能也在应用层实现.再者,机器人视觉标定功能也通过应用层完成.

本文设计的服装裁片自主挂片机器人控制系统,实现了基于视觉的机器人自主服装裁片识别、自动抓取以及在横杆衣架上挂片等服装吊挂系统挂片站位的工作任务,能够替代人工进行服装生产中该工序操作.本系统硬件层面容易搭建,软件层面结构清晰.相比传统的PC机控制系统,其开放的系统结构可以灵活地更新和拓展控制系统的功能.

3 系统软件设计与功能实现

3.1 控制层系统软件

中央处理控制器ARM采用linux操作系统的配置经过搭配linux系统所需的Bootloader、内核和根文件系统实现,编写驱动程序以便识别外设.经过在Linux操作系统上建立交叉编译环境,利用交叉工具链arm-linux-gcc等进行编译、运行和调试等步骤,完成中央处理控制器软件设置.图2 是系统配置图之一.

ARM液晶屏的人机交互界面应用QT进行开发.首先在Windows操作系统完成QT软件开发环境的搭建,并且在工程中添加PMAC 2A-PC/104型控制卡对应的动态链接库、头文件(***win.h)和实现文件(***cwin.cpp).由于QMainWindow提供具有菜单条、工具条和状态条的主应用程序窗口[17],因此采用其作为主类,而后通过诸如Frame、Widget等的派生类完成各个子模块的功能,并利用QT的信号与槽、布局管理、事件管理、文件配置等方式实现各个子模块的信息交流[18].控制层的人机功能主要包括以下3个模块:(1)运动控制卡操作模块,实现ARM和控制卡的连接与断开,并随时查询控制卡的IO状态.(2)机器人操作模块,实现对机器人各轴以及位姿等状态的查询与显示、控制并设置机器人归零.(3)运动轨迹模块,实现机器人直线、曲线、圆弧的轨迹规划以及再现.图3为运动控制器的IO状态图,图4为ARM屏上机器人控制界面.

图 2 Linux系统配置 图 3 运动控制器的IO状态 Fig.2 Linux system configuration Fig.3 The IO state diagram of the motion controller

[9] 张邦成,韩跃营,王占礼,等.基于PMAC的机器人手臂控制系统设计[J].机械设计与制造,2012,9(4):56-58.

图 4 ARM显示屏界面 图 5 双目标定界面 Fig.4 ARM display interface Fig.5 Binocular calibration interface

4 系统测试

为了验证系统在服装裁片挂片工作中的有效性,对本系统进行测试.首先,进行硬件连接和启动.将GRB3044型号机器人、伺服驱动系统、运动控制卡、ARM处理器及其功能模块和平板机按照相互之间的接口连接起来,依次上电.随后,准备好实验要用的机器人末端二指夹具以及裁片、衣架.最后,进行软件系统测试.测试各模块功能的实现以及ARM对各个设备的识别.

应用层的是否使用并不影响本系统机器人的基本功能,它主要为使用机器人以及服装吊挂系统的用户服务,使得整个系统更加人性化和智能化.应用层主要搭建在Windows系统下平板机上,与ARM控制板通过RS232或者无线通讯,用于开发完善机器人管理功能的相关智能软件,包括人脸识别登录、多任务管理、远程登录以及本站位裁片信息统计等.此外,也可对机器人整个工作状态进行控制、监测、故障报警等,完善对机器人的管理和维护.

CHEN J C,GAO Z Q.Santoni:Machine replacement for high efficiency[J].Textile and Apparel Weekly,2014(34):96.

图 6 裁片边缘检测 图 7 衣架的处理 Fig.6 Cutting edge detection Fig.7 Hanger handling

图 8 机器人抓取裁片 图 9 裁片吊挂 Fig.8 Robot grip pieces Fig.9 Costume pieces hanging

5 结束语

那是2008年的6月,我刚从武汉某著名大学的法律系毕业,在律师事务所实习的时候,邂逅了一个叫崔仁浩的男子。他比我大一届,也是从我们大学毕业的。在实习的过程中,他给了我很多帮助,加上他穿着、谈吐都颇为考究,让出身农民家庭的我产生了莫名的好感。不久,我们就恋爱了。

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(2)“构成境域”。在绘画现象中,对象是人的意识所面对的对象,而人的意识,是一具有时间性的,不断生成、不断流变的意识流。事物对象就是在此不断生成,不断流变的方式中被意识着的,于是,同一对象在意识流之中就成为“无限多的意象群”的结合物。例如贾克梅蒂为美国作家詹姆斯·洛德画肖像时,为了要抓住自己的心理过程,力图接近绘画的真实本质,贾科梅蒂在写生过程前后总共画了十八次,线条反复涂抹的方法,刻画了表现对象在“不断流变,不断生成”的过程中的纯视觉体验,以期用这种纯视觉的不断追问,来感知事物存在的本质状态和画家本人的自然心相。

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对机器人控制系统进行实际测试和操作,系统的各个模块均可完成各自功能,机器人按照预期正常运行并完成预定动作.

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CHEN Z,XING M J.Analysis of China′s textile industry status quo and industrial upgrading proposals[J].Cotton Textile Technology,2016,23(4):80-84.

半连续反应器的有效体积为5.0 L,反应条件为中温厌氧消化(37±2)℃,通过水浴方式对反应器进行保温,通过机械搅拌的方式进行连续搅拌,转速为100 r·min-1。每天进出料1次,在进出料前先进行气体组分分析。取出料进行pH、挥发性固体和总挥发性有机酸的分析。

实验将数据按75%和25%的比例划分为训练集和测试集,在分别采用改进的Pearson 相关系数用户相似度和改进的修正余弦用户相似度公式计算用户相似性的同时,将本文提出的UCCA-CF 算法与传统基于用户的协同过滤算法U-CF、文献[2]基于用户聚类的协同过滤算法UC-CF、文献[3]基于粗糙集聚类协同过滤推荐算法RC-CF、文献[4]融合社区结构和兴趣聚类的协同过滤推荐算法CIC-CF、文献[5]基于项目评分与类型评分进行聚类的推荐算法ITC-CF 进行了对比实验。

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传统的教学模式主要采用闭卷考试,重视考试成绩,忽视学习和实践的工程,很容易使学生平时不认真和抄作业,出现考前突击、死记硬背、囫囵吞枣和不求甚解的情况,考试完后连最基本的概念都不知道的现象。传统的教学模式不适应当前经济和科学技术的快速发展对人才的要求,不能培养出具有创新精神和工程实践能力的应用型高级纺织工程专业人才。

在Windows操作系统下C++环境下开发,包括对视觉标定模块,系统的操作权限,机器人本体参数,各关节运动顺序以及限位进行设置.同时,安装ACCSE数据库,实现计件统计等功能.图5为机器人编程界面.

ZHANG B C,HAN Y Y,WANG Z L,et al.PMAC-based robot arm control system design[J].Mechanical Design and Manufacturing,2012,9(4):56-58.

社会经济在发展,推动了建筑的转型,尤其是在建筑的外观和造型方面,呈现出了多种样式的构型方式。人们开始越来越看重建筑物的美观性,这在建筑和美学及社会学领域中引起了较大关注。这就给建筑设计领域带来了巨大的机遇和挑战。建筑要体现的不仅仅有科学性,还应该有艺术性,建筑的设计要跟随时代的脚步,要与环境相适应,这样的建筑外观构形设计才是优秀的,是受人们所喜爱的。所以,这就表明研究建筑外观的设计和构成的构形分析十分重要。不仅有利于建筑行业的与时俱进,还显现出积极的现实意义。

综上所述,面对当前的电力改革的新形势,我们必须通过在供电企业的思想政治工作中加强党的核心领导、坚持以人为本、创建完善的工作体系和制度、抓好党员干部的思想政治工作,不断创新供电企业思想政治工作新局面,才能有力提升供电企业思想政治工作的实效性,促进供电公司持续健康发展和更好地服务社会。

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关于“霍李比武”的事,具体发生在何时已经不可靠了,只知道肯定是在1900-1909年之间。在金恩钟先生所著的《国术名人录》一书中有关于霍元甲与李瑞东比武的描述:

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遵化港路热轧厂初精轧交流电机要求在4 000 kW基础上增容500~4 500 kW情况下正常温升运行。由于增容这部分损耗通过现有冷却器无法处理,所以出现电机线圈绕组温升高现象,严重影响用户正常生产运行。为了解电机运行工况特性,我公司在增容改进前,于2017年11月到运行现场进行了风温和水温侧测量和电机实际工况点记录,分析并确定了对电机配套冷却器的改进方案。

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3.3.1 收入 本研究显示,收入越高,则婚姻质量得分越高。夫妻双方的收入是保证家庭生活质量的条件之一,他与夫妻的精神与物质生活质量有一定的联系。近年来,随着物价不断上涨、包括子女教育经费在内的生活支出也日益增加,而医务人员工资收入的增长却十分缓慢,这可能是造成护士家庭对收入满意度不高的原因,从而也影响了婚姻质量。

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王晓华,杨涛,张蕾,李琪,熊志强
《纺织高校基础科学学报》2018年第01期文献

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