手机天线弹片《装备制造技术》2018年第09期
0引言
近些年，机器人视觉被应用在众多领域。并联机器人作为极具发展潜力的一种类型，相比串联结构，在运作中兼具精度高、速度快、动态响应好、承载能力强、结构紧凑等优点，并联结构的博弈机器人就是在这个背景下衍生的。21世纪以来，Delta 系列机器人更呈现出高速、高精度、灵活性等发展方向，人工智能阿尔法狗的成功，把机器人博弈又推向了一个新高度，使得视觉识别更加精确，分析更加快捷成为产品具有竞争性的重要指标，因此，深入探索并联机器人的视觉和算法从而实现其视觉联动控制显得尤为重要。将视觉系统应用于并联机器人，并加以优化，进而实现并联机器人的视觉联动是研究热点。见图1. Delta 并联型人机博弈机器人通过真实的人机对
弈，使青少年、老年等科普对象不仅享受博弈的乐
趣，也能了解机器人组成，掌握基本的计算编程能力。它分为视觉识别子系统、
棋盘执行机构子系统和博弈算法子系统，本文就是对该视觉系统和算法进行探索优化，实现视觉联动控制。
并联机器人视觉联动控制策略研究
田习文，祁宇明
（天津职业技术师范大学机械工程学院，天津30222）
摘要：并联机器人应用领域变广泛，对其自主化、智能化要求亦越高，众多智能化产品引入视觉系统，胜任更为复杂的工作。基于并联结构的博弈机器人，为在精度和速度上实现突破，对其视觉系统加以优化，同时对算法进行优化，进而实现视觉联动控制。以视觉识别为基础，实现视觉实时处理的优化与电机控制算法的优化，探索联动控制的方法策略———单项目优化。
关键词：并联机器人；视觉联动控制；视觉实时处理；电机控制算法；单项目优化中图分类号：TP242
文献标识码：A
文章编号：1672-545X （2018）09-0041-04
收稿日期：2018-06-28
基金项目：国家自然科学青年基金项目（61301040）———
基于D-S 证据理论与粗糙集的汽车驾驶员疲劳监测方法研究；国家科技支撑计划课题（2015BAK06B04）———基于超高压水射流的灾害现场破拆机器人装备研制；天津市智能制造科技重大专
项（15ZXZNGX00260）———混凝土智能布料机器人系统研发；京津冀科技成果转化项目（17YFCZZC00270）———高档数控机床半实物仿真系统及云服务平台的关键技术开发；天津市科学技术普及研发项目（17KPXMSF00190）———工业机
宝商集团陕西辰济药业有限公司器人半实物虚拟仿真科普教学系统；天津市科学技术普及研发项目（17KPXMMSF00180）———Delta 并联型人机对弈机
器人科普系统研发
作者简介：田习文（1992-），男，土家族，湖北襄阳人，硕士研究生，研究方向：机器人及智能装备研究所。
图1Delta 并联型人机对弈机器人的体系结构
对甲苯磺酸吡啶盐视觉部分（机器人眼睛）
数据
采集后处理送大脑
博弈算法（机器人大脑）数据流结果暂存
中央数据库反馈
肉模
记忆部分（机器人存储单元）
数据
直接供给指挥中心
控制中心（机器人指挥系统神经网络）
向硬件
提供控制命令流
机械部分（身体构造、
手脚、关节等）新产品开发
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Equipment Manufacturing Technology No.09，2018
1执行机构
棋盘执行机构子系统由棋盘主体机构、三自由度并联机械手、棋子棋盘三部分组成，实现自动取子、下子、提子等功能。研究在现有自动控制理论和
技术基础上，实现体积小、成本低、精度高的棋盘执行机构，实现对棋子运动的精确控制。1.1三自由度并联机械手
机械手主要由静平台、动平台和连接两平台的三条支链组成，其中伺服电动机与减速器安装于静
平台上，每条支链由主动臂和从动臂组成，依据运动学对三自由度的并联机械手的机构进行分析及设计。见图2.
1.2主体机构
利用solidworks 软件建立Delta 机器人各零件的三维模型，然后进行装配得到完整的Delta 机器人的
三维装配体模型，如图3所示。Delta 机器人主要由静平台、动平台、主动臂及从动臂构成，
其中，静平台和每个主动臂通过转动副联接，主动臂和从动臂、从动臂和动平台都通过球铰联接。该机构由三条运动支
链组成，并均匀分布于静平台上，每条运动支链都有一个主动臂和一个闭环组成，此闭环是由从动臂和
四个球铰组成的平行四边形封闭结构，此结构通过球铰分别与主动臂和动平台联接。三组均匀分布的平行四边形闭环结构保证了静平台和动平台只能保持相对平行运动，消除了动平台的三个转动自由度，保留了动平台三个方向的平行自由度。
2机器人视觉
机器人视觉并非真的视觉，是通过在机器人上
安装视觉传感器，捕捉获取目标的位置信息，经过特征提取匹配等得到相对位姿量，
计算机利用该信息，使机器人完成相应操作。这种特点，
使得机器人能灵活自主地适应所处的环境，代替人类完成一些危险或复杂的工作。在三维视觉系统中，
采用数字信号处理器可以提高视觉信息的实时处理速度，因而信息采集子系统与数据信号处理器之间的传输方式对传输处理速度起到关键作用，而数据实时采集系统和计算机之间的数据传输方式同样也是影响实时系统
kkrrrr速度的重要因素。因此，
选取适当的采集系统和数据传输方式，可以实现视觉实时系统的优化。2.1实时采集处理系统的方案设计数字信号处理器（DPS ）是高速运算处理器的一种，它的高数据传输速度和处理速度，以及在高速运算实时处理系统中合理的传输分配适用于实时处理
速度的优化。
采用TMS320C542的程序存储器和数据存储器分开寻址改进的哈佛结构如图4，类似于树枝分叉结构：三条独立的数据线相较于树枝和一条相
较于树干的程序总线，所有指令可同时进行，提高数据处理速度，实现数据的实时处理[1]。
图2并联机械手机构简图
B 3
l 1u 3
θ3
β3
A 3
e 3v 3
A 2A 1
Z
O l 2w 3
l 2w 2
l 2w 1
l 1u 1
l 1u 2x
y
B 2
B 1
r
P
图3Delta 机器人并联机构的三维模型
1.动平台
2.从动臂
3.球铰
4.主动臂
5.转动副
6.静平台
654321图4实时采集处理系统原理图
EEPROM 128kb
双端口RAM4k 字
信息采集子系统
数据储存
器64k 字
程序储存
器64k 字
内部总线
TMS320C542
激光扫描信号
TSA 总线
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2.2实时采集处理系统的数据传输方式
DPS 本身具有高速运算能力，因而改善数据传
输方式，可以对整个实时采集方案实现优化。考虑用
数据块的方式与计算机之间进行数据传输，提高使用效率。采用电路较为便捷的双端口RAM 来实现实时采集处理系统与计算机之间的数据传输，可以使计算机的CPU 和DSP 很容易实现同时访问双端口RAM ，传输数据量和速度可同时获得优化。图2中的A （15-0）、D （15-0）、R/W 、IOSTRB 、
XF 和INT （0-3）均是实时采集处理系统的内部总线
信号[2]。图5信号采集子系统与C542之间的内部总线连接。
3电机控制算法
在机器人控制中，电机控制算法的种类很多，
通常是给定一个指令速度值，
通过输入的算法运算后，提供相应的电压信号来驱动电机，使其平稳快速地
达到指令转速值，并维持这个值。换言之，电机一旦达到了这个转速值，不论在何种不利因素的环境下，
都应能保持这个值不变，因此，选择合适的算法对提高机器人系统的控制精度十分必要。
控制算法是机器人闭环控制策略的核心，
然而，并非越复杂、精度越高的算法就越好，因为实际工作中，应有良好的实时性，根据当前的具体情况，
机器人需要在非常短的时间内做出灵敏的反应，因而，将多个因素拆解成若干单个目标，分别对每个单项目
进行算法的优化，提高精准度和灵敏度。优化算法的类别很多，
关键是针对不同的优化问题，例如可行解变量的取值（连续还是离散）、目标函数和约束条件的复杂程度（线性还是非线性）等，应用不同的算法。
综合考虑，选择粒子优化算法。
这种算法受启发于对鸟类捕食行为的一种研究[3]，借此，将机器人重复同一动作流程获取的多个视
觉信号，利用算法函数，寻目标函数的最优值，通过求解，得到最优解，从而实现对整体反馈速度的优化。
系统若到两个最优解，
代入如下公式，即可得到新的速度值和位置解。
v[]=w *v[]+c1*rand （）*（pbest[]-present []）+c2*rand （）*（gbest[]-present[]）（a ）
present[]=present[]+v[]（b ）
式中，v[]是粒子的速度，w 是惯性权重，present
[]是当前粒子的位置.pbest []and gbest []如前定义
rand （）是介于（0，1）之间的随机数.c1，c2是学习因子.通常c1=c2=2.
三元醇
程序的伪代码如下For each particle ____Initialize particle END Do
____For each particle
________Calculate fitness value ________If the fitness value is better than the best fitness value （pBest ）in history
____________set current value as the new pBest ____End
____Choose the particle with the best fitness val -ue of all the particles as the gBest ____For each particle
________Calculate particle velocity according e -quation （a ）
________Update particle position according e -quation （b ）
____End
While maximum iterations or minimum error crite -
ria is not attained
4仿真实验
以Delta 机器人为例，基于MATLAB 和ADAMS 对其视觉信息的采集及算法进行视觉联动控制的仿
真。主要是执行识别物体，抓取和存放的操作任务。设计运动路径，
如图6所示。图5信号采集子系统与C542之间的内部总线连接
信号采集子系统
A （15-0）D （15-0）R/W 10STAR
B XF INT （0-3）
AB DB
R/W 10STARB
START
INT （0-3）
TMS320C542
图6Delta 机器人仿真运动路径
A 0A 3
A 2
A 1
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路径中不但要求运动精度稳定高效，
还要求抓取和释放位置精确。Delta 机器人的末端执行器是运动分为：上升，下降，平移三段。设计任务是在一个100mm ×300mm ×100mm 的空间内执行抓取5kg 的
物体，抓取过程中限制主动臂最大角速度a max =190rad/s 2.将A 0、A 3点分别作为抓取点和放取点，
做完路径规划，在ADAMS 中测取四个点的坐标分别为A 0
（0，-820，0）、A 1（0，-720，0）、A 2（300，-720，0）、A 3
（300，-820，0）。利用MATLAB 软件的求解程序，求出四个点对应的主动臂驱动角度。如表1所列。
在仿真时分别赋予主动臂和静平台的三个转动
副旋转驱动，导入、
仿真后如图7~图9所示。从图6可以看出，末端执行器并未严格按直线
上升、平移、下降，在视觉识别及拐角处平滑过渡，机器人可平稳运行，完成停止、抓取的活动，同
时完美避障。在X 方向的最大偏差仅为5.6mm ，相对误差为1.9%；Y 方向的最大偏差仅为10.6mm ，相对误差为10.6%；Z 方向的最大偏差仅2.7mm.
5结束语
综上分析得出：
（1）并联机器人视觉系统和电机算法是实现联动控制的两个关键环节。
（2）采用改进的哈佛结构寻址模式提高实时采集处理系统的处理速度，选择双端口RAM 数据传输方式，可以对整个视觉系统起到优化作用。
（3）粒子优化算法，能有效地对单个目标函数求最优解，实现单项目算法的优化。
参考文献：
[1]陈学生，陈在礼，孔民秀.并联机器人研究的进展与现状[J].机器人，2002，24（5）：464-470.
[2]李
欣，李鸣飞，郑
冰.实时处理三维视觉信息的DSP 实
现方案[J].青岛海洋大学学报，2001（5）：5-7.
[3]Eberhart ，kennedy.粒子算法[EB/OL].https ：//baike.so/doc/6058396-6271443.html.
[4]韩江义，游有鹏，虞启凯.Delta 并联机构正向运动学标定方法研究[J].农业机械学报，2013，44（6）：25-275.[5]丛
爽，尚伟伟.并联机器人：建模，控制优化与应用[M].北京：电子工业出版社，2010（4）：2-27.
驱动角度/rad
路径点θ1J
θ2J
θ3J
A 0
-0.9958-0.9958-0.9958A 10.7698-0.7698-0.7698A 2-1.1198-1.1198
-0.6056A 3-1.3073-1.3073-0.8379
表1各路径点对应的主动臂驱动角度
图7主动臂的角速度、角加速度随时间变化曲线
JOINT_3Angular_velocity Mag JOINT_4Angular_velocity Mag JOINT_5Angular_velocity Mag
7.56.04.53.01.50.0
0.00.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3Time/s
JOINT_3Angular_Acceleration Mag
JOINT_4Angular_Acceleration Mag JOINT_5Angular_Acceleration Mag
0.0
0.050.10.150.20.25
0.3Time/s
200.0150.0100.050.00.0图8末端执行器速度、加速度随时间变化曲线
cm Angular_Velocity X cm Angular_Velocity Y cm Angular_Velocity Z
0.00.050.10.150.20.25
0.3Time/s
0.0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3Time/s
cm Angular_Acceleration X
cm Angular_Acceleration Y cm Angular_Acceleration Z
0.60.40.20.0
-0.2
20.010.00.0-10.0-20.0
图9末端执行器的位置随时间变化曲线
500.00.0-500.0-1000.0
cm Translational_Displacement X
cm Translational_Displacement Y cm Translational_Displacement Z
0.00.050.10.150.20.25
0.3
Time/s
（下转第89页）
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The Key Point for Vihicle Wiring Harness Design
LU Su-mei ，HE Fu-liang
（SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China ）
Abstract ：Combining with the practical case ，this paper analysis assembly problem and quality problem of uehicle wiring harness ，puts forward requirements and notes for vehicle wiring harness in design ，so that to provide a refer -
ence for the follow-up development of vehicle wiring harness.Key words ：automobile wiring harness ；assembly ；design
可一概而论。
3结束语
本文从装配问题入手，结合实际案例，分析汽车在装配过程中易出现的问题，简要提出优化方案。汽车线束的合理设计有助于提高零件的装配效率，是零件装配质量的良好保障。同时线束是一个复杂、多
样化的零件，影响因素众多，需要设计者综合考虑各个方面的因素。
参考文献：
[1]吕自国，卫强，史曹，
等.浅谈整车线束橡胶件的设计[J].汽车电器，2014（02）：34-36.[2]胡
凯，李
臻，李延静，
等.汽车线束布置的研究[J].汽车零部件，2017（12）：50-52.
Research on Visual Linkage Control Strategy of Parallel Robot
TIAN Xi-wen ，QI Yu-ming
（School of Mechanical Engineering ，Tianjin Vocational and Technical Normal University ，Tianjin 30222，China ）Abstract ：The parallel robot application field widely ，the higher the requirements for its manufacture ，intelligent ，visual system ，introduced many intelligent products ，up to more complex work ，this article is based on the struc -ture of the parallel game robot ，for a breakthrough in the accuracy and speed ，the visual system to optimize ，and optimize the algorithm ，and realize the visual linkage control.Based on visual recognition ，the optimization of re -
al-time visual processing and motor control algorithm is realized ，and the method and strategy of linkage control
--single project optimization is explored.Key words ：parallel robot ；visual linkage control ；real-time visual processing ；motor control algorithm ；single
project optimization
（上接第44页）
Influence Factors And Control Methods of High Oil Temperature
In Commercial Vehicle Hydraulic Power Steering
XUAN Zhao-jian
（Dongfeng Liuzhou Motor Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China ）
Abstract ：According to the long-term experience ，this paper introduces the influencing factors and control meth -ods of high oil temperature in commercial vehicle hydraulic power steering system.The
methods of reducing hy -draulic power loss and improving heat dissipation capacity are proposed to reduce oil temperature.Key words ：hydraulic power steering ；steering oil temperature ；power loss ；heat balance
（上接第85页）
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