一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的裝置包括控制機(jī)柜、工業(yè)攝像頭、攝像頭支架、空氣壓縮機(jī)和立體衣?lián)?；所述的控制機(jī)柜包括位于上部的工業(yè)控制機(jī)、位于中間部分的氣閥組和位于底部的板卡組，板卡組通過串口線路與上部的工業(yè)控制機(jī)連接；工業(yè)攝像頭固定在攝像頭支架上，攝像頭支架放置于立體衣?lián)蝺?nèi)部氣囊底面延伸相交線的標(biāo)定點(diǎn)，工業(yè)攝像頭通過數(shù)據(jù)連接線連接到板卡組。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是直接控制氣囊外形變化，減少工作過程中的擾動影響，控制電氣比例壓力閥實(shí)現(xiàn)充氣速度的無級調(diào)節(jié)，且能夠同時檢測、協(xié)同控制多個氣囊的充氣過程。
【專利說明】一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于氣囊充脹動態(tài)控制的視覺伺服系統(tǒng)，具體地說是一種帶有視覺傳感器并且以視覺特征值作為反饋的氣囊充脹動態(tài)控制系統(tǒng)，屬于氣囊充脹控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚某錃饪刂浦饕腔跉饽覂?nèi)部壓力的檢測及控制，這種方案易于實(shí)現(xiàn)且工程中已有應(yīng)用基礎(chǔ)，但是受到硬件環(huán)境等方面的制約，如接口漏氣、外界溫度及氣壓變化的干擾影響等，氣壓參數(shù)難以對氣囊充氣形狀進(jìn)行精確描述，并且氣囊與衣物發(fā)生碰撞擠壓后，其外形參數(shù)與囊內(nèi)壓力參數(shù)的關(guān)系將會發(fā)生不可預(yù)知的改變從而進(jìn)一步影響控制效果，而視覺伺服控制是直接對氣囊形狀變化特征進(jìn)行控制，因此在此方面具有很大的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣囊充氣過程的外形變化實(shí)時檢測分析并對多個氣囊充氣進(jìn)行獨(dú)立控制。
[0004]本實(shí)用新型的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的裝置包括控制機(jī)柜、工業(yè)攝像頭、攝像頭支架、空氣壓縮機(jī)和立體衣?lián)?；所述的控制機(jī)柜包括位于上部的工業(yè)控制機(jī)、位于中間部分的氣閥組和位于底部的板卡組，板卡組通過串口線路與上部的工業(yè)控制機(jī)連接；所述的空氣壓縮機(jī)通過上游充氣管連接到控制機(jī)柜的氣閥組一端，氣閥組另一端通過下游充氣管連接到立體衣?lián)蝺?nèi)部的氣囊，工業(yè)攝像頭固定在攝像頭支架上，攝像頭支架放置于立體衣?lián)蝺?nèi)部氣囊底面延伸相交線的標(biāo)定點(diǎn)，工業(yè)攝像頭通過數(shù)據(jù)連接線連接到板卡組。
[0005]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的氣閥組包括7個電氣比例壓力閥和I個負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥。
[0006]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的板卡組包括工業(yè)電源模塊、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡、D/A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡和圖像采集卡。
[0007]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的立體衣?lián)瓮庥^為人體模特，其外部曲面是人體曲面，其內(nèi)部的氣囊包括兩個胸部氣囊、腹部氣囊、兩個背部氣囊和兩個臀部氣囊，所述氣囊表面有壓力傳感器，所述的立體衣?lián)蔚撞坑心Ｌ刂Ъ苓M(jìn)行支撐。
[0008]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的控制機(jī)柜安裝有風(fēng)扇。
[0009]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的電氣比例壓力閥一側(cè)的上游閥口通過負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥與上游充氣管連通，所述的電氣比例壓力閥上端連接氣閥控制線，電氣比例壓力閥另一側(cè)的下游閥口通過三通管與立體衣?lián)蔚臍饽?、壓力傳感器連通，下游閥口的實(shí)時壓力由壓力傳感器檢測并反饋至工業(yè)控制機(jī)。
[0010]工作時，通過工業(yè)攝像頭實(shí)時獲取氣囊圖像，通過數(shù)據(jù)連接線、圖像采集卡傳輸至工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行氣囊充氣狀態(tài)特征值的實(shí)時提取，工業(yè)控制機(jī)通過圖像特征值反饋與設(shè)定值的比較進(jìn)行控制計(jì)算，輸出信號通過運(yùn)動控制卡與數(shù)據(jù)連接線將控制指令傳輸至電氣比例壓力閥，調(diào)節(jié)氣閥閥口開度對氣閥出口氣體壓力進(jìn)行控制，氣囊開始充氣。同時工業(yè)攝像頭在工作過程中的實(shí)時圖像傳給圖像采集卡，工業(yè)控制機(jī)的圖像處理軟件獲取氣囊圖像特征反饋的變化通過控制算法對輸出信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)時控制電氣比例壓力閥閥口氣壓值，改變充氣速率，三通管連接的壓力傳感器將閥口壓力參數(shù)反饋至副控制器實(shí)現(xiàn)對電氣比例壓力閥的閉環(huán)控制，穩(wěn)定氣閥閥口輸出壓力。
[0011]當(dāng)氣囊外形達(dá)到設(shè)定值時，工業(yè)控制機(jī)的控制器發(fā)送信號控制電氣比例壓力閥關(guān)閉，充氣停止。
[0012]或當(dāng)充氣壓力達(dá)到或超過氣囊安全壓力閾值時，電磁通斷閥關(guān)閉上游供氣以實(shí)現(xiàn)對氣囊的防爆安全保護(hù)。
[0013]當(dāng)需要放氣時，控制電氣比例壓力閥放氣。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0015]第一，通過視覺伺服系統(tǒng)對氣囊外形變化進(jìn)行直接控制，能夠消除接口漏氣、外界溫度及氣壓變化對控制效果的干擾，并且能夠有效地避免氣囊與衣物發(fā)生碰撞擠壓后外形參數(shù)與囊內(nèi)壓力參數(shù)關(guān)系的改變對控制效果造成的影響；
[0016]第二，以往的氣囊氣動控制是以電磁通斷閥控制氣流開閉控制氣囊充氣，通過使用帶有壓力閉環(huán)反饋的電氣比例壓力閥實(shí)現(xiàn)氣閥的無級調(diào)節(jié)，通過視覺檢測裝置的特征反饋對氣閥進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，提高了充氣效率與充氣精度；
[0017]第三，視覺檢測裝置可同時檢測多個氣囊的變化情況，通過上位機(jī)中的圖像處理模塊提取每個氣囊外形特征值的反饋參數(shù)，通過比較每個氣囊的設(shè)定值，對相應(yīng)電氣比例壓力閥發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)對多個氣囊充氣的協(xié)同控制。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的單路氣閥連接示意圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型控制程序流程圖。
[0022]其中，1.人體模特，2.人體曲面，3.胸部氣囊，4.腹部氣囊，5.背部氣囊，6.臀部氣囊，7.模特支架，8.工業(yè)攝像頭，9.攝像頭支架，10.數(shù)據(jù)連接線，11.控制機(jī)柜，12.工業(yè)控制機(jī)，13.氣閥組，14.板卡組，15.空氣壓縮機(jī)，16.上游充氣管，17.下游充氣管，18.氣閥控制線，19.電氣比例壓力閥上游閥口，20.電氣比例壓力閥下游閥口，21.三通管
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。
[0024]如圖1?4所示，是本實(shí)用新型的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的裝置包括控制機(jī)柜11、工業(yè)攝像頭8、攝像頭支架9、空氣壓縮機(jī)15和立體衣?lián)蜪 ;所述的控制機(jī)柜11包括位于上部的工業(yè)控制機(jī)12、位于中間部分的氣閥組13和位于底部的板卡組14，板卡組通過串口線路與上部的工業(yè)控制機(jī)12連接；所述的空氣壓縮機(jī)15通過上游充氣管16連接到控制機(jī)柜11的氣閥組13 —端，氣閥組13另一端通過下游充氣管17連接到立體衣?lián)蜪內(nèi)部的氣囊，工業(yè)攝像頭8固定在攝像頭支架9上，攝像頭支架9放置于立體衣?lián)蜪內(nèi)部氣囊底面延伸相交線的標(biāo)定點(diǎn)，工業(yè)攝像頭8通過數(shù)據(jù)連接線10連接到板卡組14。
[0025]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的氣閥組13包括7個電氣比例壓力閥和I個負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥。
[0026]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的板卡組14包括工業(yè)電源模塊、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡、D/A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡和圖像采集卡。
[0027]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的立體衣?lián)蜪外觀為人體模特，其外部曲面是人體曲面，其內(nèi)部的氣囊包括兩個胸部氣囊3、腹部氣囊4、兩個背部氣囊5和兩個臀部氣囊6，所述氣囊表面有壓力傳感器，所述的立體衣?lián)蜪底部有模特支架7進(jìn)行支撐。
[0028]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的控制機(jī)柜11安裝有風(fēng)扇。
[0029]如上所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，所述的電氣比例壓力閥一側(cè)的上游閥口 19通過負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥與上游充氣管16連通，所述的電氣比例壓力閥上端連接氣閥控制線18，電氣比例壓力閥另一側(cè)的下游閥口 20通過三通管21與立體衣?lián)蜪的氣囊、壓力傳感器連通，下游閥口 20的實(shí)時壓力由壓力傳感器檢測并反饋至工業(yè)控制機(jī)12。
[0030]工作時，通過工業(yè)攝像頭實(shí)時獲取氣囊圖像，通過數(shù)據(jù)連接線、圖像采集卡傳輸至工業(yè)控制機(jī)進(jìn)行氣囊充氣狀態(tài)特征值的實(shí)時提取，工業(yè)控制機(jī)通過圖像特征值反饋與設(shè)定值的比較進(jìn)行控制計(jì)算，輸出信號通過運(yùn)動控制卡與數(shù)據(jù)連接線將控制指令傳輸至電氣比例壓力閥，調(diào)節(jié)氣閥閥口開度對氣閥出口氣體壓力進(jìn)行控制，氣囊開始充氣。同時工業(yè)攝像頭在工作過程中的實(shí)時圖像傳給圖像采集卡，工業(yè)控制機(jī)的圖像處理軟件獲取氣囊圖像特征反饋的變化通過控制算法對輸出信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)時控制電氣比例壓力閥閥口氣壓值，改變充氣速率，三通管連接的壓力傳感器將閥口壓力參數(shù)反饋至副控制器實(shí)現(xiàn)對電氣比例壓力閥的閉環(huán)控制，穩(wěn)定氣閥閥口輸出壓力。
[0031]當(dāng)氣囊外形達(dá)到設(shè)定值時，工業(yè)控制機(jī)的控制器發(fā)送信號控制電氣比例壓力閥關(guān)閉，充氣停止。
[0032]或當(dāng)充氣壓力達(dá)到或超過氣囊安全壓力閾值時，電磁通斷閥關(guān)閉上游供氣以實(shí)現(xiàn)對氣囊的防爆安全保護(hù)。
[0033]當(dāng)需要放氣時，控制電氣比例壓力閥放氣。
[0034]如圖2所示，為本實(shí)用新型的單路氣閥連接示意圖，電氣比例壓力閥上游閥口 19通過負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥與上游充氣管連通，氣閥控制線18傳輸工業(yè)控制機(jī)發(fā)出的控制信號控制電氣比例壓力閥并為其供電，電氣比例壓力閥接收控制信號并調(diào)整其下游閥口 20的輸出氣壓值，電氣比例壓力閥下游閥口 20與三通管21與氣囊、壓力傳感器連通，下游閥口 20的實(shí)時壓力由壓力傳感器檢測并反饋至工業(yè)控制機(jī)。
[0035]如圖3所示，為本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖中實(shí)線表示信號數(shù)據(jù)的傳輸通路，工業(yè)控制機(jī)通過D/A轉(zhuǎn)換卡將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量信號發(fā)送至電氣比例壓力閥、電磁通斷閥控制它們的執(zhí)行動作。工業(yè)攝像頭檢測到的氣囊圖像通過圖像采集卡發(fā)送至工業(yè)控制機(jī)，并由視覺檢測軟件提取氣囊的實(shí)時厚度特征值。三通管連接電氣比例壓力閥、壓力傳感器與氣囊，壓力傳感器檢測電氣比例壓力閥下游閥口壓力反饋值，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換卡將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號傳送至工業(yè)控制機(jī)。虛線表示氣流的傳輸通路，由空氣壓縮機(jī)提供高壓氣體，經(jīng)由空氣濾清器過濾雜質(zhì)，安全情況下電磁通斷閥為常開狀態(tài)，輸出氣體受電氣比例壓力閥調(diào)壓后充入氣囊中，使氣囊產(chǎn)生形變，當(dāng)視覺檢測設(shè)備檢測到形變特征達(dá)到設(shè)定值后，工業(yè)控制機(jī)控制電氣比例壓力閥關(guān)閉，需要排氣時控制電氣比例壓力閥將氣囊中的氣體排至大氣中。
[0036]如圖4所示，為本實(shí)用新型控制程序流程圖。系統(tǒng)初始化及用戶參數(shù)輸入之后由控制程序解析對應(yīng)的各個氣囊厚度設(shè)定值，并同時激活視覺檢測模塊開始工作，視覺伺服控制過程對比例閥模塊發(fā)出控制信號啟動閥口壓力控制過程，壓縮機(jī)中的高壓空氣通過各個電氣比例壓力閥的調(diào)節(jié)輸送至對應(yīng)的氣囊進(jìn)行充氣，視覺伺服控制程序與充氣保護(hù)程序同時進(jìn)行判定，當(dāng)氣囊厚度達(dá)到設(shè)定值或氣囊壓力超過安全閾值均可觸發(fā)充氣通路關(guān)閉，結(jié)束充氣。
[0037]經(jīng)試驗(yàn)證明，本實(shí)用新型的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，確實(shí)實(shí)現(xiàn)對氣囊充氣過程的外形變化實(shí)時檢測分析并對多個氣囊充氣進(jìn)行獨(dú)立控制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，其特征是:所述的裝置包括控制機(jī)柜(11)、工業(yè)攝像頭(8)、攝像頭支架(9)、空氣壓縮機(jī)(15)和立體衣?lián)?I);所述的控制機(jī)柜(11)包括位于上部的工業(yè)控制機(jī)(12)、位于中間部分的氣閥組(13)和位于底部的板卡組(14)，板卡組(14)通過串口線路與上部的工業(yè)控制機(jī)(12)連接；所述的空氣壓縮機(jī)(15)通過上游充氣管(16)連接到控制機(jī)柜(11)的氣閥組(13)—端，氣閥組(13)另一端通過下游充氣管(17)連接到立體衣?lián)?I)內(nèi)部的氣囊，工業(yè)攝像頭(8)固定在攝像頭支架(9)上，攝像頭支架(9)放置于立體衣?lián)?I)內(nèi)部氣囊底面延伸相交線的標(biāo)定點(diǎn)，工業(yè)攝像頭(8 )通過數(shù)據(jù)連接線(10 )連接到板卡組(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，其特征在于，所述的氣閥組(13)包括7個電氣比例壓力閥和I個負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，其特征在于，所述的板卡組(14)包括工業(yè)電源模塊、A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡、D/A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡和圖像采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，其特征在于，所述的立體衣?lián)?I)外觀為人體模特，其外部曲面是人體曲面(2)，其內(nèi)部的氣囊包括兩個胸部氣囊(3)、腹部氣囊(4)、兩個背部氣囊(5)和兩個臀部氣囊(6)，所述氣囊表面有壓力傳感器，所述的立體衣?lián)?I)底部有模特支架(7)進(jìn)行支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，其特征在于，所述的控制機(jī)柜(11)安裝有風(fēng)扇。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于多氣囊協(xié)同柔性立體衣?lián)蔚囊曈X伺服控制裝置，其特征在于，所述的電氣比例壓力閥一側(cè)的上游閥口(19)通過負(fù)責(zé)充氣保護(hù)的電磁通斷閥與上游充氣管(16)連通，所述的電氣比例壓力閥上端連接氣閥控制線(18)，電氣比例壓力閥另一側(cè)的下游閥口(20)通過三通管(21)與立體衣?lián)?I)的氣囊、壓力傳感器連通，下游閥口(20)的實(shí)時壓力由壓力傳感器檢測并反饋至工業(yè)控制機(jī)(12)。
【文檔編號】G05B19/04GK203386017SQ201320416445
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月12日
【發(fā)明者】郝礦榮, 陳星 , 丁永生, 楊煥宇, 劉歡, 毛敏 申請人:東華大學(xué)