一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的装置包括控制机柜、工业摄像头、摄像头支架、空气压缩机和立体衣撑；所述的控制机柜包括位于上部的工业控制机、位于中间部分的气阀组和位于底部的板卡组，板卡组通过串口线路与上部的工业控制机连接；工业摄像头固定在摄像头支架上，摄像头支架放置于立体衣撑内部气囊底面延伸相交线的标定点，工业摄像头通过数据连接线连接到板卡组。本实用新型的优点是直接控制气囊外形变化，减少工作过程中的扰动影响，控制电气比例压力阀实现充气速度的无级调节，且能够同时检测、协同控制多个气囊的充气过程。
【专利说明】一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于气囊充胀动态控制的视觉伺服系统，具体地说是一种带有视觉传感器并且以视觉特征值作为反馈的气囊充胀动态控制系统，属于气囊充胀控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]目前，对多气囊协同柔性立体衣撑的充气控制主要是基于气囊内部压力的检测及控制，这种方案易于实现且工程中已有应用基础，但是受到硬件环境等方面的制约，如接口漏气、外界温度及气压变化的干扰影响等，气压参数难以对气囊充气形状进行精确描述，并且气囊与衣物发生碰撞挤压后，其外形参数与囊内压力参数的关系将会发生不可预知的改变从而进一步影响控制效果，而视觉伺服控制是直接对气囊形状变化特征进行控制，因此在此方面具有很大的优势。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制系统，能够实现对气囊充气过程的外形变化实时检测分析并对多个气囊充气进行独立控制。
[0004]本实用新型的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的装置包括控制机柜、工业摄像头、摄像头支架、空气压缩机和立体衣撑；所述的控制机柜包括位于上部的工业控制机、位于中间部分的气阀组和位于底部的板卡组，板卡组通过串口线路与上部的工业控制机连接；所述的空气压缩机通过上游充气管连接到控制机柜的气阀组一端，气阀组另一端通过下游充气管连接到立体衣撑内部的气囊，工业摄像头固定在摄像头支架上，摄像头支架放置于立体衣撑内部气囊底面延伸相交线的标定点，工业摄像头通过数据连接线连接到板卡组。
[0005]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的气阀组包括7个电气比例压力阀和I个负责充气保护的电磁通断阀。
[0006]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的板卡组包括工业电源模块、A/D数据转换卡、D/A数据转换卡和图像采集卡。
[0007]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的立体衣撑外观为人体模特，其外部曲面是人体曲面，其内部的气囊包括两个胸部气囊、腹部气囊、两个背部气囊和两个臀部气囊，所述气囊表面有压力传感器，所述的立体衣撑底部有模特支架进行支撑。
[0008]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的控制机柜安装有风扇。
[0009]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的电气比例压力阀一侧的上游阀口通过负责充气保护的电磁通断阀与上游充气管连通，所述的电气比例压力阀上端连接气阀控制线，电气比例压力阀另一侧的下游阀口通过三通管与立体衣撑的气囊、压力传感器连通，下游阀口的实时压力由压力传感器检测并反馈至工业控制机。
[0010]工作时，通过工业摄像头实时获取气囊图像，通过数据连接线、图像采集卡传输至工业控制机进行气囊充气状态特征值的实时提取，工业控制机通过图像特征值反馈与设定值的比较进行控制计算，输出信号通过运动控制卡与数据连接线将控制指令传输至电气比例压力阀，调节气阀阀口开度对气阀出口气体压力进行控制，气囊开始充气。同时工业摄像头在工作过程中的实时图像传给图像采集卡，工业控制机的图像处理软件获取气囊图像特征反馈的变化通过控制算法对输出信号进行调节，实时控制电气比例压力阀阀口气压值，改变充气速率，三通管连接的压力传感器将阀口压力参数反馈至副控制器实现对电气比例压力阀的闭环控制，稳定气阀阀口输出压力。
[0011]当气囊外形达到设定值时，工业控制机的控制器发送信号控制电气比例压力阀关闭，充气停止。
[0012]或当充气压力达到或超过气囊安全压力阈值时，电磁通断阀关闭上游供气以实现对气囊的防爆安全保护。
[0013]当需要放气时，控制电气比例压力阀放气。
[0014]本实用新型的有益效果是:
[0015]第一，通过视觉伺服系统对气囊外形变化进行直接控制，能够消除接口漏气、外界温度及气压变化对控制效果的干扰，并且能够有效地避免气囊与衣物发生碰撞挤压后外形参数与囊内压力参数关系的改变对控制效果造成的影响；
[0016]第二，以往的气囊气动控制是以电磁通断阀控制气流开闭控制气囊充气，通过使用带有压力闭环反馈的电气比例压力阀实现气阀的无级调节，通过视觉检测装置的特征反馈对气阀进行实时调节，提高了充气效率与充气精度；
[0017]第三，视觉检测装置可同时检测多个气囊的变化情况，通过上位机中的图像处理模块提取每个气囊外形特征值的反馈参数，通过比较每个气囊的设定值，对相应电气比例压力阀发出指令，实现对多个气囊充气的协同控制。
【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1为本实用新型的结构示意图；
[0019]图2为本实用新型的单路气阀连接示意图；
[0020]图3为本实用新型的硬件结构示意图；
[0021]图4为本实用新型控制程序流程图。
[0022]其中，1.人体模特，2.人体曲面，3.胸部气囊，4.腹部气囊，5.背部气囊，6.臀部气囊，7.模特支架，8.工业摄像头，9.摄像头支架，10.数据连接线，11.控制机柜，12.工业控制机，13.气阀组，14.板卡组，15.空气压缩机，16.上游充气管，17.下游充气管，18.气阀控制线，19.电气比例压力阀上游阀口，20.电气比例压力阀下游阀口，21.三通管
【具体实施方式】
[0023]下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本实用新型。
[0024]如图1?4所示，是本实用新型的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的装置包括控制机柜11、工业摄像头8、摄像头支架9、空气压缩机15和立体衣撑I ;所述的控制机柜11包括位于上部的工业控制机12、位于中间部分的气阀组13和位于底部的板卡组14，板卡组通过串口线路与上部的工业控制机12连接；所述的空气压缩机15通过上游充气管16连接到控制机柜11的气阀组13 —端，气阀组13另一端通过下游充气管17连接到立体衣撑I内部的气囊，工业摄像头8固定在摄像头支架9上，摄像头支架9放置于立体衣撑I内部气囊底面延伸相交线的标定点，工业摄像头8通过数据连接线10连接到板卡组14。
[0025]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的气阀组13包括7个电气比例压力阀和I个负责充气保护的电磁通断阀。
[0026]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的板卡组14包括工业电源模块、A/D数据转换卡、D/A数据转换卡和图像采集卡。
[0027]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的立体衣撑I外观为人体模特，其外部曲面是人体曲面，其内部的气囊包括两个胸部气囊3、腹部气囊4、两个背部气囊5和两个臀部气囊6，所述气囊表面有压力传感器，所述的立体衣撑I底部有模特支架7进行支撑。
[0028]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的控制机柜11安装有风扇。
[0029]如上所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，所述的电气比例压力阀一侧的上游阀口 19通过负责充气保护的电磁通断阀与上游充气管16连通，所述的电气比例压力阀上端连接气阀控制线18，电气比例压力阀另一侧的下游阀口 20通过三通管21与立体衣撑I的气囊、压力传感器连通，下游阀口 20的实时压力由压力传感器检测并反馈至工业控制机12。
[0030]工作时，通过工业摄像头实时获取气囊图像，通过数据连接线、图像采集卡传输至工业控制机进行气囊充气状态特征值的实时提取，工业控制机通过图像特征值反馈与设定值的比较进行控制计算，输出信号通过运动控制卡与数据连接线将控制指令传输至电气比例压力阀，调节气阀阀口开度对气阀出口气体压力进行控制，气囊开始充气。同时工业摄像头在工作过程中的实时图像传给图像采集卡，工业控制机的图像处理软件获取气囊图像特征反馈的变化通过控制算法对输出信号进行调节，实时控制电气比例压力阀阀口气压值，改变充气速率，三通管连接的压力传感器将阀口压力参数反馈至副控制器实现对电气比例压力阀的闭环控制，稳定气阀阀口输出压力。
[0031]当气囊外形达到设定值时，工业控制机的控制器发送信号控制电气比例压力阀关闭，充气停止。
[0032]或当充气压力达到或超过气囊安全压力阈值时，电磁通断阀关闭上游供气以实现对气囊的防爆安全保护。
[0033]当需要放气时，控制电气比例压力阀放气。
[0034]如图2所示，为本实用新型的单路气阀连接示意图，电气比例压力阀上游阀口 19通过负责充气保护的电磁通断阀与上游充气管连通，气阀控制线18传输工业控制机发出的控制信号控制电气比例压力阀并为其供电，电气比例压力阀接收控制信号并调整其下游阀口 20的输出气压值，电气比例压力阀下游阀口 20与三通管21与气囊、压力传感器连通，下游阀口 20的实时压力由压力传感器检测并反馈至工业控制机。
[0035]如图3所示，为本实用新型的硬件结构示意图。图中实线表示信号数据的传输通路，工业控制机通过D/A转换卡将数字量信号转换为模拟量信号发送至电气比例压力阀、电磁通断阀控制它们的执行动作。工业摄像头检测到的气囊图像通过图像采集卡发送至工业控制机，并由视觉检测软件提取气囊的实时厚度特征值。三通管连接电气比例压力阀、压力传感器与气囊，压力传感器检测电气比例压力阀下游阀口压力反馈值，经由A/D转换卡将模拟量信号转换为数字量信号传送至工业控制机。虚线表示气流的传输通路，由空气压缩机提供高压气体，经由空气滤清器过滤杂质，安全情况下电磁通断阀为常开状态，输出气体受电气比例压力阀调压后充入气囊中，使气囊产生形变，当视觉检测设备检测到形变特征达到设定值后，工业控制机控制电气比例压力阀关闭，需要排气时控制电气比例压力阀将气囊中的气体排至大气中。
[0036]如图4所示，为本实用新型控制程序流程图。系统初始化及用户参数输入之后由控制程序解析对应的各个气囊厚度设定值，并同时激活视觉检测模块开始工作，视觉伺服控制过程对比例阀模块发出控制信号启动阀口压力控制过程，压缩机中的高压空气通过各个电气比例压力阀的调节输送至对应的气囊进行充气，视觉伺服控制程序与充气保护程序同时进行判定，当气囊厚度达到设定值或气囊压力超过安全阈值均可触发充气通路关闭，结束充气。
[0037]经试验证明，本实用新型的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，确实实现对气囊充气过程的外形变化实时检测分析并对多个气囊充气进行独立控制。
【权利要求】
1.一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，其特征是:所述的装置包括控制机柜(11)、工业摄像头(8)、摄像头支架(9)、空气压缩机(15)和立体衣撑(I);所述的控制机柜(11)包括位于上部的工业控制机(12)、位于中间部分的气阀组(13)和位于底部的板卡组(14)，板卡组(14)通过串口线路与上部的工业控制机(12)连接；所述的空气压缩机(15)通过上游充气管(16)连接到控制机柜(11)的气阀组(13)—端，气阀组(13)另一端通过下游充气管(17)连接到立体衣撑(I)内部的气囊，工业摄像头(8)固定在摄像头支架(9)上，摄像头支架(9)放置于立体衣撑(I)内部气囊底面延伸相交线的标定点，工业摄像头(8 )通过数据连接线(10 )连接到板卡组(14)。
2.根据权利要求1所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，其特征在于，所述的气阀组(13)包括7个电气比例压力阀和I个负责充气保护的电磁通断阀。
3.根据权利要求1所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，其特征在于，所述的板卡组(14)包括工业电源模块、A/D数据转换卡、D/A数据转换卡和图像采集卡。
4.根据权利要求1所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，其特征在于，所述的立体衣撑(I)外观为人体模特，其外部曲面是人体曲面(2)，其内部的气囊包括两个胸部气囊(3)、腹部气囊(4)、两个背部气囊(5)和两个臀部气囊(6)，所述气囊表面有压力传感器，所述的立体衣撑(I)底部有模特支架(7)进行支撑。
5.根据权利要求1所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，其特征在于，所述的控制机柜(11)安装有风扇。
6.根据权利要求2所述的一种用于多气囊协同柔性立体衣撑的视觉伺服控制装置，其特征在于，所述的电气比例压力阀一侧的上游阀口(19)通过负责充气保护的电磁通断阀与上游充气管(16)连通，所述的电气比例压力阀上端连接气阀控制线(18)，电气比例压力阀另一侧的下游阀口(20)通过三通管(21)与立体衣撑(I)的气囊、压力传感器连通，下游阀口(20)的实时压力由压力传感器检测并反馈至工业控制机(12)。
【文档编号】G05B19/04GK203386017SQ201320416445
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2013年7月12日
【发明者】郝矿荣, 陈星 , 丁永生, 杨焕宇, 刘欢, 毛敏 申请人:东华大学