一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于在弹烟灰过程中对卷烟落头的测试与分析领域，具体涉及一种基于仿 生学的弹烟灰模拟装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在抽烟过程中对烟支进行弹烟灰容易造成烟支落头，造成这种现象的原因有多 种，如烟丝密度分布、湿度、制作工艺等，真实模拟吸烟者弹烟灰的动作成为分析这些原因 的前提。仿生学是将动物体的一些行为动作、结构功能或工作原理移植到工程技术中用于 产品的开发与理论研究分析，是近年来发展的一项新型技术。机器视觉作为仿生学的一部 分，利用相机捕捉图像信息，通过算法的处理优化为工程机械服务。利用机器视觉捕获吸烟 者手指弹烟灰的动作，系统进行处理计算得到吸烟者手指向下弹烟的速度、加速度等信息， 最终控制伺服电机驱动仿生手指模拟吸烟者进行弹烟灰。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于仿生学的弹烟灰模 拟装置及方法，设计合理，采用机器视觉捕获吸烟者弹烟灰的动作信息，控制伺服电机驱动 仿生手指完成弹烟灰动作。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] -种基于仿生学的弹烟灰模拟装置，包括前端数据采集部分、控制部分以及动作 执行部分;所述前端数据采集部分包括工业相机，所述控制部分以处理器为核心，所述动作 执行部分包括伺服电机;所述工业相机、处理器、伺服电机通过电缆依次连接;所述伺服电 机的转动轴上设置有仿生手指，所述伺服电机固定于电机固定架上，电机固定架安装在支 撑架上，支撑架安装在底座上，底座上设置有固定香烟的香烟夹具。
[0006] 优选地，所述工业相机通过相机电缆和处理器连接，所述处理器通过伺服电机电 缆和伺服电机连接。
[0007] 优选地，所述处理器采用单片机、现场可编程逻辑门阵列、DSP中任意一种或者其 任意组合。
[0008] 此外，本发明还提到一种基于仿生学的弹烟灰模拟方法，该方法采用所述的一种 基于仿生学的弹烟灰模拟装置，按照如下步骤进行：
[0009] 步骤1:通过前端数据采集部分中的工业相机捕获吸烟者弹烟灰动作信息；
[0010] 步骤2:通过控制部分中的处理器对吸烟者弹烟灰动作信息处理；
[0011] 步骤3:通过动作执行部分中的伺服电机驱动仿生手指执行弹烟灰动作。
[0012] 优选地，在步骤1中，具体包括
[0013] 步骤1.1:工业相机将捕获到的手指弹烟支动作，分解为5个动作；
[0014] 步骤1.2:工业相机将分解的5个手指弹烟支动作通过相机电缆发送至处理器。
[0015] 优选地，在步骤2中，具体包括
[0016] 步骤2.1:通过处理器计算出手指到水平烟支的距离信息，分别记为S1、S2、S3、S4 和S5;
[0017] 步骤2.2:根据公式（1)计算得到吸烟者弹烟手指的启动/停止速度、启动/停止加 速度、运行速度、运行位置信息；
[0019]其中，VI为启动速度，ΛΤ为时间间隔；
[0020] 步骤2.3:处理器将启动/停止速度、启动/停止加速度、运行速度、运行位置信息通 过伺服电机电缆发送至伺服电机。
[0021 ]本发明所带来的有益技术效果：
[0022]本发明提出了一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置及方法，与现有技术相比，一种 基于仿生学的弹烟灰模拟装置及方法，采用机器视觉捕捉吸烟者弹烟灰动作，通过处理器 对吸烟者弹烟灰动作信息处理得到吸烟者弹烟手指的启动/停止速度、启动/停止加速度、 运行速度、运行位置等信息，通过控制伺服电机驱动仿生手指完成弹烟灰动作，便于在弹烟 灰过程中对卷烟落头的测试与分析。
【附图说明】
[0023]图1为本发明一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置的原理框图。
[0024] 图2为本发明一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置的结构示意图。
[0025] 图3是本发明的手指弹烟灰动作分解示意图。
[0026] 其中，1-手;2-香烟;3-工业相机;4-相机电缆;5-处理器;6-伺服电机电缆;7-电机 固定架;8-伺服电机;9-仿生手指;10-支撑架;11-底座;12-固定香烟的香烟夹具。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图以及【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明：
[0028]如图1所示，一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置，主要有三部分组成，一:前端数据 采集部分，包括工业相机3;二:控制部分，以处理器5为核心;三:动作执行部分，包括伺服电 机8〇
[0029] 前端数据采集部分通过工业相机3捕获吸烟者弹烟灰动作信息；控制部分通过处 理器5对吸烟者弹烟灰动作信息处理得到吸烟者弹烟手指的启动/停止速度、启动/停止加 速度、运行速度、运行位置等信息；动作执行部分通过伺服电机8驱动仿生手指执行弹烟灰 动作。
[0030] 其中处理器可以采用以下任意一种方式实现，一）以单片机为核心；二）以现场可 编程逻辑门阵列为核心;三）以DSP为核心；四）以上器件的任意组合为核心。
[0031] 在图2中，固定香烟2的香烟夹具12安装在底座13上，支撑架10安装在底座11上，电 机固定架7安装在支撑架10上，伺服电机8固定于电机固定架7,仿生手指9安装到伺服电机8 的转动轴上，工业相机3通过相机电缆4连接到处理器5，处理器5通过伺服电机电缆6连接到 伺服电机8。
[0032] 在图3中，工业相机3拍摄到手1弹香烟2的动作，将其分解为5个动作。
[0033]处理器5对这5个动作信息进行分析处理，计算出手指到水平烟支的距离信息S，分 别为31、52、53、54和55，每个动作对应着不同时刻1'和瞬时速度￥。动作1为开始弹烟灰动作， ￥1=0，11=0;动作5为弹烟灰结束动作，￥5 = 0。
[0034]根据以下公式：
[0036]处理器5计算得出这5个动作对应的速度和加速度信息，最终输出到伺服电机8驱 动仿生手指9执行弹烟灰的动作。
[0037] 本发明一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置及方法，采用机器视觉捕捉吸烟者弹烟 灰动作，通过处理器对吸烟者弹烟灰动作信息处理得到吸烟者弹烟手指的启动/停止速度、 启动/停止加速度、运行速度、运行位置等信息，通过控制伺服电机驱动仿生手指完成弹烟 灰动作，便于在弹烟灰过程中对卷烟落头的测试与分析。
[0038] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领 域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的 保护范围。
【主权项】
1. 一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置，其特征在于:包括前端数据采集部分、控制部分 以及动作执行部分;所述前端数据采集部分包括工业相机，所述控制部分包括处理器，所述 动作执行部分包括伺服电机;所述工业相机、处理器、伺服电机通过电缆依次连接;所述伺 服电机的转动轴上设置有仿生手指，所述伺服电机固定于电机固定架上，电机固定架安装 在支撑架上，支撑架安装在底座上，底座上设置有能将香烟固定在仿生手指下方的香烟夹 具。2. 根据权利要求1所述的基于仿生学的弹烟灰模拟装置，其特征在于:所述工业相机通 过相机电缆和处理器连接，所述处理器通过伺服电机电缆和伺服电机连接。3. 根据权利要求1所述的基于仿生学的弹烟灰模拟装置，其特征在于:所述处理器采用 单片机、现场可编程逻辑门阵列和DSP中任意一种或者其任意组合。4. 一种基于仿生学的弹烟灰模拟方法，其特征在于:采用如权利要求1所述的一种基于 仿生学的弹烟灰模拟装置，按照如下步骤进行： 步骤1:通过前端数据采集部分中的工业相机捕获吸烟者弹烟灰动作信息； 步骤2:通过控制部分中的处理器对吸烟者弹烟灰动作信息处理； 步骤3:通过动作执行部分中的伺服电机驱动仿生手指执行弹烟灰动作。5. 根据权利要求4所述的基于仿生学的弹烟灰模拟方法，其特征在于： 在步骤1中，具体包括 步骤1.1:工业相机将捕获到的手指弹烟支动作，分解为5个动作； 步骤1.2:工业相机将分解的5个手指弹烟支动作通过相机电缆发送至处理器。6. 根据权利要求4所述的基于仿生学的弹烟灰模拟方法，其特征在于： 在步骤2中，具体包括 步骤2.1:通过处理器计算出手指到水平烟支的距离信息，分别记为31、32、33、34和55; 步骤2.2:根据公式（1)计算得到吸烟者弹烟手指的启动/停止速度、启动/停止加速度、 运行速度、运行位置信息；其中，VI为启动速度，ΛΤ为时间间隔； 步骤2.3:处理器将启动/停止速度、启动/停止加速度、运行速度、运行位置信息通过伺 服电机电缆发送至伺服电机。
【专利摘要】本发明公开了一种基于仿生学的弹烟灰模拟装置及方法，属于测试与分析领域，包括前端数据采集部分、控制部分以及动作执行部分；所述前端数据采集部分包括工业相机，所述控制部分包括处理器，所述动作执行部分包括伺服电机；所述伺服电机的转动轴上设置有仿生手指，所述伺服电机固定于电机固定架上，电机固定架安装在支撑架上，支撑架安装在底座上，底座上设置有固定香烟的香烟夹具。本发明采用机器视觉捕捉吸烟者弹烟灰动作，通过处理器得到吸烟者弹烟手指的启动/停止速度、启动/停止加速度、运行速度、运行位置等信息，通过控制伺服电机驱动仿生手指完成弹烟灰动作，便于在弹烟灰过程中对卷烟落头的测试与分析。
【IPC分类】G01N33/00
【公开号】CN105606766
【申请号】CN201510969743
【发明人】符涛涛, 易斌, 张济民, 李雯琦, 王鸿山, 付亮, 耿守本, 段黎跃, 金怀国, 聂蓉
【申请人】中国电子科技集团公司第四十一研究所, 云南中烟工业有限责任公司
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月17日