一種氣動人工肌肉運動位移測量系統(tǒng)的實現(xiàn)

1、一種氣動人工肌肉運動位移測量系統(tǒng)的實現(xiàn)1 引言氣動人工肌肉也稱氣動人工肌肉驅動器(pneumatic musecle actuator，pma)，其討論始于20世紀50代，近幾年，在國內也得到了廣泛的討論與應用。氣動人工肌肉響應快、牢靠性高，同時擁有柔性而且輕快，這使得它對人類來說，比其他的驅動器更平安。隨著技術的進展需求，氣動人工肌肉得到了廣泛的討論。目前人工肌肉運動位移的測量主要通過在肌肉末端銜接一個滑動變阻器，再通過檢測變阻器兩端的來完成，但是這種辦法要求有高精度的變阻器，同時，這種辦法對人工肌肉的運動也會造成一定的影響，所以，試驗結果往往不很抱負。本文在平臺下，采納視覺跟蹤與圖像處理辦

2、法，來完成對目標位移的測量。2 硬件結構設計本系統(tǒng)采納的是千兆網(wǎng)卡，basler sca640-70gm，659x490，70 fps千兆網(wǎng)絡攝像頭，而且ni的pcie-8235內嵌有幀接收器，因而極大地降低了圖像采集對cpu的占用率。利用網(wǎng)線挺直將采集到的圖像傳到pc機，同時也簡化了系統(tǒng)硬件結構的設計。圖1所示為系統(tǒng)的硬件結構圖。3 軟件設計本系統(tǒng)軟件采納ni公司的虛擬儀器軟件ni 86和視覺處理工具包ni vision86。通過labview圖形化的編程環(huán)境，編程者可以象搭積木一樣搭建程序和用戶界面，而程序的執(zhí)行內容由一個一個可表示函數(shù)的圖標和圖標之間的數(shù)據(jù)流連線構成，這可使得編寫和調試程

3、序變得生動、便捷。ni vision是和labview無縫鏈接的，ni vision里包含了目前圖像處理和比較成熟的vis，同時實用于圖像采集的驅動vis，可在最大程度上簡化圖像采集、處理和輸出結果的過程。31 圖像采集模塊跟其它ni板卡數(shù)據(jù)采集一樣，本系統(tǒng)的圖像采集可借助于采集助手ni vsion acquisition來完成圖像的迅速采集，其程序框圖2所示。32 圖像刻度轉換挺直從圖像中測得的坐標、面積、距離等參數(shù)都是用像素值表示的，而事實上，還要按照需要將像素值轉換成設計需要的值。本設計要測出人工肌肉伸縮的長度，單位是毫米(mm)，在長度測量的過程中，可將一張打印有實際刻度的紙作為氣動人

4、工肌肉的背景，這樣既可以分析背景對圖像處理的影響，又可以作為測量的輔助工具。圖3所示是其圖像刻度轉換指示圖，圖中，可取0mm和50mm的圖像坐標分離為(1126000，641000)和(1510000，641000)，這樣，其像素長度為384000pixel對應實際的50mm，在此基礎上，其伸縮長度單位轉換都將以此為標準在程序中自動舉行。33 特征點的提取對于圖像處理系統(tǒng)，實時性是常常要關注的問題。本系統(tǒng)的實時性也是首先要考慮的問題。為了最大限度地提高系統(tǒng)的實時性，除了提高硬件配置外，在軟件處理過程中，也應當盡量避開用法占內存和cpu顱腔多的算法。本設計需要獲得氣動人工肌肉兩端金屬扎環(huán)的圖像信

5、息，并以此來計算伸縮長度。為了使特征信息便于提取，可在兩個金屬扎環(huán)的中間位置用紅色油漆標志，并將右端的紅點作為輔助坐標。為了提高實時性，可用最容易的閾值劃分法來分割圖像，以獵取特征信息、閾值設定值red(min：195，max：255)，green(min：10，max：50)，blue(min：10，max：50)，圖4所示是其閾值提取效果圖，其中，藍色部分為提取到的特征信息。處理后的二值圖像5所示。34 目標檢測與距離測量檢測出提取到的信息點后，還應測得它們的坐標，進一步求得它們的距離，這可由measuresdistance vis和caliper vis來完成，其部分程序框圖6所示。4 用戶測量界面按照labview的編程特點，為削減cpu的用法率，可將中間過程中圖像處理顯示界面省去或躲藏，在用戶界面上只顯示測量曲線，圖7所示是本系統(tǒng)的用戶測量界面圖。5 結束語本文在虛擬儀器軟件labview平臺下開發(fā)的氣動人工肌肉運動位移測量系統(tǒng)具有較好的牢靠性和實時性，但在軟件和硬件調試過程中也發(fā)覺了一些弊端，如視覺處理系統(tǒng)對光照的要求比較高，而且攝像機和被測物體的距離要肯定的固定，否