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附录 1：外文原文附录 2：中文翻译基于 Web 的气动机械手集成及其视觉定位研究杨元赵 (杨元兆), 吴川宇 (武传宇), 胡徐东 (胡旭东) (浙江理工大学综合工程中心, 杭州310018) 电子邮件: yyz121sohu.com yyz121sohu cywuzist.edu.cncywuzist;xdhuzist.edu.cn xdhuzist 2004 年 5 月 8 日;2004 年 9 月 6 日接受修订摘要：气动驱动系统广泛应用于工业自动化，主要用于开环相对简单的任务。由于气动系统的可压缩性和很少的停止位置，它被认为难以精确控制。运动控制系统。借助新开发的气动伺服控制技术，采用伺服气动位置控制器，与采用电液伺服系统一样简单。本文讨论了基于web的伺服气动机械手控制和目标识别定位。建立了一个三自由度（3 自由度）气动机械手的伺服气动闭环控制系统和机器视觉系统在他们的实验室。基于Web的远程操作是在这个实验系统的基本能力。该机器人通过安装CCD摄像机、视频采集卡及相关软件，通过网页识别出用户指定的对象并找到其位置。远程用户可以命令机器人移动到该位置并抓取该对象。网络控制的关键问题是集成混合动力。通过web开发开放式机电一体化系统，开发以脚本为特征的软件语言环境。作者的实验表明，气动装置可以作为精确的位置控制和通过网络控制。关键词：伺服气动控制，气动机械手，视觉定位，网络遥控简介气动装置通常为空气夹定位工作台的工具，因为它们可以在执行器的响应速度高野范围的权力转移；而电伺服系统使用在伺服控制和精确定位控制领域的基本要求，如在过程自动化和机器人技术。在这些领域使用气动技术有两个局限性。第一个是大气的可压缩性，导致定位精确的困难。另一个是气缸的几个停止位置。传统的气动装置只能在气缸两端停留稳定。如果一个应用程序要求气缸停在两个以上位置，那么必须使用的多位置气缸将增加整个机械和气动系统复杂性。气缸的运动速度可由节流阀在设定时设定，并且在调节期间不能调节操作。当 我们在机械手等柔性控制应用中使用气动 设备时，这些限制是很大的障碍。有工程 师和技术人员试图在伺服控制系统中使用 气动装置。但结果表明，它很难配置。如 果我们找不到气动系统自动定位的解决方 案，基本上不能称之为伺服气动系统，即 使系统使用了大量的气动装置，控制顺序 是由 PLC 设置的。在气动伺服系统的研究可以追溯到 1980 年代，研究人员发现，气动系统最合适的控制算法的状态反馈控制， 问题是状态反馈控制的最优参数难以确定， 特别是对于最终用户。最终用户必须提供 所有系统信息，包括系统负荷、气缸运行 速度、系统的阻尼、气缸的摩擦特性等。 然后，制造商建立了工厂状态反馈控制的 最优参数。当系统运行状态发生变化时， 状态反馈控制的最优参数必须在出厂时重 新调整。伺服系统是一种费时、经济的方法，限制了伺服气动系统的应用。这种情况下结束了上个世纪末，当 FESTO 公司提供其创新产品 spc-100 以及后来 spc-200 轴控制器。SPC 系列是开放式伺服气动定位系统。随着 winpisa 帮助，用户可以配置状态反馈控制用以计算自动输入的气动设备的基本尺寸和上信息的最优参数和运行情况。在这种情况下，最终用户不需要掌握控制技术和空气动力学的专门知识。他们只需要在 winpisa Windows 相关信息类型和获得结果。这一系列减少了对人类技能的要求，简化了伺服气动定位系统的使用，伺服气动定位系统自那时起就已投入使用。SPC 轴控制器在机器人中的应用已有很多。这个机器人可以和人握手。它的头、腰和手可以像人类一样灵活地弯曲。有 32 spc-100 轴控制器使用这个机器人。另一个例子是浙江大学设计生产的书法机器人，这是一个 3 自由度机械手，也可以用在涂胶、贴合，并用一个 spc-200 轴控制器控制。浙江科技研究院课题组对书法机械手进行了改进，提高了功能性，他们为这个系统增加了Web 可访问性。这样用户就可以登录Internet 连接的浏览器，填写 Web 提供的表单，并控制机械手的动作。作者应用他们的气动机械手的研究成果，并增加了机器视觉系统。利用机器视觉，机器人可以识别被浏览器用户指定的对象，并确定对象的位置。然后，远程用户可以命令操作器移动到特定位置并抓取对象。气动机械手气动机械手是一个 3 自由度机械手（图 1）。所有的组件和传感器是由费斯托公司生产，德国。主要特点是：X，直径。气缸 32 毫米，位移 400 毫米；Y，直径。气缸 20 毫米，位移 250 毫米；Z，直径。气缸 20 毫米，位移 150 毫米；静态定位精度 0.05 毫米；动态定位精度0.5 毫米。对气动机械手伺服控制系统如图 2 所示。位于气缸内的位置传感器。它用作信号调理。对 X 轴比例方向控制阀的类型，Y 轴和 Z 轴是 mpye-5-1 / 8hf。各轴的线性模块 HMP 系列气缸。在气动机械手中，三轴和框架内的所有连接都是模块化和标准化的。因此，气动机械手的装配非常简单、方便、快捷。气动机械手的硬件核心是伺服气动定位系统。由费斯托有限开发spc-200 轴控制器，通过轴接口和比例方向控制阀实现闭环控制，用于伺服气动位置控制。对两轴协调的特点进行了优化，通过增加一个独立的轴运动，可以扩展到三轴协调。标准 I/O 包括 RS-232 串口用户可以通过该程序 spc-200，他们也可以下载或上传数控程序 spc-200 数控程序计算机。操作简单、控制参数和编程 spc-200 设置可以通过控制面板而增强的编程可以用在Windows 9x winpisa。winpisa 支持数控编程符合 DIN 66025。User can also use serial commands to control SPC-200. 对于spc-200 串口命令由一个指数，数值命令参数和可选参数。该命令包括所有操作的 spc-200，如： 建立通信，读取的位置，移动到的位置， 位置修改，程序控制，如果用户想看 X 轴的实际位置，机械手的 Y 轴和 Z 轴和 X 轴、Y 轴和 Z 轴吧，移动 200 毫米，为 100 毫米 50 毫米，为 spc-200 来完成这一过程的串行命令如下：1D1 / D1 手段读取实际位置改变四1C7 + 200 / / C7 意味着移动到位置 100 4C7 2C7 + + 50机器视觉定位机器视觉系统可以大大提高机器人的灵活性。作者在气动机械手上添加的视觉功能能够识别指定的物体并确定物体的位置。本机器视觉系统，采用 CCD 摄像机超动态 iiwv-cp460 由松下公司制造的，日本和国家仪器有限公司开发的视频采集卡pci-1409 美国服务器。由于图像的单位是像素，它应该转化为毫米的气动机械手使用。CCD 相机与机器人平台之间的距离决定了像素与毫米的比值。我们在平台上标出 A 和 B点。A 点和 B 点之间的实际距离是 100 毫米。在计算机中可以很容易地计算图像 a 和 b 之间像素单元的距离。最后我们得到的比率是 1 / 3.42 毫米/像素。如图所示，赛组成的气动机械手的坐标，X公司包括计算机屏幕图像的坐标。通过在赛X坐标映射到计算机屏幕，通过CCD摄像机，即X对应的X 公司。考虑到计量单位不同，通过X 公司和X之间的关系在是像素毫米比，这里= 1 / 3.42。从图 3b，变换矩阵 X 的和 XAY之间可以描述如下：在（BX，是由在 XAY 的）X原点的坐标，即原点的坐标 X公司XAY。它们由 CCD 摄像机的位置决定，在该系统中分别为 278 毫米、83 毫米和 100 毫米。因此，XAY 的变换之间的关系和 X公司 是基于 Web 的视觉定位第 3 节中提到的机器视觉定位的所有操作都在图像服务器中执行。然而，为了 完成基于 Web 的交互操作，浏览器用户应该有能力指定目标对象并获得对象的位置。为此，我们采取了以下策略：（1）定期刷 新网页图像，确保浏览器具有 CCD 摄像机获取的最新图像；（2）浏览器用户用本 地图像编辑工具编辑从网页下载的图像， 并选择目标区域。对象保存为模板映像文件；（3）将模板图像文件上载到服务器。一旦服务器接收到一个新的模板映像文件，它就可以执行图像处理的其他步骤，并将结果返回给浏览器。基于 Web 的气动机械手远程操作在基于 Web 的远程操作，具有一定的硬件和软件的特殊要求。基本上，网络远程操作所使用的硬件应该是开放式架构。也就是说，硬件应该有定义良好的行为和定义良好的关系。根据定义，一个开放的体系结构提供对系统数据的开放访问。在软件开发环境中，脚本特性是最基本的需求。不可能对应用程序进行编程，然后在基于 Web 的应用程序中编译、链接和运行它。在 spc-200 轴控制器的情况下，其硬件满足开放式体系结构的要求。它有一个标准的 RS-232 串口。用户可以到达内部命令寄存器和控制数据。但 WinPISA 的编程环境是不适合直接应用网络基础。它是基于 Windows 的应用程序环境，不包含脚本特性。用户不能回调 winpisa 的命令在网上直接。如果用户希望能够使用脚本的网页直接，程序和 spc-200 运行环境必须重建。本文作者对气动机械手进行了改进。在开发了相关的动态加载库和函数后，气动机械手可以通过网络控制。用户可以登录到气动机械手的网页，填写坐标数据和描述运动路径的参数，然后点击“运行”按钮。Web 浏览器将传输数据。用户使用 CGI（公共网关接口）编程向 Web 服务器填充。得到的坐标数据和参数后，服务器启动脚本程序，然后通过串行命令和参数通过 RS-232 端口的 spc-200派。图 4 是业务流程图。这种执行模式的关键问题是缺乏解释脚本语言环境。这个环境还应该具有基于Web 的编程能力（程，1995）。CGI 程序将数据传送到运行在后台数据在 Web 上填写。脚本程序然后编码接收数据并称为通信功能为spc-200 串行命令传输。所有这些工作都应该在一个独特的语言环境中完成。在我们的实验中，我们选择了 CH 语言作为实验和执行环境。CH 是一个扩展和最流行的Unix 和 Windows 的计算环境增强（soft integration Inc.）。作为 C 语言解释器的超集，CH 保留C 的低级别的功能接口硬件。由于 CH 是作为 shell 实现的，所以现有的实用程序和C 程序的大量集合可以很容易地用于机电一体化系统的集成。命令和脚本是集成机电一体化系统的基本构件。内置的网络功能，如伯克利套接字和限制/安全CH 外壳为机电远程操作提供了灵活性和安全性。CH 被设计成特别适合于基于Web 的客户机/服务器计算。CH 程序可以用于 Web 服务器中的公共网关接口，也可以作为通过 Web 浏览器执行的动态小程序。CGI 程序可以用任何语言编写，它允许在 Web 服务器所在的主机上执行。目前最常用的 CGI 语言是 C 和 Perl。CGI 程序编写的 C 或 C+通常要经过编译和链接在一起。这些编译的程序很难修改和维护。因此，许多人喜欢用 Perl 编写 CGI 程序， 它是解释性的，类似于 C 语言。CH 也可以直接用于公共网关接口，不需要编译。更重要的是，它可以保存大量的现有 C 程序。在 CH 环境中，它包含几个用于 CGI 编程的类。这些类提供了方便的机制对公共网关接口。作者建立了一个动态链接库调用内部 CH 语言 libspc.dl。这个库包含了常见的通信函数。spc-200 和计算机之间的支持信息的变化。所有函数都可以直接调用 CH shell 作为内部函数（程和胡，2000）。实验结果和结论建立了实验网页中图所示的气动机械手遥操作。本页链接到跨网。在这个实验中，用户登录到 Web 页面，编辑目标对象的图像，并将其上传到服务器。操纵台上所有物体的位置都会出现在网页上。因此， 用户可以填写轨迹坐标数据和目标物体的位置。x，y 和 z 是轨迹中点的坐标。v 是速度，SIS 是机械手末端执行器的状态，1 表示开关，0 表示关闭。点击“提交”按钮，气动机械手将抓住指定的对象，沿着定义的路径移动。通过前面的研究和实验，我们可以得出以下结论：（1）用户可以通过网络对远程机械手进行识别和定位；（2）气动装置可以采用伺服气动作精确的位置定位系统控制；（3）可以通过网络控制
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