細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車的設(shè)計(jì)與研究

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊曉芳 武銀飛 徐帥

本文結(jié)合AGV技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車，其設(shè)有斷紗自動(dòng)識(shí)別裝置，自動(dòng)化程度較高。斷紗識(shí)別采用圖像采集、灰度化、糾偏、識(shí)別判斷的步驟方法，實(shí)驗(yàn)表明，該方法能有效地識(shí)別斷紗的發(fā)生。

AGV；圖像處理；細(xì)紗機(jī)；磁導(dǎo)航

細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車的設(shè)計(jì)與研究

鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊曉芳 武銀飛 徐帥

近年來(lái)，隨著生活水平的上升、人口老齡化以及勞動(dòng)人員素質(zhì)的普遍提升，紡織行業(yè)日漸出現(xiàn)了“無(wú)工可用”的情況。究其原因，紡織行業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境差是主要原因。以細(xì)紗長(zhǎng)車為例，擋車工巡回時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度較大，曾有學(xué)者估算，擋車工每天要走20多里路，這對(duì)于工人的身心健康是很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)此，國(guó)內(nèi)一度出現(xiàn)各種載人巡檢車，但其采用落后的導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，且不能自動(dòng)探測(cè)斷紗并停車，自動(dòng)化程度低，雖能部分減低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但對(duì)于工作效率提高不大。為此，本文研究設(shè)計(jì)了一種采用磁導(dǎo)航、基于機(jī)器視覺(jué)的細(xì)紗車間自動(dòng)引導(dǎo)坐車。

1 車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車車體結(jié)構(gòu)

圖1是本文設(shè)計(jì)的細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車的結(jié)構(gòu)示意圖。細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車主要包括車體1、車座2和立柱3，車座2和立柱3均裝于車體1上，二者間有一距離L，L一般為20～50cm。立柱3上裝有工業(yè)相機(jī)4和位置傳感器6，工業(yè)相機(jī)4的上下位置與細(xì)紗機(jī)前羅拉7相當(dāng)，目的是使工業(yè)相機(jī)4能較好獲得前羅拉7輸出紗線9的圖像。位置傳感器6的上下位置與細(xì)紗機(jī)隔紗板8相當(dāng)，由于目前細(xì)紗機(jī)隔紗板大都是鐵質(zhì)材料制成，因此位置傳感器6可以使用電感式接近開(kāi)關(guān)。具體工作時(shí)，車體1在沿細(xì)紗機(jī)行進(jìn)時(shí)，其位置傳感器6將感應(yīng)到每個(gè)紗錠的隔紗板8，并相應(yīng)地給出一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)觸發(fā)工業(yè)相機(jī)4采集圖像，當(dāng)紗線斷裂時(shí)，采集的圖像上將沒(méi)有紗線，此時(shí)巡檢車將開(kāi)始制動(dòng)，經(jīng)過(guò)上述L距離后，車座正好停于斷紗紗錠處。

上述巡檢車能自動(dòng)識(shí)別細(xì)紗機(jī)上的斷紗，并經(jīng)過(guò)一段制動(dòng)距離后準(zhǔn)確停于斷紗紗錠處，大大提高了工作效率、自動(dòng)化程度和舒適性。

為了進(jìn)一步提高采集圖像的質(zhì)量，還可以在工業(yè)相機(jī)4下安裝光源5。

2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文的細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車與目前的AGV有相似之處，控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)上也參考AGV控制系統(tǒng)。圖2是本文細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車的控制系統(tǒng)組成示意圖。其中，控制系統(tǒng)的控制器采用STM32系列微處理器，斷紗的圖像識(shí)別、直流無(wú)刷電機(jī)的速度反饋、速度控制、導(dǎo)航控制均在其控制下完成。斷紗識(shí)別采用圖像處理的方法，識(shí)別結(jié)果輸出給主控CPU。速度反饋來(lái)自無(wú)刷電機(jī)的霍爾傳感器；無(wú)刷電機(jī)速度控制及導(dǎo)航控制采用PID控制算法，算的結(jié)果采用PWM占空比方式調(diào)節(jié)兩只無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖2 細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車硬件組成

總體來(lái)講，目前對(duì)于無(wú)刷電機(jī)速度控制的解決方案較完備，可參考的資料較多，控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是導(dǎo)航控制與斷紗識(shí)別。

3 斷紗自停識(shí)別與研究

傳統(tǒng)上，細(xì)紗的斷紗檢測(cè)完全靠人工進(jìn)行。近年來(lái)，細(xì)紗斷紗檢測(cè)成為紡織自動(dòng)化的研究熱點(diǎn)之一，出現(xiàn)了鋼絲圈運(yùn)動(dòng)光電掃描、鋼絲圈運(yùn)動(dòng)電磁感應(yīng)、導(dǎo)紗鉤紗條光路遮斷、導(dǎo)紗鉤摩擦熱敏傳感、導(dǎo)紗鉤張力位移等各種方法。由于本文的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性較高，且隨著引導(dǎo)車運(yùn)行，因此采用圖像處理的方法進(jìn)行斷紗識(shí)別。本文斷紗識(shí)別的一般步驟是：圖像采集→灰度化→糾偏→識(shí)別判斷。

圖3是細(xì)紗機(jī)上實(shí)地采集的圖像，可以發(fā)現(xiàn)紗線會(huì)有一定程度傾斜。

圖3 細(xì)紗圖像采集

圖4是對(duì)傾斜的紗線進(jìn)行糾偏后的對(duì)比圖。糾偏方法是：以0.1°為步長(zhǎng)作循環(huán)，計(jì)算角度對(duì)應(yīng)的直線上所有像素點(diǎn)的灰度平均值，同時(shí)標(biāo)明這些平均值對(duì)應(yīng)的角度,循環(huán)結(jié)束后得到201個(gè)灰度平均值及對(duì)應(yīng)的201個(gè)角度。這些灰度平均值當(dāng)中的最小值所對(duì)應(yīng)的角度就是所要尋找的圖像糾偏角度。從圖4可以看出，本方法能有效糾偏，為下一步識(shí)別打下基礎(chǔ)。

對(duì)圖4的圖像進(jìn)行曲線圖形式顯示，結(jié)果如圖5所示，可直觀發(fā)現(xiàn)二者差異。進(jìn)一步進(jìn)行方差運(yùn)算，并據(jù)此判別是否斷紗。

圖4 糾偏前后對(duì)比圖

圖5 有無(wú)紗線曲線圖對(duì)比

4 結(jié)論

本文主要研究設(shè)計(jì)了一種細(xì)紗自動(dòng)引導(dǎo)坐車，其采用先進(jìn)的AGV技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)引導(dǎo)，為進(jìn)一步提高坐車自動(dòng)化提供了參考。本文還研究了基于圖像處理的斷紗識(shí)別技術(shù)，結(jié)果表明，該技術(shù)能較可靠識(shí)別有無(wú)斷紗，并且方便應(yīng)用在移動(dòng)行走的坐車上。

[1]茍永波.細(xì)紗機(jī)紗線斷頭監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究[J].科技與企業(yè),2016(03):239+242.

[2]康吉源.環(huán)錠紡細(xì)紗機(jī)斷頭監(jiān)控系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)[D].東華大學(xué),2015.

[3]宋曉亮.環(huán)錠紡細(xì)紗斷紗在線監(jiān)測(cè)[D].江南大學(xué),2014.

[4]王琳華.磁導(dǎo)式AGV自動(dòng)導(dǎo)航車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2013.

[5]龔羽,倪遠(yuǎn).環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡紗斷頭監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展評(píng)析[J].紡織導(dǎo)報(bào),2012(06):100～104.

[6]羅軍輝,馮平等.MATLAB7.0在圖像處理中的應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

楊曉芳，女，1984年出生，碩士，講師，研究方向：機(jī)械工程。

項(xiàng)目：鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年度科研課題“細(xì)紗車間快速充電自動(dòng)引導(dǎo)坐車的研究與開(kāi)發(fā)”（項(xiàng)目編號(hào)ygy1511）。