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摘要:本文采用小波分析法獲得信號的時域和頻域內(nèi)的特性。采用FSR-402壓阻傳感器檢測機械手夾取過程是否產(chǎn)生滑動，通過LabVIEW軟件對信號進行小波變換等處理，對反饋信號進行一系列實驗，設定閾值，判斷夾取過程是否產(chǎn)生滑動，通過上位機控制對機械手步進電機進行驅(qū)動，使得機械手對滑動物體進一步夾緊并保持一定的夾持力。

關鍵詞:機械手；小波分析；LabVIEW；閾值；觸滑覺傳感器

1引言

隨著現(xiàn)代工廠自動化和智能化以及工業(yè)4.0的發(fā)展，機械手爪在工業(yè)生產(chǎn)過程中有了更高要求。在機械手的觸覺滑覺研究方法中，主要有觸覺傳感器自適應模糊控制、多感知空間控制和力外環(huán)控制等。我們采用小波分析技術對滑動信號進行變換，將細節(jié)系數(shù)作為特征值，同時設定合理的閾值判斷有無產(chǎn)生滑動并做進一步處理?；瑒有盘柕奶攸c是隨機和非平穩(wěn)性的，用傅里葉變換難以得到其良好的局部特性，采用小波變換的方法可以很好的得到信號在時域和頻域上的特征。

2傳感器的選型與檢測裝置

2.1滑覺傳感器。觸覺檢測是機械手基本的檢測環(huán)節(jié)，而滑覺檢測傳感器是實現(xiàn)機械手柔性抓取的關鍵。機械手傳感器具有模仿人手的接觸覺、滑動覺和溫度覺等等，目前常用的有壓電式、壓阻式等，也有將PVDF壓電式與光電原理結(jié)合起來的觸滑覺傳感器[1]。我們實驗中考慮到PVDF壓電傳感器的觸覺信號和滑覺信號比較難以分離，我們選用FSR-402壓阻傳感器，該傳感器可以對接觸物表面進行靜態(tài)和動態(tài)壓力測量，可以較好的區(qū)分觸覺信號和滑覺信號，同時其工作溫度在-25℃～70℃，對環(huán)境抗干擾能力強。2.2USB數(shù)據(jù)采集卡與采集裝置。數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）是從傳感器等設備收集模擬或者數(shù)字信號的裝置，如果說傳感器相當于人的觸覺等感知層，那么采集卡就相當于人的神經(jīng)網(wǎng)絡傳輸中樞-脊椎，而上位機就相當于人的大腦。我們本次所使用的采集卡通過USB接入上位機，有16路單端/8路差分模擬輸入通道，2路單端模擬輸出通道，6路數(shù)字輸入/輸出通道，PWM輸入頻率在1-1MHz，輸出頻率在1-1MHz，占空比1%-99%，同時工作溫度在-20℃~70℃，能較好適應嚴苛環(huán)境。。我們的采集卡通過USB連接到上位機，由其供應5V直流電源，我們從采集卡引出5V的電源線給壓阻傳感器供電。由于該款采集卡簡化了增益編程功能等，模擬量輸入信號需要事先調(diào)整到0-3.3V以內(nèi)，在這種情況下我們設計了信號調(diào)理電路將較大的電壓信號通過降壓變換到0-3.3V范圍內(nèi)以滿足要求。我們將傳感器串聯(lián)一個10KΩ的電阻，通過信號線向AD輸入電壓變化的范圍。

3信號的小波變換與LabVIEW處理

3.1基于小波變換的信號處理。相比于傅里葉變換不得不用大量級數(shù)去擬合突變信號，通過小波變換，我們可以很好處理滑動產(chǎn)生的瞬時時變信號并從中提取出有用的信息，在處理過程中，我們需要將連續(xù)的小波變換進行離散化，通過采集的數(shù)據(jù)可以看到滑覺信號分布在信號的高頻部分，經(jīng)過小波變換后可以分解得到信號的高頻成分，也就是細節(jié)分量。首先我們要定義一些信號和用到的濾波器[2]：x[n]：離散的輸入信號g[n]：低通濾波器h[n]：高通濾波器↓Q：降采樣濾波器通過階層架構(gòu)，我們可以看到怎么將一個離散信號進行小波變換：架構(gòu)中的第α層：小波分析中，常用到來自低通濾波器的近似分量和來自高通濾波器的細節(jié)分量，高頻分量包含信息的細節(jié)和差別[3-4]，在機械手檢測滑動過程中，一旦滑動發(fā)生高頻部分會出現(xiàn)明顯的頻譜信息，我們用小波變換的細節(jié)分量作為特征值并設定合理的閾值來判斷有無滑動。3.2LabVIEW軟件采集與處理實驗。我們通過設置把LabVIEW提供的動態(tài)連接庫函數(shù)將數(shù)據(jù)采集卡附有的.dll庫函數(shù)形式文件連接起來，實現(xiàn)對采集卡的控制和信號采集[5-6]。我們分別設置高通濾波器序列值為-0.707和0.707，低通濾波器的序列值設為0.707和0.707，將輸入信號分別與高低通濾波器卷積后再進行抽樣分別得到細節(jié)分量和近似分量，若我們小波分解2層，就將近似分量繼續(xù)分解為高頻細節(jié)分量和低頻近似分量，如要繼續(xù)分解以此類推[7-8]。通過一系列實驗可以看到，傳感器接觸物體時，細節(jié)分量為較小波動的負值，傳感器與物體分離時，細節(jié)分量為較小波動的正值。夾持物體發(fā)生滑動時，細節(jié)分量有較大幅值變化，并且有正負范圍的波動?？梢钥吹交瑒雍蛫A持兩類細節(jié)分量的較大差別，通過設定合理的閾值可以判斷滑動的有無。

4結(jié)束語

實驗中需要對兩個影響因素進行考慮，傳感器接觸或分離物體（夾持開始或分離）時需要緩慢進行，否則較大的突變會引起較大的細節(jié)分量的波動，這也是應用中需要改進的夾取速度的問題。另外，傳感器表面需要黏貼增大阻力的物質(zhì)以便有更好的滑動檢測效果。我們探究傳感器和物體的相對關系時，通過細節(jié)分量可以判斷是接觸還是分離，當細節(jié)分量為較小波動的負值時，傳感器與物體接觸，當細節(jié)分量為較小波動的正值時，傳感器與物體分離。而如果作為特征值的細節(jié)分量超過我們設定的閾值，并且有較大的正負波動時，判斷為有滑動產(chǎn)生，此時就該驅(qū)動步進電機使夾持裝置進一步夾緊，如果細節(jié)分量小于我們設定的閾值，則認為沒有滑動產(chǎn)生。

作者:王海旭 陳偉 何玉輝 李云 單位:四川信息職業(yè)技術學院