基于延展性的機(jī)器人面料縫制張力預(yù)測(cè)方法

宋潔心，付天宇，李鳳鳴，宋 銳，李貽斌

(1.山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100；2.山東大學(xué) 智能無人系統(tǒng)教育部工程研究中心，山東 濟(jì)南 250100)

隨著人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)趨于成熟，機(jī)器人的自動(dòng)化縫制在服裝行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。在機(jī)器人縫制服裝的過程中，末端執(zhí)行器需要同步引導(dǎo)縫紉機(jī)送入面料，有學(xué)者基于視覺信息完成了縫制任務(wù)[4]。Torgerson等[5]通過機(jī)器視覺根據(jù)面料邊緣的位置信息確定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)了任意形狀面料的縫制；Paraskevi[6]設(shè)計(jì)了基于視覺伺服的機(jī)器人縫制系統(tǒng)，并根據(jù)圖像特征確定了面料的方位誤差，實(shí)現(xiàn)了面料的邊緣縫制。可看出，基于視覺反饋可確定機(jī)器人縫制路徑并調(diào)整縫制方向，但與操作剛性材料[7]不同，縫制過程中面料在不同壓縮力、剪切力與拉伸力的影響下會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的形變，從而影響縫制質(zhì)量，所以保持面料恒定的期望張力對(duì)實(shí)現(xiàn)平滑完整的線跡縫制具有重要的意義[8]。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)機(jī)器人剛性物體操作過程中力學(xué)分析研究較多[9-10]，也有一些學(xué)者針對(duì)面料形變的不確定性問題[11]，通過力反饋等方法實(shí)現(xiàn)了張力控制。Fung等[12]基于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)器人系統(tǒng)，通過2個(gè)連桿機(jī)構(gòu)拉伸待檢面料，設(shè)計(jì)了一種基于增廣誤差的模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)來應(yīng)對(duì)拉伸過程中面料剛度的非線性變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)面料張力的控制。Patton等[13]提出并測(cè)試了一種用于拉直面料褶皺的自適應(yīng)力反饋控制器。Schrimpf等[14]設(shè)計(jì)了自動(dòng)化多機(jī)器人輔助縫制系統(tǒng)，結(jié)合光學(xué)邊緣傳感器的力反饋系統(tǒng)來控制縫紉過程，采用機(jī)器人力傳感器與縫紉機(jī)的速度同步策略避免面料形變。……