一种气动人工肌肉运动位移测量系统的实现

1、一种气动人工肌肉运动位移测量系统的实现1 引言气动人工肌肉也称气动人工肌肉驱动器(pneumatic musecle actuator，pma)，其讨论始于20世纪50代，近几年，在国内也得到了广泛的讨论与应用。气动人工肌肉响应快、牢靠性高，同时拥有柔性而且轻快，这使得它对人类来说，比其他的驱动器更平安。随着技术的进展需求，气动人工肌肉得到了广泛的讨论。目前人工肌肉运动位移的测量主要通过在肌肉末端衔接一个滑动变阻器，再通过检测变阻器两端的来完成，但是这种办法要求有高精度的变阻器，同时，这种办法对人工肌肉的运动也会造成一定的影响，所以，试验结果往往不很抱负。本文在平台下，采纳视觉跟踪与图像处理办

2、法，来完成对目标位移的测量。2 硬件结构设计本系统采纳的是千兆网卡，basler sca640-70gm，659x490，70 fps千兆网络摄像头，而且ni的pcie-8235内嵌有帧接收器，因而极大地降低了图像采集对cpu的占用率。利用网线挺直将采集到的图像传到pc机，同时也简化了系统硬件结构的设计。图1所示为系统的硬件结构图。3 软件设计本系统软件采纳ni公司的虚拟仪器软件ni 86和视觉处理工具包ni vision86。通过labview图形化的编程环境，编程者可以象搭积木一样搭建程序和用户界面，而程序的执行内容由一个一个可表示函数的图标和图标之间的数据流连线构成，这可使得编写和调试程

3、序变得生动、便捷。ni vision是和labview无缝链接的，ni vision里包含了目前图像处理和比较成熟的vis，同时实用于图像采集的驱动vis，可在最大程度上简化图像采集、处理和输出结果的过程。31 图像采集模块跟其它ni板卡数据采集一样，本系统的图像采集可借助于采集助手ni vsion acquisition来完成图像的迅速采集，其程序框图2所示。32 图像刻度转换挺直从图像中测得的坐标、面积、距离等参数都是用像素值表示的，而事实上，还要按照需要将像素值转换成设计需要的值。本设计要测出人工肌肉伸缩的长度，单位是毫米(mm)，在长度测量的过程中，可将一张打印有实际刻度的纸作为气动人

4、工肌肉的背景，这样既可以分析背景对图像处理的影响，又可以作为测量的辅助工具。图3所示是其图像刻度转换指示图，图中，可取0mm和50mm的图像坐标分离为(1126000，641000)和(1510000，641000)，这样，其像素长度为384000pixel对应实际的50mm，在此基础上，其伸缩长度单位转换都将以此为标准在程序中自动举行。33 特征点的提取对于图像处理系统，实时性是常常要关注的问题。本系统的实时性也是首先要考虑的问题。为了最大限度地提高系统的实时性，除了提高硬件配置外，在软件处理过程中，也应当尽量避开用法占内存和cpu颅腔多的算法。本设计需要获得气动人工肌肉两端金属扎环的图像信

5、息，并以此来计算伸缩长度。为了使特征信息便于提取，可在两个金属扎环的中间位置用红色油漆标志，并将右端的红点作为辅助坐标。为了提高实时性，可用最容易的阈值划分法来分割图像，以猎取特征信息、阈值设定值red(min：195，max：255)，green(min：10，max：50)，blue(min：10，max：50)，图4所示是其阈值提取效果图，其中，蓝色部分为提取到的特征信息。处理后的二值图像5所示。34 目标检测与距离测量检测出提取到的信息点后，还应测得它们的坐标，进一步求得它们的距离，这可由measuresdistance vis和caliper vis来完成，其部分程序框图6所示。4 用户测量界面按照labview的编程特点，为削减cpu的用法率，可将中间过程中图像处理显示界面省去或躲藏，在用户界面上只显示测量曲线，图7所示是本系统的用户测量界面图。5 结束语本文在虚拟仪器软件labview平台下开发的气动人工肌肉运动位移测量系统具有较好的牢靠性和实时性，但在软件和硬件调试过程中也发觉了一些弊端，如视觉处理系统对光照的要求比较高，而且摄像机和被测物体的距离要肯定的固定，否