CN104535492A - 一种服装面料表面物理特性检测机器人及其智能检测方法 - Google Patents

Abstract

一种服装面料表面物理特性智能检测方法及对应设备，具体检测方法如下：步骤一：将待检测面料平铺于底架内的摄像头下方，进行匹配确定，并进行纹理编号；步骤二：将待检测面料固定，人体手臂放置，并对系统初始化；步骤三：按“开始”按钮后，下位机通过串口接收上位机所设置的参数，并开始进行运动控制：步骤四：当滑台移动距离达到设定值时，停止正压力的力控制，直流电机推杆回缩至零位，同时步进电机反转带动滑台移动至初始位置；步骤五：上位机对采集的正压力和摩擦力进行数据处理，并统计出有效值确定待测面料和人体皮肤之间的摩擦系数。本发明检测时候是使用真人皮肤进行检测，因此检测的准确度高，更能反映面料真实的人体舒适度。

Description

一种服装面料表面物理特性检测机器人及其智能检测方法

技术领域

本发明涉及服装面料检测领域，特别是涉及一种服装面料表面物理特性检测机器人及其智能检测方法。

背景技术

随着社会经济的不断增长，人们对服装质量的要求也越来越高，特别是不同的服装面料与人皮肤的接触质感将在很大程度上影响消费者的购买欲望。现有的评判方法主要仍依靠用手触摸面料感受其材质的经验法，但这样做会受许多变化因素的影响，且没有一个统一的检测标准，比如面料与皮肤的相对速度、接触力等的改变都会影响着人的判断。因此，实现定量地检测面料的表面物理特性显得尤为重要，因此需要一种服装面料表面物理特性检测的系统方法，来采集不同服装面料的花纹、色彩，以及与人皮肤接触时的接触力、摩擦力等数据，来建立不同服装面料的表面物理特性数据库，以作为服装面料设计生产部门的选材依据。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种服装面料表面物理特性检测机器人及其智能检测方法，通过该机器人及检测方法可以实现以下两个方面的功能：一是检测面料的纹理，并与预存纹理库中的模板相匹配；另一个是测算面料与人体皮肤之间的摩擦系数，由于本发明检测时候是使用真人皮肤进行检测，因此检测的准确度高，更能反映面料真实的人体舒适度，为达此目的，

本发明提供一种服装面料表面物理特性检测机器人，包括底架、主支架、固定架、步进电机、丝杆固定架、丝杆、滑台、直流电机、纵置力传感器、横置力传感器、L型支架、连杆、摄像头、电机固定架和支撑杆，所述底架上有主支架，所述丝杆固定架通过两对固定架固定在主支架一侧，所述丝杆固定架一侧有电机固定架，所述步进电机固定在电机固定架上，所述丝杆固定架上有一对支撑杆和一根丝杆，所述丝杆在两个支撑杆之间，所述丝杆一端与步进电机转轴相连，所述支撑杆和丝杆穿过滑台，所述直流电机固定安装在滑台上，所述直流电机的推杆朝下，所述L型支架的横杆固定在直流电机的推杆的下端，所述摄像头固定在L型支架的竖杆的一侧，所述横置力传感器在L型支架的横杆的下方，所述横置力传感器固定在L型支架的竖杆的另一侧，所述连杆通过安装铰链固定安装在L型支架的横杆的下方，所述连杆的下端有纵置力传感器。

作为本发明的进一步改进，所述纵置力传感器下端有固定布料用末端，为了避免检测时候布料发生错位，可在纵置力传感器底部设置固定布料用末端。

本发明提供一种服装面料表面物理特性智能检测方法，具体检测方法如下：

步骤一：将待检测面料平铺于底架内的摄像头下方，摄像头采集图像并通过USB接口上传至上位机，然后由上位机程序对图像进行图像处理，与纹理库中的预存纹理逐一比对，确定匹配成功后，并确定其纹理编号；

步骤二：将待检测面料包裹在固定布料用末端表面并固定，被测人体手臂沿滑台移动方向放置于固定布料用末端下方，由上位机程序界面对系统初始化，并设置正压力理想值、滑台移动速度、滑台移动距离、导纳系数等参数；

步骤三：按“开始”按钮后，下位机通过串口接收上位机所设置的参数，并开始进行运动控制；首先，步进电机的推杆带动整个固定布料用末端向下运动，当接触到人体皮肤表面时，由力传感器中纵置力传感器检测正压力，并通过AD模块输入给下位机，下位机通过导纳力控制器控制直流电机运动，使正压力跟踪设定值；同时，步进电机运动并通过丝杆带动滑台沿水平方向移动，并将力传感器中横置力传感器采集的力信号通过AD模块输入给下位机，由杠杆原理可知，横置力传感器采集的力和实际的摩擦力符合如下关系：摩擦力fs=Fa/b，采样过程中下位机将采集的正压力和摩擦力的数值通过串口发送至上位机并显示出来；

步骤四：当滑台移动距离达到设定值时，停止正压力的力控制，直流电机推杆回缩至零位，同时步进电机反转带动滑台移动至初始位置；

步骤五：上位机对采集的正压力和摩擦力进行数据处理，并统计出有效值，设每个采样周期的摩擦力为fsi,正压力为FNi，根据库仑摩擦定律，确定待测面料和人体皮肤之间的摩擦系数μ=Σfsi/ΣFNi。

作为本发明的进一步改进，所述步骤三导纳力控制器的设定方法如下，设定力和实际力的误差通过导纳模型转换为速度误差，然后利用PID控制器实现速度控制，进而实现力伺服，本发明是基于导纳的力控制应用于摩擦系数测量中，解决了如何保证在人体皮肤曲面上产生稳定正压力的难题。

作为本发明的进一步改进，所述导纳力控制器的单片机控制板采用IAP15F2K61S2单片机控制板，由于基于导纳的导纳力控制器运算较大，普通单片机难以满足计算需求。故选用STC公司的IAP15F2K61S2单片机控制板，该单片机具有超强抗干扰、超低功耗、超强抗静电、大容量EEPROM， IT的时钟周期是传统51单片机IDE13——12倍等一系列特点。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一与纹理库中的预存纹理逐一比对时，若相似度大于90%，确定匹配成功后，一般情况相似度达到90%就可以确定匹配成功。

作为本发明的进一步改进，所述上位机采用LABVIEW的视觉模块，通过LABVIEW的视觉模块可方便地采集面料的图像，实现纹理及颜色的检测并与PC机中的模板相匹配，以实现对其的识别，工作稳定且成功率较高。

本发明通过基于导纳的力控制可良好地实现对设定的正压力稳定的力伺服，再通过力传感器来测量面料与人体皮肤接触的正压力以及摩擦力等数据，最后将采集来的数据通过LabVIEW进行统计与分析，从而得出衡量面料表面粗糙程度的标准——摩擦系数。整个系统自动化程度较高，界面丰富，具有较高的实际应用价值，其具体创新点如下：

1. 由于本发明智能检测方法是通过人手结合机械进行检测，是使用真人皮肤因此可以给出评价服装面料舒适度的新标准：比如当服装面料相对于人体的摩擦系数越小，人们越会感觉轻柔，也就越舒适，即一块好的面料相对人体的摩擦系数越小。

2.通过LABVIEW的视觉模块可方便地采集面料的图像，实现纹理及颜色的检测并与PC机中的模板相匹配，以实现对其的识别，工作稳定且成功率较高。

3. 本发明创造性的将基于导纳的力控制应用于摩擦系数测量中，解决了如何保证在人体皮肤曲面上产生稳定正压力的难题。

4. 通过本发明实现了对面料表面纹理的机器视觉的识别。

5. 本发明检测设备可采用解耦结构，实现了利用两个单向的力传感器实现两个相互垂直力的同时测量，避免使用成本较高的多轴力传感器，整机成本较低。

6.本发明可扩展为测量曲面的摩擦系数。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明系统结构总图；

图3为本发明工作原理图；

图4为本发明检测工作流程图；

图5为本发明图像处理流程图；

图6为本发明基于导纳的力控制方框图；

图7为本发明单片机控制电机流程图；

图示说明:

1、底架；            2、主支架；      3、固定架；

4、步进电机；        5、丝杆固定架；  6、丝杆；

7、滑台；            8、直流电机；    9、纵置力传感器；

10、横置力传感器；   11、L型支架；    12、连杆；

13、固定布料用末端； 14、摄像头；      15、电机固定架；

16、支撑杆。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对发明做详细的说明：

本发明提供一种服装面料表面物理特性检测机器人及其智能检测方法，通过该机器人及检测方法可以实现以下两个方面的功能：一是检测面料的纹理，并与预存纹理库中的模板相匹配；另一个是测算面料与人体皮肤之间的摩擦系数，由于本发明检测时候是使用真人皮肤进行检测，因此检测的准确度高，更能反映面料真实的人体舒适度。

作为本发明机器人一种实施例，本发明提供一种服装面料表面物理特性检测机器人，包括底架1、主支架2、固定架3、步进电机4、丝杆固定架5、丝杆６、滑台７、直流电机８、纵置力传感器9、横置力传感器10、L型支架11、连杆12、摄像头14、电机固定架15和支撑杆16，所述底架1上有主支架2，所述丝杆固定架5通过两对固定架3固定在主支架2一侧，所述丝杆固定架5一侧有电机固定架15，所述步进电机4固定在电机固定架15上，所述丝杆固定架5上有一对支撑杆16和一根丝杆６，所述丝杆６在两个支撑杆16之间，所述丝杆６一端与步进电机4转轴相连，所述支撑杆16和丝杆６穿过滑台７，所述直流电机８固定安装在滑台７上，所述直流电机８的推杆朝下，所述L型支架11的横杆固定在直流电机８的推杆的下端，所述摄像头14固定在L型支架11的竖杆的一侧，所述横置力传感器10在L型支架11的横杆的下方，所述横置力传感器10固定在L型支架11的竖杆的另一侧，所述连杆12通过安装铰链固定安装在L型支架11的横杆的下方，所述连杆12的下端有纵置力传感器9。

作为本发明机器人一种最佳具体实施例，本发明提供示意图如图1所示的一种服装面料表面物理特性检测机器人，包括底架1、主支架2、固定架3、步进电机4、丝杆固定架5、丝杆６、滑台７、直流电机８、纵置力传感器9、横置力传感器10、L型支架11、连杆12、摄像头14、电机固定架15和支撑杆16，所述底架1上有主支架2，所述丝杆固定架5通过两对固定架3固定在主支架2一侧，所述丝杆固定架5一侧有电机固定架15，所述步进电机4固定在电机固定架15上，所述丝杆固定架5上有一对支撑杆16和一根丝杆６，所述丝杆６在两个支撑杆16之间，所述丝杆６一端与步进电机4转轴相连，所述支撑杆16和丝杆６穿过滑台７，所述直流电机８固定安装在滑台７上，所述直流电机８的推杆朝下，所述L型支架11的横杆固定在直流电机８的推杆的下端，所述摄像头14固定在L型支架11的竖杆的一侧，所述横置力传感器10在L型支架11的横杆的下方，所述横置力传感器10固定在L型支架11的竖杆的另一侧，所述连杆12通过安装铰链固定安装在L型支架11的横杆的下方，所述连杆12的下端有纵置力传感器9，所述纵置力传感器9下端有固定布料用末端13，为了避免检测时候布料发生错位，可在纵置力传感器底部设置固定布料用末端。

作为本发明方法一种实施例，本发明提供一种服装面料表面物理特性智能检测方法，其采用如图3所述检测设备，具体检测方法如下：

步骤一：

将待检测面料平铺于底架1内的摄像头14下方，摄像头14如图5所示采集图像并通过USB接口上传至上位机，然后由上位机程序对图像进行图像处理，与纹理库中的预存纹理逐一比对，若相似度大于90%，确定匹配成功后，一般情况相似度达到90%就可以确定匹配成功，确定匹配成功后，并确定其纹理编号；

本发明所述上位机采用LABVIEW的视觉模块，通过LABVIEW的视觉模块可方便地采集面料的图像，实现纹理及颜色的检测并与PC机中的模板相匹配，以实现对其的识别，工作稳定且成功率较高；

步骤二：

将待检测面料包裹在固定布料用末端13表面并固定，被测人体手臂沿滑台移动方向放置于固定布料用末端13下方，由上位机程序界面对系统初始化，并设置正压力理想值、滑台移动速度、滑台移动距离、导纳系数等参数；

步骤三：

按“开始”按钮后，下位机通过串口接收上位机所设置的参数，并开始进行如图4所述运动控制；

首先，步进电机4的推杆带动整个固定布料用末端13向下运动，当接触到人体皮肤表面时，由力传感器5中纵置力传感器9检测正压力，并通过AD模块输入给下位机，下位机如图7所示通过导纳力控制器控制直流电机运动，使正压力跟踪设定值；同时，步进电机运动并通过丝杆6带动滑台7沿水平方向移动，并将力传感器5中横置力传感器10采集的力信号通过AD模块输入给下位机，由杠杆原理可知，横置力传感器10采集的力和实际的摩擦力符合如下关系：摩擦力fs=Fa/b，采样过程中下位机将采集的正压力和摩擦力的数值通过串口发送至上位机并显示出来；

本发明所述导纳力控制器的设定方法如图6所示，设定力和实际力的误差通过导纳模型转换为速度误差，然后利用PID控制器实现速度控制，进而实现力伺服，本发明是基于导纳的力控制应用于摩擦系数测量中，解决了如何保证在人体皮肤曲面上产生稳定正压力的难题，所述导纳力控制器的单片机控制板采用IAP15F2K61S2单片机控制板，由于基于导纳的导纳力控制器运算较大，普通单片机难以满足计算需求。故选用STC公司的IAP15F2K61S2单片机控制板，该单片机具有超强抗干扰、超低功耗、超强抗静电、大容量EEPROM， IT的时钟周期是传统51单片机IDE13——12倍等一系列特点。

步骤四：

当滑台移动距离达到设定值时，停止正压力的力控制，直流电机推杆回缩至零位，同时步进电机反转带动滑台移动至初始位置；

步骤五：

上位机对采集的正压力和摩擦力进行数据处理，并统计出有效值，设每个采样周期的摩擦力为fsi,正压力为FNi，根据库仑摩擦定律，确定待测面料和人体皮肤之间的摩擦系数μ=Σfsi/ΣFNi。

本发明如图2所示整个系统主要由LABVIEW人机界面、机械本体（滚珠丝杠滑台、直流推杆、作用端）、单片机测控板和摄像头等部件构成，作用端包括两个力传感器，可分别检测竖直方向的正压力和水平方向的摩擦力。整个作用端和直流推杆末端固连，直流推杆通过连接板固定在滚珠丝杠滑台上，滑台由一个57步进电机驱动作水平移动，首先，由摄像头采集服装面料图像，通过LABVIEW的图像检测和识别算法和上位机（PC）中预存的面料模板相比对，从而实现服装面料表面纹理的识别。然后进行服装面料和人体皮肤之间摩擦系数的测算，单片机测控板一方面通过采集竖直方向的力和控制直流推杆实现力伺服，另一方面采集水平方向的摩擦力，然后将两个方向的力信息通过串口通信发送到上位机（PC），并在LABVIEW界面中处理和显示，最终通过数据统计的方法计算出面料与皮肤的摩擦系数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种服装面料表面物理特性检测机器人，包括底架（1）、主支架（2）、固定架（3）、步进电机（4）、丝杆固定架（5）、丝杆（６）、滑台（７）、直流电机（８）、纵置力传感器（9）、横置力传感器（10）、L型支架（11）、连杆（12）、摄像头（14）、电机固定架（15）和支撑杆（16），其特征在于：所述底架（1）上有主支架（2），所述丝杆固定架（5）通过两对固定架（3）固定在主支架（2）一侧，所述丝杆固定架（5）一侧有电机固定架（15），所述步进电机（4）固定在电机固定架（15）上，所述丝杆固定架（5）上有一对支撑杆（16）和一根丝杆（６），所述丝杆（６）在两个支撑杆（16）之间，所述丝杆（６）一端与步进电机（4）转轴相连，所述支撑杆（16）和丝杆（６）穿过滑台（７），所述直流电机（８）固定安装在滑台（７）上，所述直流电机（８）的推杆朝下，所述L型支架（11）的横杆固定在直流电机（８）的推杆的下端，所述摄像头（14）固定在L型支架（11）的竖杆的一侧，所述横置力传感器（10）在L型支架（11）的横杆的下方，所述横置力传感器（10）固定在L型支架（11）的竖杆的另一侧，所述连杆（12）通过安装铰链固定安装在L型支架（11）的横杆的下方，所述连杆（12）的下端有纵置力传感器（9）。

2.根据权利要求1所述的一种服装面料表面物理特性检测机器人，其特征在于：所述纵置力传感器（9）下端有固定布料用末端（13）。

3.使用权利要求1或2所述服装面料表面物理特性检测机器人的智能检测方法，具体检测方法如下，其特征在于：步骤一：

将待检测面料平铺于底架（1）内的摄像头（14）下方，摄像头（14）采集图像并通过USB接口上传至上位机，然后由上位机程序对图像进行图像处理，与纹理库中的预存纹理逐一比对，确定匹配成功后，并确定其纹理编号；

步骤二：

将待检测面料包裹在固定布料用末端（13）表面并固定，被测人体手臂沿滑台移动方向放置于固定布料用末端（13）下方，由上位机程序界面对系统初始化，并设置正压力理想值、滑台移动速度、滑台移动距离、导纳系数等参数；

步骤三：

按“开始”按钮后，下位机通过串口接收上位机所设置的参数，并开始进行运动控制；

首先，步进电机（4）的推杆带动整个固定布料用末端（13）向下运动，当接触到人体皮肤表面时，由力传感器中纵置力传感器（9）检测正压力，并通过AD模块输入给下位机，下位机通过导纳力控制器控制直流电机运动，使正压力跟踪设定值；同时，步进电机运动并通过丝杆（6）带动滑台（7）沿水平方向移动，并将力传感器中横置力传感器（10）采集的力信号通过AD模块输入给下位机，由杠杆原理可知，横置力传感器（10）采集的力和实际的摩擦力符合如下关系：摩擦力fs=Fa/b，采样过程中下位机将采集的正压力和摩擦力的数值通过串口发送至上位机并显示出来；

步骤四：

当滑台移动距离达到设定值时，停止正压力的力控制，直流电机推杆回缩至零位，同时步进电机反转带动滑台移动至初始位置；

步骤五：

上位机对采集的正压力和摩擦力进行数据处理，并统计出有效值，设每个采样周期的摩擦力为fsi,正压力为FNi，根据库仑摩擦定律，确定待测面料和人体皮肤之间的摩擦系数μ=Σfsi/ΣFNi。

4.根据权利要求3所述的一种服装面料表面物理特性智能检测方法，其特征在于：所述步骤三导纳力控制器的设定方法如下，设定力和实际力的误差通过导纳模型转换为速度误差，然后利用PID控制器实现速度控制，进而实现力伺服。

5.根据权利要求4所述的一种服装面料表面物理特性智能检测方法，其特征在于：所述导纳力控制器的单片机控制板采用IAP15F2K61S2单片机控制板。

6.根据权利要求3所述的一种服装面料表面物理特性智能检测方法，其特征在于：所述步骤一与纹理库中的预存纹理逐一比对时，若相似度大于90%，确定匹配成功后。

7.根据权利要求3所述的一种服装面料表面物理特性智能检测方法，其特征在于：所述上位机采用LABVIEW的视觉模块。