一种新型智能竹丝编织机的设计

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

Design of a New Intelligent Bamboo W eaving M achineSHI Lei ，ZHANG Lei ，GAO Hongli ，XU Mingheng(1.School of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China；2.School of Manufacturing Science and Engineering， Southwest University of Science and Technology，Mianyang Sichuan 621010，China)Abstract：Bamboo weaving technology is the gem of the Chinese nation.Bamboo weaving handicraft is green environmentallyproducts.Traditional technology depends on manual weaving with ineficiency.Mechanization and intelligent degree of bamboo weavingtechnology must be increased.A new inteligent bamboo weaving machine was designed based on image processing algorithm.Meehan-ical construction was conveed into program control system.Any kind of digital photos can be transferred into bamboo weaving handi-crafts with image processing technology 。

Keywords：New inteligent bamboo weaving machine；Image processing；Control system竹编工艺是中华民族的瑰宝之-。在-些竹资源丰富的地区，竹编工艺十分精湛，竹编技艺代代相传 。传统的竹编技艺存在很多问题：(1)传统竹丝工艺品为人工编织而成，要求工人有比较高的编织水平和丰富的编织经验，制作周期长，效率低下 ；(2)受人力所 限，传统竹编-列仅有几十条竹丝，编制出的图案简单且精度不高，图案-般为中国山水画、动植物及名人肖像等比较固定的图案，造型及花样很难有所创新； (3)生产数量少，工艺产品附加值低，竹编艺人难以以此为生，以致改行使竹编技艺濒I临失传。

竹丝工艺品仍然具有广阔的市场前景。竹子取材于自然，绿色环保，手感平滑，清新透气，具有天然的舒适感。竹丝工艺品颜色温润，洋溢竹编艺术之美，是-种受广大人民喜爱的传统工艺品 。更重要的是 ，竹编工艺是～种非物质文化遗产。

目前，竹编业的机械化程度非常低，竹编编织连半机械化程度都达不到，导致劳动生产率不能得到有效提高 。现有的竹编机设备稀少，且其经纬控制机构大多为机械控制机构 ，要改变竹编图案必须更换机械控制机构，购置成本高，更换与维护操作麻烦，费工费时，效率很低。因此，竹编机的智能化已经成为制约竹编业进-步发展的瓶颈之- 。

1 竹编机总体设计竹编机包括图像处理系统、机械系统和程序控制系统三大部分。由计算机采集图像并进行处理，利用程序控制低速电动机和电磁铁以编织细薄竹丝。

竹编机主要解决以下问题：(1)根据竹丝的宽度 (0.5～15 mil1)和经向排列竹丝的数量 Ⅳ (Ⅳ≤360)将输入计算机的图像进行等比例缩放及灰度化处理，将其划分成边长为M的正方形黑白二值图像，然后将黑白二值图像转换为0-1矩阵 (如白色代表0，黑色代表 1”)；(2)采用分排错位式的方法布置360只电磁铁，以解决竹丝宽度极细且数量极多在空间上难以布置的问题；(3)利用设计的计算机程序将经过处理得到的0-1矩阵值转换为高低电平，经过放大后控制分排错位式布置的电磁铁通断电以编织不同图案的竹丝工艺品。

收稿 日期 ：2011-l1-20基金项目：国家重大科技专项资助项目 (20092x04014-102-3)作者简介：石磊 (198O-)，男，博 士研究生，主要从事流 体动力 智能控制与测试、机器人及 机构 学等领 域的研 究。

· 98· 机床与液压 第 41卷2 图像处理系统设计程序控制系统首先 - I，--1- 、采集输入计算机的图l堡 J I l 垄睾 J像，根据相应竹丝的宽 --上 翌 小I -i三堡度M、纬向竹丝的数量l 竺 苎 J l三竺 JN和图像的横向宽度 垄 I，对图像进行处理， I!： 丝 J得到需要的0-1矩阵。 图1 图像处理流程图1表示了图像处理的过程。

2.1 图像去噪利用提升小波变换特性，对图像信号进行可逆提升变换，削减噪声小波系数的幅值，并将处理后获得小波系数利用小波逆变换进行重构得到去噪后的图像。图2为提升分解与重构示意图。

(a)提升分解2.2 图像缩放(b)提升重构图2 提升分解与重构 nnnn n - --5. .U lLJUI u且上L且且 、6- - 、/ 、 7 8、 、9r I8I 1i 1 I 32 )914 I5 、 " l6～ ----17/ - - 图5 机械结构主视图将去噪后的图像根据相应竹丝的宽度 纬 向排列竹丝的数量Ⅳ进行等比例缩放。假设经向排列的竹丝数量为 10，竹丝的宽度为 1 tlin～去噪后 的图像进行等比例缩放，经向和纬向宽度缩小为 10×1m m 。

2.3 图像二值化图像二值化是指用灰度变换来研究灰度图像的-种常用方法，即设定某-阈值将灰度图像的像素分成大于阈值的像素群和小于阈值的像素群两部分。常见的全局阈值方法包括 P-tile方法、Ostu法和-维最大熵阈值法等方法。而 0stu法被认为是阈值 自动选取的最优方法 。

图像二值化后获得的0-1矩阵将被转换为高低电平信号。数字 0”将对应低电平信号，数字 1”将对应计算机输出的高电平信号。图 3为去噪前的图像，图4为二值化后的图像。

图3 去噪前图像 图4 图像二值化后的图像3 竹编机机械系统设计竹编机机械本体结构主要由床身、电动机、传动机构、电磁铁 、竹丝提环、竹丝固定装置 、复位弹簧组成。机械结构的主视图和在视图如图 5、6所示。

口 口图6 机械结构左视图6- 电磁铁安装板7- 电磁铁 滑杆8-滑 杆安装板9- 导向杆安装板10A-导 向杆 ～1( 导 向杆 二10B- 导 向杆三11- 竹丝提环1 2- 左竹丝 夹板l 鞋车14-滑轨1 导向杆支座16r～弹簧1 弹簧安装板1 右竹丝夹板1 纬 向竹 丝20--线性轴 承21- 垂轴22～支撑导 杆2 导 向杆 四栓机 螺 铁架 动 轮 环 磁机 电 滑 吊 电-- ---l 2 3 4 5 加如 n n第 1期 石磊 等：-种新型智能竹丝编织机的设计 ·99·编织时，机架上部的电动机运转将电磁铁安装板及其上的电磁铁向上提起。程序控制装置根据预先输入的0-1矩阵中第-行的数值，将与 0”对应的电磁铁不通电而使对应的电磁铁滑杆停留在原位置；将与 1”对应的电磁铁通电而使其对应的电磁铁滑杆被吸合-同向上提起。

4 竹编机控制系统设计计算机板卡 (PCI-1753)I0信号输出电流-般为十几毫安，驱动能力不足以使普通电磁继电器实现闭合。因此需要使用放大电路板，经过放大板放大之后的信号实现电磁铁的闭合。电磁铁的闭合实现电磁铁的提升或者静止 ，这样就可以把信号对应为 1的竹丝提高，信号对应为0的竹丝使其静止不动。

控制系统采用逐行扫描的方式进行。即第-行0-1矩阵值成功输出之后，继续进行第2行直到第Ⅳ行的输出。单行控制流程如图7所示。

兰竺 !墨蜥 0Ⅳ3600r360lP7C5I3 4 [ --1继3螺60[ --]电3献60 ['-"1竹36丝0图7 单行控制流程图控制系统准备工作完成后 ，将备好的纬向竹丝-端在固定式竹丝压板上固定，然后穿过竹丝提环，另- 端在移动式竹丝压板上固定∮着发出开始工作命令，计算机利用程序控制板卡输出高低电平信号，通过按钮控制电动机正向旋转 以提起相应 的纬向竹丝。

经向竹丝被穿人并平整压紧；控制电动机反向旋转，使所有的机构回到初始位置，这样-个工作循环就完成，经过多个工作循环，-幅竹编工艺品就编织成功。

5 结论竹编机的智能化-直是制约竹编工艺发展的瓶颈之-。因此，设计-种新型智能竹丝编织机，它包括图像处理系统 、机械系统和程序控制系统。由程序控制系统控制多行多列电磁铁的通电实现不同的纬向竹丝的提起和不提起 ，从而完成设定图案的竹丝产品的编织。设计的竹丝编织机不需更换任何器件，即可编织不同图案的竹编产品，购置成本低，操作简单方便，编织效率高。