CN107581713B - 自动化穿鞋带系统 - Google Patents

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CN107581713B CN201610751359.1A CN201610751359A CN107581713B CN 107581713 B CN107581713 B CN 107581713B CN 201610751359 A CN201610751359 A CN 201610751359A CN 107581713 B CN107581713 B CN 107581713B
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Abstract

一种自动化穿鞋带系统,适用将一条鞋带穿设于一只鞋子。该鞋带具有一段挠性段,及两个各自设置于该挠性段两端的端件。该鞋子具有两片鞋带孔片,及设置于每一片鞋带孔片的多个鞋带孔。该自动化穿鞋带系统包含一个机架、至少一个机械臂,及一个视觉反馈单元。该机架包括一个供该鞋子设置的置鞋装置。该机械臂用于根据一笔控制信号带动其中一端件依序地穿设所述鞋带孔,且能输出一笔相关于自身姿态及动作的伺服反馈信号。该视觉反馈单元用于朝所述鞋带孔片撷取且分析至少一幅平面影像,而探知所述鞋带孔的位置,并根据所接收的该伺服反馈信号进行视觉反馈,以输出相关于该反馈结果的该控制信号至该机械臂。

Description

自动化穿鞋带系统
技术领域
本发明涉及一种自动化加工系统,特别是涉及一种自动化穿鞋带系统。
背景技术
随着全球产业自动化技术日渐进步,机器人与计算机加工平台已能逐渐地取代人力劳动。但是对于制鞋业来说,由于不同款式的鞋子彼此间的外形差异甚大,而且每款鞋子也都有着不同的尺寸型号,使得制鞋产业还难以达成全自动化作业,仍旧需要依靠大量人力的投入。因此,在比较利益及全球分工的原则下,制鞋产业只能不断地往劳力充沛及人力成本低廉的地区转移。
不过,在面对劳力终将不再便宜的未来,能够协助提高制鞋效率及降低人力成本的自动化机器设备需求已是迫在眉睫。尤其是在穿鞋带这道技术性低、重复性高的加工过程,往往必须配置最多的人力,不仅浪费人力资源,也是影响生产成本及加工效率的一大因素。所以,制鞋产业莫不希望能自动化地完成穿鞋带这道工序。因此,有如中国发明专利申请案第201210155160.4号及第201410117490.3号所公开的一种自动穿鞋带机,采用多个仿效人手的机械臂将一条鞋带依序地穿设于该鞋件的多个鞋孔,以达成穿鞋带作业的自动化。
然而,所述自动穿鞋带机都必须得先确保所述鞋孔排列在规划好的穿孔位置上,才能让所述机械臂顺利地进行穿鞋带作业,所以还是得需要操作人员从旁对该鞋件的置放摆设进行调整,而缺乏加工弹性。另外,所述机械臂彼此间的协调作业也只能靠马达的伺服反馈来加以控制,对于像穿鞋带这项如此细微的作业,所述机械臂所需要的机构强度与控制精度势必都会垫高其设置的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自动化穿鞋带系统,使得系统中的机械臂能通过计算机视觉的反馈,优化穿鞋带作业的效率及流程,并能有效地提高该机械臂的操控精度与效能。
本发明的自动化穿鞋带系统,适用将一条鞋带穿设于一只鞋子。该鞋带具有一段挠性段,及两个各自地设置于该挠性段两端的端件。该鞋子具有两片鞋带孔片,及设置于每一片鞋带孔片的多个鞋带孔。该自动化穿鞋带系统包含一个机架、至少一个机械臂,及一个视觉反馈单元。
该机架包括一个供该鞋子固定设置的置鞋装置。
该机械臂用于根据一笔控制信号带动其中一端件依序地穿设所述鞋带孔,且能输出一笔相关于自身姿态及动作的伺服反馈信号。
该视觉反馈单元用于朝所述鞋带孔片撷取且分析至少一幅平面影像,而探知所述鞋带孔的位置,并根据所接收的该伺服反馈信号进行视觉反馈(Visual Feedback),以输出相关于该反馈结果的该控制信号至该机械臂。
较佳地,该视觉反馈单元包括一个影像撷取模块、一个视觉运算模块,及一个反馈控制模块。该影像撷取模块用于朝所述鞋带孔片撷取该平面影像。该视觉运算模块对该平面影像进行分析运算,以输出一笔相关于所述鞋带孔位置的坐标信号。该反馈控制模块根据该坐标信号及该伺服反馈信号,并配合一个相关于该鞋带穿设次序及动作的控制规划,以进行视觉反馈。
较佳地,该反馈控制模块根据该坐标信号及该伺服反馈信号,而探知该端件与所述鞋带孔间的相对位置。同时,通过该控制规划决定将该端件穿设于其中一个鞋带孔,以设定该机械臂的目标位置,及对该端件的操作编程,而输出该控制信号。让该机械臂移动至该目标位置,并依照该操作编程带动该端件穿设于该鞋带孔,进而让该端件依序地穿设于所述鞋带孔。
较佳地,该视觉运算模块所进行的分析运算,是相关于一个三维重建算法,或一个两个维图像特征分析流程。
较佳地,该视觉反馈单元包括一个光源模块。该光源模块用于发出穿过所述鞋带孔的光线,且该光线能被撷取在该平面影像上,使所述鞋带孔在该平面影像中的影像特征强度增加,以提升该视觉反馈单元对所述鞋带孔坐标的分析运算效率。
较佳地,该机械臂包括一个夹爪模块、一个机臂,及一个控制器。该控制器接收该控制信号,并解析该控制信号,以分别向该夹爪模块及该机臂输出一笔夹放信号及一笔驱动信号。该夹爪模块受该夹放信号控制,而能对所带动的端件进行夹拉或松放。该机臂受该驱动信号控制,而能带动该夹爪模块相对于该机架移动。该控制器根据该夹爪模块及该机臂的感测组件,探知该夹爪模块的夹放状态与该机臂的空间姿态,而输出相关于该探知结果的该伺服反馈信号。
较佳地,该机架还包括一个载台。该置鞋装置是能滑移地设置于该载台,且相对于该载台在一个自动化作业位置及一个人工操作位置间移动。当该置鞋装置连同该鞋子在该自动化作业位置时,该视觉反馈单元输出该控制信号,以驱使该机械臂带动该端件依序地穿设所述鞋带孔。当该置鞋装置在该人工操作位置时,操作者能取下已穿设好该鞋带的鞋子,或是将另一只尚未穿设鞋带的鞋子套置于该置鞋装置。
较佳地,该机架还包括一个架板。该置鞋装置是设置于该架板。当操作者将尚未穿设鞋带的鞋子套置于该置鞋装置时,该视觉反馈单元输出该控制信号,以驱使该机械臂带动该端件依序地穿设所述鞋带孔,再由操作者取下已穿设好该鞋带的鞋子。
较佳地,该机架还包括一个夹持装置。该夹持装置具有两个分别用于夹掣对应鞋带孔片的夹钳组。每一个夹钳组包括一个设置于该置鞋装置其中一侧的内夹钳,及一个能相对于该内夹钳在一个夹持位置与一个非夹持位置间移动的外夹钳。当该外夹钳在该夹持位置时,其中一片鞋带孔片被夹持撑立于该内夹钳与该外夹钳间。当该外夹钳在该非夹持位置时,该外夹钳远离于该内夹钳,使该鞋子能从该置鞋装置上取下或套置。
较佳地,该鞋子还具有一个介于所述鞋带孔片间的鞋舌,及一片设置于该鞋舌顶面,且能挠曲形成一个穿绕孔的穿绕片。该机架还包括一个勾舌装置。该勾舌装置具有一个与该视觉反馈单元信号连接的驱动器,及一个用于穿设于该穿绕孔的勾环件。该视觉反馈单元输出一笔相关于该反馈结果的抬降信号至该驱动器,使该勾环件受到该驱动器的带动,而能相对于该置鞋装置在一个抬升位置与一个压降位置间枢摆。当该勾环件在该抬升位置时,该鞋舌被带动远离该置鞋装置,使该鞋舌顶面高于所述鞋带孔的位置,而让该穿绕孔能被撷取在该平面影像上。该视觉反馈单元驱使该机械臂带动该端件穿设该穿绕孔。当该勾环件在该压降位置时,该鞋舌被带动压向该置鞋装置,使该鞋舌顶面低于所述鞋带孔的位置。该视觉反馈单元驱使该机械臂依序地带动该端件穿设所述鞋带孔。
本发明的有益效果在于:借由该视觉反馈单元对该机械臂所进行的视觉反馈,不仅能作为该机械臂在穿鞋带作业上的操作规划,使作业的效率及流程得以优化,并且配合该伺服反馈信号,能进一步加强该机械臂的操控精度与效能,而有效地提升该机械臂的性能价格比。
附图说明
本发明的其他特征及功效,将于参照图式的实施方式清楚地呈现,其中:
图1是本发明自动化穿鞋带系统的一个实施例的一个立体图,说明该实施例中的一个机械臂将一条鞋带穿设于一只鞋子;
图2是类似于图1,但省略该机械臂及该鞋带的一个不完整立体图,说明该实施例中的一个机架,及一个视觉反馈单元的两个摄影机与两个灯具,并且,一个勾环件在一个穿设位置,而穿设于该鞋子的一个穿绕孔;
图3是类似于图2,但省略了该鞋子的一个不完整立体图,说明所述灯具的另一个实施态样,并设置于一个置鞋装置,而能由该鞋子内面向外透光;
图4是类似于图2,但省略了该鞋子及该视觉反馈单元的一个不完整立体图,说明该置鞋装置、一个夹持装置的两个内夹钳,及一个勾舌装置相对于一个载台在一个人工操作位置;
图5是类似于图4的一个不完整立体图,说明该置鞋装置、所述内夹钳,及该勾舌装置相对于该载台在一个自动化作业位置,并且,该机架的一个操作件在一个撑紧位置;
图6是一个不完整立体图,说明该置鞋装置,及该夹持装置的另一个实施态样;
图7是类似于图5的一个不完整立体图,说明该操作件在一个松脱位置;
图8是图1的一个部分放大立体图,说明该实施例中相关于该鞋带穿设于该鞋子的机构组件;
图9是图8的一个部分放大立体图,说明该勾环件在一个非穿设位置,而完全地穿出该穿绕孔;
图10是一个信号流程图,说明该机械臂与该视觉反馈单元间的信号传递关系。
具体实施方式
在本发明被详细描述之前,应当注意图式中的零组件并不一定按照尺寸绘制。
参阅图1与图9,本发明自动化穿鞋带系统的一个实施例,是适用于将一条鞋带700穿设于一只鞋子800。其中,该鞋带700具有一段挠性段710,及两个各自地设置于该挠性段710两端的端件720。该鞋子800具有两片鞋带孔片810、一个介于所述鞋带孔片810间的鞋舌820、一片设置于该鞋舌820顶面,且能挠曲形成一个穿绕孔831的穿绕片830,及设置于每一片鞋带孔片810的多个鞋带孔840。
配合参阅图10,该实施例包含一个机架100、一个机械臂500,及一个视觉反馈单元600。
配合参阅图2与图4,该机架100包括一个水平设置的架板110、一个设置于该架板110一侧的载台120、一个设置于该载台120顶面的滑轨130、一个置鞋装置200、一个夹持装置300,及一个勾舌装置400。
其中,配合参阅图5,该置鞋装置200具有一个能滑移地设置于该滑轨130的滑座210,及一个设置于该滑座210一端的置鞋座220。在本实施例中,该置鞋座220包括一个围绕形成一个座腔222的座体221,及多个形成于该座体221左右两侧,且连通该座腔222的贯孔223。并且,由于该载台120的顶面是倾斜于该架板110,使得该置鞋座220随着该滑座210在该滑轨130上的滑动,而能相对于该载台120在一个自动化作业位置及一个人工操作位置间移动。当该滑座210向下滑动至该滑轨130的底端,使得该置鞋座220位于该架板110正上方时,即在该自动化作业位置,如图2所示,以进行该机械臂500的穿鞋带作业;而当该滑座210沿该滑轨130向上滑动,使得该置鞋座220远离该架板110时,即在该人工操作位置,如图4所示,以接受操作者的人工操作。
参阅图2、图4与图5,该夹持装置300具有两个夹钳组310、一个扳钳模块320,及两个驱动器330。每一个夹钳组310包括一个设置于该置鞋座220其中一侧的内夹钳311,及一个受其中一个驱动器330带动,而能相对于该内夹钳311在一个夹持位置与一个非夹持位置间移动的外夹钳312。该扳钳模块320包括一个设置于该滑座210的扳动座321、一个设置于该扳动座321的连杆组件322,及一个受该连杆组件322带动的楔形组件323。该连杆组件322具有一个能相对于该扳动座321在一个撑紧位置及一个松脱位置间移动的操作件324,及一根与该操作件324相连动,而能沿一个第一轴向L1移动的推杆325。该楔形组件323具有一个设置于该推杆325一端的梯形块326,及两个各自位于该梯形块326两侧的楔形块327。
值得一提的是,在本实施例中,所述内夹钳311是各自地通过多个穿设于所述贯孔223的导杆件328,而与所述楔形块327相连结。而且,所述楔形块327是设置于该座腔222内,并由各自地套设在所述导杆件328上的多个弹性件329提供弹抵于该座体221与所述楔形块327的弹力,使得所述楔形块327能通过所述弹力带动所述内夹钳311朝该座体221移动。其中,所述导杆件328与所述弹性件329的数量不以实施例为限,也能分别为一个、两个或三个以上;另外,所述弹性件329也不仅限于如本实施例所呈现的弹簧,而是包含所有能提供弹力势能的弹性体。此外,该梯形块326是与所述楔形块327相配合,使得该梯形块326受该推杆325带动,而沿该第一轴向L1移动时,所述楔形块327便能沿着垂直该第一轴向L1,且彼此朝相反方向移动。因此,当该操作件324在该撑紧位置时,通过该推杆325的带动,使得该梯形块326朝该置鞋座220的方向移动,并推压所述楔形块327,进而让所述内夹钳311各自靠抵于所述鞋带孔片810的内侧;当该操作件324在该松脱位置时,通过该推杆325的带动,使得该梯形块326朝该扳动座321的方向移动,同时,所述楔形块327借由所述弹性件329的弹力,而带动所述内夹钳311各自远离于所述鞋带孔片810的内侧。所以,当该鞋子800套置于该置鞋座220时,便能借由该扳钳模块320调整所述内夹钳311与所述鞋带孔片810内侧间的距离。
另一方面,所述外夹钳312在受到所述驱动器330的带动,而各自朝所对应的内夹钳311移动至该夹持位置时,所述鞋带孔片810将被夹持撑立于所述夹钳组310的内夹钳311与外夹钳312间;并且,每一片鞋带孔片810上的所述鞋带孔840均固定在一个穿绕面上。如此,便能让该机械臂500在执行穿鞋带作业时,所述鞋带孔840不会因为所述鞋带孔片810的挠性而产生偏摆,而能让该视觉反馈单元600不用重复且持续地进行反馈控制运算,以有效地提升该视觉反馈单元600对该机械臂500的控制效率。此外,当所述外夹钳312在受到所述驱动器330的带动,而各自远离所对应的内夹钳311时,即为在该非夹持位置。
参阅图7、图8与图9,该勾舌装置400具有一个设置于该滑座210的基座410、一个设置于该基座410的驱动器420、一根连动杆430,及一个勾环模块440。该连动杆430的两端分别连接于该驱动器420与该勾环模块440,使得该连动杆430受到该驱动器420的带动,而能相对于该置鞋座220在一个抬升位置与一个压降位置间枢摆。该勾环模块440包括一个设置于该连动杆430一端的连结块441、一个设置于该连结块441一侧的复位组件442、一个与该复位组件442相连接的拨动片443,及一个设置于该拨动片443一端的勾环件444。
值得一提的是,在本实施例中,该复位组件442是由一个挡片445、两根连接于该连结块441与该挡片445间的导杆件446,及两个各自套设于该导杆件446的弹性件447所组成;而且,该拨动片443是通过所述导杆件446,而能相对于该连结块441在一个穿设位置与一个非穿设位置间移动;以及,所述弹性件447皆弹抵于该挡片445与该拨动片443,使得该拨动片443能借由所述弹性件447的弹力恒回复到该穿设位置。其中,所述导杆件446与所述弹性件447的数量不以此为限,也能分别为一个或两个以上;另外,所述弹性件447也不仅限于如本实施例所呈现的弹簧,而是包含所有能提供弹力势能的弹性体;并且,该复位组件442也不仅限于如本实施例所呈现的态样,而是包含所有能让该拨动片443恒回复到该穿设位置的机构或装置,如气压泵、马达等,甚至也能与该扳钳模块320连动,使该操作件324同时带动所述内夹钳311与该拨动片443。另外,该勾环件444具有一个贯通左右两侧的通孔448,及一个连通该通孔448,且缺口朝上的开槽449,而使得该勾环件444的截面概呈C字型,但不以此为限,也能呈U字型,或是下窄上宽的梯形等其它态样。如此,当该拨动片443在该穿设位置时,该勾环件444也会连带地移动至与该穿绕片830上下相对,使操作者能将该勾环件444从该穿绕孔831一侧穿设于该穿绕孔831内。此时,该勾环件444便能对该穿绕片830进行撑张,从而固定该穿绕孔831大小,以方便该机械臂500带动该端件720穿设于该穿绕孔831;并且,该勾环件444与该鞋舌820间便有着连接带动的关系。因此,当该连动杆430在该抬升位置时,该勾环件444带动该鞋舌820远离该置鞋座220;当该连动杆430在该压降位置时,该勾环件444带动该鞋舌820压向该置鞋座220。当该拨动片443在该非穿设位置时,该勾环件444也会连带地移动至该穿绕孔831一侧,且完全地穿出该穿绕孔831。此时,该勾环件444与该鞋舌820间便无连接带动的关系。
参阅图1与图10,该机械臂500包括一个夹爪模块510、一个机臂520,及一个控制器530。该控制器530用于接收一笔控制信号,并解析该控制信号,以分别向该夹爪模块510及该机臂520输出一笔夹放信号及一笔驱动信号。该夹爪模块510受该夹放信号控制,而用于对其中一端件720进行夹拉或松放。该机臂520受该驱动信号控制,而能带动该夹爪模块510相对于该置鞋座220移动。并且,该控制器530根据该夹爪模块510及该机臂520的感测组件,如伺服马达上的编码器或极限开关等,探知该夹爪模块510的夹放状态与该机臂520的空间姿态,而输出一笔相关于该探知结果的伺服反馈信号。值得一提的是,在本实施例中,该机械臂500的数量为一个,但不应以此为限,也能为一个以上;而且,该夹爪模块510是由一对夹爪机构511所组成,并同时由该机臂520所带动。其中,所述夹爪机构511能通过压泵或电力驱动等方式进行夹压或松放;然而,此为熟知技艺者所可知晓的机构组件,且非为本发明的技术特征;所以,在此并不对所述夹爪机构511的组成及动作进行阐述。重点在于,本实施例的机械臂500是用于仿效人手抓取所述端件720,并能依序地将所述端件720穿设于所述鞋带孔840。因此,实质上不背离该机械臂500的架构及动作目的的情况下,对该机械臂500进行的外观改变及设置调整,皆应根据本发明的申请专利范围进行保护。
参阅图1、图5与图10,该视觉反馈单元600包括一个影像撷取模块610、一个视觉运算模块620、一个反馈控制模块630,及一个光源模块640。要说明的是,在本实施例中,该影像撷取模块610具有两个设置于该架板110,且能各自地朝位于该自动化作业位置的置鞋座220撷取至少一幅平面影像的摄影机611;以及,该光源模块640具有两个设置于该架板110,且能各自地朝位于该自动化作业位置的置鞋座220照射的灯具641。
要说明的是,在本实施例中,所述摄影机611与所述灯具641的数量皆为两个,但不应以此为限,也能为一个或两个以上。而且,该灯具641是利用其所漫射穿过所述鞋带孔840的光线被撷取在该平面影像上,使所述鞋带孔840在该平面影像中的影像特征强度增加,以提升该视觉运算模块620对所述鞋带孔840坐标的分析运算效率。因此,该视觉反馈单元600并不一定需要该光源模块640;较佳地,是由作业环境光源、该影像撷取模块610的效能,及该视觉运算模块620分析的准确度等方面进行考虑,而决定是否设置该光源模块640。此外,如图3所示,另一种光源模块640’同样具有两个灯具641’,但所述灯具641’则是设置于该置鞋座220,而能由鞋内向所述鞋带孔840透光,此实施态样同样是让所述摄影机611容易辨识出所述鞋带孔840。另外,所述摄影机611的设置是相关于该视觉运算模块620所根据的算法—三维重建(3D Reconstruction);并且,在本实施例为采用「眼看手(Eye-to-Hand)」的架构,即该机械臂500与所述摄影机611彼此独立动作,但不以此为限,也能采用「眼在手(Eye-in-Hand)」的架构,即将所述摄影机611设置于该机械臂500上,而能随着该机械臂500移动。对此,已有相当多的文献及研究发表,所以在此并不对该算法的运算流程进一步阐述。
不过,值得一提的是,本发明是通过三维重建算法,而能探知所述鞋带孔840在世界坐标系中的三维坐标,并配合该伺服反馈信号规划该机械臂500的操作,以输出相关于该规划结果的该控制信号至该机械臂500,使该机械臂500能带动所夹持的端件720依序地穿设所述鞋带孔840,也就是说,该机械臂500与该视觉反馈单元600间形成一个闭回路(CloseLoop)系统。但是,通过三维重建算法,也同样能获得该端件720在世界坐标系中的三维坐标。因此,若将所述坐标信息与该机械臂500的控制架构相结合,便能不用根据该伺服反馈信号进行反馈控制,而是直接地输出该控制信号至该机械臂500,使得该机械臂500与该视觉反馈单元600间形成一个开回路(Open Loop)系统。然而,该闭回路系统相较于该开回路系统不仅能修正误差,使得控制精度较高,而且系统的稳定性与抗干扰性也较佳。这些特性对于该机械臂500所进行的穿鞋带作业来说,是必备且重要的,所以本实施例采用该闭回路系统的架构。
借此,该置鞋座220先移动到该人工操作位置,并让该操作件324枢摆至该松脱位置,让操作者能将该鞋子800套置于该置鞋座220。接着,操作者再将该勾环件444穿设于该穿绕孔831内,并将该操作件324枢摆至该撑紧位置,使所述内夹钳311各自靠抵于所述鞋带孔片810的内侧。另一方面,操作者必须根据所述鞋带孔840的设计,来决定是否先将该鞋带700以人工方式穿设于某些鞋带孔840。举例来说,通常位于最前缘的鞋带孔840因为是相邻于鞋面与该鞋舌820间的连接处,使得位于此处的鞋带孔840就算借由该夹持装置300的夹掣,也难以和其它鞋带孔840同在该穿绕面上。因此,在实务上,会由操作者先将该鞋带800穿设于最前缘的鞋带孔840,并适当地调整该挠性段710,使得由所述鞋带孔840穿出的挠性段710至所述端件720的长度相等。
再来,操作者通过该滑轨130将该置鞋座220连同该鞋子800推至该自动化作业位置;同时,该夹持装置300的驱动器330也能通过操作者的操作或其它控制单元的信号输出,而使所述外夹钳312移动至该夹持位置,让所述鞋带孔片810被夹持撑立于所对应的穿绕面。接着,该夹爪模块510夹持其中一端件720,开始进行穿鞋带作业。
在此过程中,该视觉运算模块620对该平面影像进行分析运算,以输出一笔相关于所述鞋带孔840位置的坐标信号。该反馈控制模块630根据该坐标信号,并配合该伺服反馈信号,及一个相关于该鞋带700穿设次序及动作的控制规划,来对该机械臂500的操作进行视觉反馈控制,以输出相关于该控制结果的该控制信号至该机械臂500,使该机械臂500能带动该端件720依序地穿设所述鞋带孔840及该穿绕孔831。其中,对于该端件720如何穿设于所述鞋带孔840及该穿绕孔831的过程将进一步说明。
首先,该反馈控制模块630是根据该坐标信号及该伺服反馈信号,而探知该端件720与所述鞋带孔840间的相对位置。同时,通过该控制规划,来决定要将该端件720穿设于哪一个鞋带孔840,以设定该夹爪模块510的目标位置,并让该机臂520带动该夹爪模块510移动至该目标位置,使所述夹爪机构511分别位于该鞋带孔840所在的穿绕面两侧。另一方面,本实施例的勾舌装置400的驱动器420信号连接该视觉反馈单元600的反馈控制模块630,该反馈控制模块630依该控制规划与该反馈结果输出抬降信号,该驱动器420接收该反馈控制模块630的抬降信号,而使该连动杆430枢摆至该压降位置,让该勾环件444带动该鞋舌820压向该置鞋座220,以扩大该夹爪模块510的作业空间。接着,由其中一个夹爪机构511带动所夹持的端件720插入该鞋带孔840后,而由其中另一个夹爪机构511接续夹持。如此反复操作,如同人工进行穿鞋带的方式及顺序依序地将该端件720穿设于所述鞋带孔840。
当逐渐地穿设至后缘的鞋带孔840时,该反馈控制模块630通过该控制规划探知应将该端件720穿设于该穿绕孔831,便设定该夹爪模块510的目标位置,并让该机臂520带动该夹爪模块510移动至该目标位置,使所述夹爪机构511分别位于该穿绕孔831的两侧。另一方面,该驱动器420也能通过该反馈控制模块630或其它控制单元的信号输出,而使该连动杆430枢摆至该抬升位置,让该勾环件444带动该鞋舌820远离该置鞋座220,以凸显该穿绕孔831,及提供该夹爪模块510合适的作业空间。接着,如同前述穿设于所述鞋带孔840的动作,将该端件720穿设于该穿绕孔831。
值得一提的是,对于各种款式、尺寸的鞋子,只要是必须进行穿鞋带作业的鞋子800,不管有无该穿绕孔831,或是该鞋带700穿设于所述鞋带孔840的次序等,都能通过改变该控制规划,对应地调整穿鞋带作业的流程,以期符合制造商、通路商,及消费者的需求。
当该端件720穿设于所有的鞋带孔840及该穿绕孔831后,即完成穿鞋带作业。此时,该夹持装置300的驱动器330也能通过操作者的操作或其它控制单元的信号输出,而使所述外夹钳312移动至该非夹持位置。随后,操作者通过该滑轨130将该置鞋座220连同穿设好鞋带700的鞋子800推至该人工操作位置。接着,操作者再将该操作件324枢摆至该松脱位置,使所述内夹钳311各自远离于所述鞋带孔片810的内侧;同时,也通过扳动该拨动片443,使该勾环件444移动至完全地穿出该穿绕孔831,让该挠性段710能通过该开槽449所形成的缺口,而脱离于该勾环件444。如此一来,操作者便能取下该鞋子800,并将另一只尚未穿设鞋带700的鞋子800套置于该置鞋座220,以进行新一轮的穿鞋带作业。
另外,需要一提的是,上述的置鞋装置200,及夹持装置300仅是用来说明如何将该鞋子800设置于该机架100上,并且稳固地夹持住所述鞋带孔片810的其中一种实施态样。但是,不应以此为限,也能如图6所示,以更为简洁的机构设计作为另一种置鞋装置200’,及夹持装置300’的实施态样。其中,该置鞋装置200’具有一个设置在该架板110的置鞋座220’,而该夹持装置300’具有两个夹钳组310’,及两个驱动器330。每一个夹钳组310’包括一个设置于该置鞋座220’的内夹钳311’,及一个受其中一个驱动器330带动,而同样能相对于该内夹钳311’在该夹持位置与该非夹持位置间移动的外夹钳312。此外,该勾舌装置400的基座410也改为直接设置于该架板110,所以其余的组件也随着该基座410搬移,并使该勾环模块440位于所述内夹钳311’间,而且,同样受到该驱动器420与该连动杆430的带动,而能在该抬升位置与该压降位置间枢摆。对于所述内夹钳311’而言,是为结合前述置鞋装置200与内夹钳311的功能,不仅能让该鞋子800更容易套置于其上或从其取下,而且不需要该扳钳模块320,使得整体机构精简。另外,在该实施态样中,也参考图3的实施态样,在所述内夹钳311’上各自地设置所述灯具641’,借以提升该视觉运算模块620对所述鞋带孔840坐标的分析运算效率。
应注意的是,上述作业流程中,任何过程或方式的描述应被视为该作业流程的模块、片段、部分,或步骤,其包含一个或多个在该作业流程中实施所能呈现的特定功能,若能由熟知技艺者所了解的方式进行次序互换,以达成相同的功能或功效,理应包含在本发明的范围内。
综上所述,本发明自动化穿鞋带系统有如下所述的功效及优点,所以确实能达成本发明的目的:
一、借由该视觉反馈单元600探知所述鞋带孔840的位置,并根据所接收的该伺服反馈信号,以及所设定的该控制规划,而对该机械臂500进行视觉反馈,使得该机械臂500与该视觉反馈单元600间形成该闭回路系统。如此,不仅能提升整体系统的稳定性与抗干扰性,使得操作者不必再特意地将该鞋子800摆正对齐,以增加加工弹性及缩短作业时程。同时,也能通过该控制规划,调整穿鞋带作业的流程,使得本发明适于对任何不同款式、尺寸的鞋子800进行穿鞋带作业,并让该作业的效率优化,且具备流程的调整弹性。
二、相较于现有穿鞋带机的机械臂仅能依靠着自身的伺服反馈控制来进行穿鞋带作业。本发明通过该视觉反馈单元600来辅助该机械臂500的动作控制,不仅能进一步加强该机械臂500的操控精度与效能,使得该机械臂500不需极好的机构强度与伺服控制精度,也能同样地达成穿鞋带作业,有效地提升该机械臂500的性能价格比。
三、配合该机架100的夹持装置300(300')及勾舌装置400在该作业流程中的操作辅助,使得该视觉反馈单元600不用重复且持续地进行反馈控制运算,以有效地提升该视觉反馈单元600对该机械臂500的控制效率。
以上所述者,仅为本发明的实施例而已,当不能以此限定本发明实施的范围,即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰,皆仍属本发明的范围。

Claims (9)

1.一种自动化穿鞋带系统,适用将一条鞋带穿设于一只鞋子,该鞋带具有一段挠性段,及两个各自地设置于该挠性段两端的端件,该鞋子具有两片鞋带孔片,及设置于每一片鞋带孔片的多个鞋带孔;该自动化穿鞋带系统包含一个机架、至少一个机械臂,及一个视觉反馈单元;其特征在于:
该机架包括一个供该鞋子设置的置鞋装置;
该机械臂用于根据一笔控制信号带动其中一端件依序地穿设所述鞋带孔,且能输出一笔相关于自身姿态及动作的伺服反馈信号;及
该视觉反馈单元用于朝所述鞋带孔片撷取且分析至少一幅平面影像,而探知所述鞋带孔的位置,并根据所接收的该伺服反馈信号进行视觉反馈,以输出相关于该反馈结果的该控制信号至该机械臂;其中,该视觉反馈单元包括一个影像撷取模块、一个视觉运算模块,及一个反馈控制模块,该影像撷取模块用于朝所述鞋带孔片撷取该平面影像,该视觉运算模块对该平面影像进行分析运算,以输出一笔相关于所述鞋带孔位置的坐标信号,该反馈控制模块根据该坐标信号及该伺服反馈信号,并配合一个相关于该鞋带穿设次序及动作的控制规划,以进行视觉反馈。
2.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该反馈控制模块根据该坐标信号及该伺服反馈信号,而探知该端件与所述鞋带孔间的相对位置,同时,通过该控制规划决定将该端件穿设于其中一个鞋带孔,以设定该机械臂的目标位置,及对该端件的操作编程,而输出该控制信号,让该机械臂移动至该目标位置,并依照该操作编程带动该端件穿设于该鞋带孔,进而让该端件依序地穿设于所述鞋带孔。
3.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该视觉运算模块所进行的分析运算,是相关于一个三维重建算法,或一个二维图像特征分析流程。
4.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该视觉反馈单元包括一个光源模块,该光源模块用于发出穿过所述鞋带孔的光线,且该光线能被撷取在该平面影像上,使所述鞋带孔在该平面影像中的影像特征强度增加,以提升该视觉反馈单元对所述鞋带孔坐标的分析运算效率。
5.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该机械臂包括一个夹爪模块、一个机臂,及一个控制器,该控制器接收该控制信号,并解析该控制信号,以分别向该夹爪模块及该机臂输出一笔夹放信号及一笔驱动信号,该夹爪模块受该夹放信号控制,而能对所带动的端件进行夹拉或松放,该机臂受该驱动信号控制,而能带动该夹爪模块相对于该机架移动,该控制器根据该夹爪模块及该机臂的感测组件,探知该夹爪模块的夹放状态与该机臂的空间姿态,而输出相关于该探知结果的该伺服反馈信号。
6.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该机架还包括一个载台,该置鞋装置能滑移地设置于该载台,且相对于该载台在一个自动化作业位置及一个人工操作位置间移动,当该置鞋装置连同该鞋子在该自动化作业位置时,该视觉反馈单元输出该控制信号,以驱使该机械臂带动该端件依序地穿设所述鞋带孔,当该置鞋装置在该人工操作位置时,操作者能取下已穿设好该鞋带的鞋子,或是将另一只尚未穿设鞋带的鞋子套置于该置鞋装置。
7.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该机架还包括一个架板,该置鞋装置是设置于该架板,当操作者将尚未穿设鞋带的鞋子套置于该置鞋装置时,该视觉反馈单元输出该控制信号,以驱使该机械臂带动该端件依序地穿设所述鞋带孔,再由操作者取下已穿设好该鞋带的鞋子。
8.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该机架还包括一个夹持装置,该夹持装置具有两个分别用于夹掣对应鞋带孔片的夹钳组,每一个夹钳组包括一个设置于该置鞋装置其中一侧的内夹钳,及一个能相对于该内夹钳在一个夹持位置与一个非夹持位置间移动的外夹钳,当该外夹钳在该夹持位置时,其中一片鞋带孔片被夹持撑立于该内夹钳与该外夹钳间,当该外夹钳在该非夹持位置时,该外夹钳远离于该内夹钳,使该鞋子能从该置鞋装置上取下或套置。
9.根据权利要求1所述的自动化穿鞋带系统,其特征在于:该鞋子还具有一个介于所述鞋带孔片间的鞋舌,及一片设置于该鞋舌顶面,且能挠曲形成一个穿绕孔的穿绕片,该机架还包括一个勾舌装置,该勾舌装置具有一个与该视觉反馈单元信号连接的驱动器,及一个用于穿设于该穿绕孔的勾环件,该视觉反馈单元输出一笔相关于该反馈结果的抬降信号至该驱动器,使该勾环件受到该驱动器的带动,而能相对于该置鞋装置在一个抬升位置与一个压降位置间枢摆,当该勾环件在该抬升位置时,该鞋舌被带动远离该置鞋装置,使该鞋舌顶面高于所述鞋带孔的位置,而让该穿绕孔能被撷取在该平面影像上,该视觉反馈单元驱使该机械臂带动该端件穿设该穿绕孔,当该勾环件在该压降位置时,该鞋舌被带动压向该置鞋装置,使该鞋舌顶面低于所述鞋带孔的位置,该视觉反馈单元驱使该机械臂依序地带动该端件穿设所述鞋带孔。
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