CN110258030A - 一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，包括：确定缝纫机转速线性区域与机器人输出信号量的映射关系；将缝纫机转速与机器人输出信号量进行转化，确定机器人轨迹中速度速度同步区域；确定机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系；设置机器人控制缝纫机工作的多个控制信号量；由机器人控制器来控制自动完成上料，确定机器人的运动轨迹，在缝制的过程中，缝纫机的转速随着机器人速度同步变化；机器人控制器根据相应的控制信号量控制自动完成抬压脚、剪线和下料操作。本发明实现机器人缝纫机的缝制速度与机器人的TCP速度同步，进而控制针距大小，且自动控制缝制过程中的动作，实现自动同步缝制。

Description

一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法。

背景技术

目前，大多数布料的缝制还依赖于人工，机器人因其具有通用性强，灵活性好等优点，已成为自动化缝制方面应用的焦点。然而机器人自动化缝制是一个复杂的任务，其中缝制的针脚不仅影响缝制好服装等的美观，还影响缝制的质量，因此，对针脚的控制显得尤为重要。

针对针脚的控制，常见的人工操作是通过脚踏板来控制缝纫机的速度，从而控制针脚；但是显而易见，人工得到的针脚受人为影响因素很大。然而机器人代替人工缝纫的时候，由于机器人存在非恒速情况(如加速减速，转弯区等)，传统的控制方法会导致缝纫的针脚不均匀。为了解决此问题，基于机器人的控制系统开发速度输出功能，以达到缝纫机速度与机器人TCP速度同步匹配功能。

现有技术中针对机器人和缝纫机协同缝制的案例很少，并且大多数研究都是机器人末端加持缝制设备。Johannes Schrimpf等人针对此方面研究较多，但是他们是利用传感器和两个机器人协同来完成缝制，研究的为两个机器人的速度匹配和脚点匹配；

目前针对基于机器人控制系统的机器人和缝纫机协同缝制速度匹配的研究没有相同案例；然而，若不考虑机器人速度与缝纫速度不匹配的细节，进而会引发的针脚不均匀或者很难控制，导致缝制结果不美观和缝制的质量降低，因此如何提供一种布料缝制速度同步方法显得尤为必要且重要。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，包括如下步骤：

步骤S1，确定缝纫机转速线性区域与机器人输出信号量的映射关系；

步骤S2，将缝纫机转速与机器人输出信号量进行转化，确定机器人轨迹中速度速度同步区域；

步骤S3，确定机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系；

步骤S4，进行缝纫前的准备工作，连接机器人控制器与缝纫机的操作控制端口；

步骤S5，根据缝纫机的属性以及所述机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系，设置所述机器人控制缝纫机工作的多个控制信号量；

步骤S6，设置完成后，由机器人控制器来控制自动完成上料，然后确定机器人的运动轨迹，同步进行缝制，在缝制的过程中，依据机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系，缝纫机的转速随着机器人速度同步变化；

步骤S7，所述机器人控制器根据相应的控制信号量控制自动完成抬压脚、剪线和下料操作。

进一步，所述机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系如下:

其中，机器人的最大tcp速度tcp_v_max(mm/s)，机器人最小tcp速度tcp_v_min(mm/s),机器人当前tcp速度tcp_v(mm/s),缝纫机线性区域最大转速n_max(r/min)，缝纫机线性区域最小转速n_min(r/min)，缝纫机针距stitch(mm),信号输出量signal_value。

进一步，在所述步骤S5中，所述控制信号量包括：剪线控制信号量、抬压脚控制信号量、下料控制信号量。

进一步，在所述步骤S4中，缝纫前的准备工作包括：

安装好夹具，进行工具/工件坐标系标定，工具为末端抓取布料的装置，工具为缝纫机工作台，上下料箱准备就绪，标定上下料箱位置。

进一步，在所述步骤S5中，设置所述机器人控制缝纫机工作的多个控制信号量，包括：新建缝纫机，设置缝纫机的最大最小速度、针距、信号量最大值、信号量最小值，抬压脚/剪线信号值。

进一步，在所述步骤S6中，所述确定机器人的运动轨迹，包括以下方式之一：通过相机或示教过程获取机器人的运动轨迹。

进一步，在所述步骤S7中，在完成下料操作之后，判断缝制过程是否结束，如果否则判断是否需要变针脚，改变参数，如果是则返回步骤S5，否则重新确定运动估计，同步缝制。

根据本发明实施例的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，利用机器人控制系统的输出速度同步功能来调节缝纫机的速度，使其随着机器人的速度的变化，缝纫机的针脚能够保持均匀或可调节，实现基于机器人控制系统的机器人速度输出与缝纫机速度之间的匹配。本发明利用机器人控制系统通过信号量可实现机器人缝纫机的缝制速度与机器人的TCP速度同步，进而控制针距大小，且自动控制缝制过程中的剪线和抬压脚等动作，实现自动同步缝制。

本发明实施例的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，具有以下有益效果：低成本，操作简单，只需调整参数即可；基于机器人控制系统开发，可获得实时机器人TCP速度；不仅可以保持针脚均匀(线性关系)，也可让缝纫机转速和机器人速度形成其余的函数关系；整个缝制过程，抬压脚，剪线等操作均由机器人控制器控制缝纫机自动完成操作；兼容性强，兼容多种标准缝纫机和机器人控制系统之间的交互；可扩展性强，可扩展到其余需要速度输出或速度匹配的应用上。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的机器人速度匹配参数确定过程的流程图；

图3为根据本发明实施例的同步缝制过程示意图；

图4a为根据本发明实施例的转弯区速度变化时，不进行速度匹配结果的示意图；

图4b为根据本发明实施例的转弯区速度变化时，进行速度匹配结果的示意图；

图5a为根据本发明实施例的机器人速度逐渐增大时，不进行速度匹配结果的示意图；

图5b为根据本发明实施例的机器人速度逐渐增大时，进行速度匹配结果的示意图。

图6a和图6b为根据本发明实施例的缝纫机转速与机器人速度之间的关系图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，该方法中的机器人采用六自由度机器人。

如图1所示，本发明实施例的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，包括如下步骤：

步骤S1，确定缝纫机转速线性区域与机器人输出信号量的映射关系。

步骤S2，将缝纫机转速与机器人输出信号量进行转化，确定机器人轨迹中速度速度同步区域。

步骤S3，确定机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系。

机器人速度与缝纫机转速之间的线性数学函数关系如下:

其中，机器人的最大tcp速度tcp_v_max(mm/s)，机器人最小tcp速度tcp_v_min(mm/s),机器人当前tcp速度tcp_v(mm/s),缝纫机线性区域最大转速n_max(r/min)，缝纫机线性区域最小转速n_min(r/min)，缝纫机针距stitch(mm),信号输出量signal_value。需要说明的是，此类参数支持包含但不限于正相关和负相关的线性关系且可扩展为非线性关系，并且关系支持实时变换。

图2为根据本发明实施例的机器人速度匹配参数确定过程的流程图。

具体的，通过输入缝纫机线性区域的最大最小转速以及针脚，机器人控制系统自动计算机器人的同步TCP最大小速度且通过缝纫机与信号量之间的关系映射控制缝纫机的转速。因此，缝纫机的转速与机器人速度以及缝纫机的转速与信号量，机器人速度与信号量输出之间均是一种线性关系，从数学角度来讲，满足上式分段函数关系，而通过调整针距可以动态调整线性关系的比例值。

此外，非线性关系可看成缝纫机转速与针距或信号量的值，可以等同。令针距与机器人速度之间形成非线性关系，如指数关系，log关系，多项式等等均可。

图6a和图6b为根据本发明实施例的缝纫机转速与机器人速度之间的关系图。

需要说明的是，本发明也支持非线性关系去适应针脚的变化的缝制，其数学表达式如下：

pitch＝e^tcp_v

底数可配置

pitch＝a×tcp_v²+b×tcp_v+c,过(tcp_v_min,pitch_min),

(tcp_v_min,pitch_min)两点，或可配置a,b,c参数 (2)

进一步，本发明也支持其余非线性可求解关系。

步骤S4，进行缝纫前的准备工作，连接机器人控制器与缝纫机的操作控制端口。

具体来说，参考图3，本步骤的缝纫前的准备工作包括：

(1)安装好夹具，进行工具/工件坐标系标定，工具为末端抓取布料的装置，工具为缝纫机工作台，上下料箱等准备就绪，标定上下料箱位置。

(2)断电情况下，连接机器人控制器与缝纫机转速、抬压脚和剪线等操作控制端口。

(3)启动缝纫机和机器人控制器。

步骤S5，根据缝纫机的属性以及机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系，设置机器人控制缝纫机工作的多个控制信号量。

具体来说，新建缝纫机，设置缝纫机最大速度、缝纫机最小速度、针距、信号量最大值、信号量最小值、抬压脚/剪线信号值(速度同步参数)，并进行保存设置。

在本发明的实施例中，控制信号量包括：剪线控制信号量、抬压脚控制信号量、下料控制信号量等。

需要说明的是，控制信号量的类型可以由用户根据需要进行设置添加。

在本发明的实施例中，机器人控制系统开发通过包含但不限于TCP/IP、串口、数字量、模拟量、总线协议等输出相应功能控制缝纫机进行此类操作，即上述提及的控制信号量。

本步骤可以根据缝纫机属性，将机器人的输出与缝纫机转速之间的关系进行转换，从而保证机器人速度和缝纫机转速之间的关系。基于此，本发明中的所有操作均由机器人控制器控制，从而实现全自动化缝制。

步骤S6，设置完成后，由机器人控制器来控制自动完成上料，然后确定机器人的运动轨迹，同步进行缝制，在缝制的过程中，依据机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系，缝纫机的转速随着机器人TCP速度同步变化。

图4a为根据本发明实施例的转弯区速度变化时，不进行速度匹配结果的示意图。图4b为根据本发明实施例的转弯区速度变化时，进行速度匹配结果的示意图。

通过比较两幅图可知，转弯区速度变化时，如果不进行速度匹配，则在曲率较大处，会导致针脚过于密集，参考图4a。如果进行速度匹配，则针脚分布均匀，如图4b所示。

图5a为根据本发明实施例的机器人速度逐渐增大时，不进行速度匹配结果的示意图；图5b为根据本发明实施例的机器人速度逐渐增大时，进行速度匹配结果的示意图。

通过比较两幅图可知，机器人速度逐渐增大时，如果不进行速度匹配，则针脚分布疏松，参考图5a。如果进行速度匹配，则针脚分布均匀，如图5b所示。

在本发明的实施例中，确定机器人的运动轨迹，包括以下方式之一：通过相机或示教过程获取机器人的运动轨迹。

步骤S7，机器人控制器根据相应的控制信号量控制自动完成抬压脚、剪线和下料操作。

(1)抬压脚：由机器人控制器控制自动完成抬压脚操作，机器人控制系统通过对信号量的控制对缝纫机控制器的控制。

(2)剪线：由机器人控制器控制缝纫机自动完成剪线操作，机器人控制系统通过对信号量的控制对缝纫机控制器的控制。

(3)下料：机器人控制器控制机器人自动完成下料操作。

在完成下料操作之后，判断缝制过程是否结束，如果否则判断是否需要变针脚，改变参数，如果是则返回步骤S5，否则重新确定运动估计，同步缝制。

根据本发明实施例的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，利用机器人控制系统的输出速度同步功能来调节缝纫机的速度，使其随着机器人的速度的变化，缝纫机的针脚能够保持均匀或可调节，实现基于机器人控制系统的机器人速度输出与缝纫机速度之间的匹配。本发明利用机器人控制系统通过信号量可实现机器人缝纫机的缝制速度与机器人的TCP速度同步，进而控制针距大小，且自动控制缝制过程中的剪线和抬压脚等动作，实现自动同步缝制。

本发明实施例的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，具有以下有益效果：低成本，操作简单，只需调整参数即可；基于机器人控制系统开发，可获得实时机器人TCP速度；不仅可以保持针脚均匀(线性关系)，也可让缝纫机转速和机器人速度形成其余的函数关系；整个缝制过程，抬压脚，剪线等操作均由机器人控制器控制缝纫机自动完成操作；兼容性强，兼容多种标准缝纫机和机器人控制系统之间的交互；可扩展性强，可扩展到其余需要速度输出或速度匹配的应用上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，确定缝纫机转速线性区域与机器人输出信号量的映射关系；

步骤S2，将缝纫机转速与机器人输出信号量进行转化，确定机器人轨迹中速度速度同步区域；

步骤S3，确定机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系；

步骤S4，进行缝纫前的准备工作，连接机器人控制器与缝纫机的操作控制端口；

步骤S5，根据缝纫机的属性以及所述机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系，设置所述机器人控制缝纫机工作的多个控制信号量；

步骤S6，设置完成后，由机器人控制器来控制自动完成上料，然后确定机器人的运动轨迹，同步进行缝制，在缝制的过程中，依据机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系，缝纫机的转速随着机器人速度同步变化；

步骤S7，所述机器人控制器根据相应的控制信号量控制自动完成抬压脚、剪线和下料操作。

2.如权利要求1所述的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，所述机器人速度与缝纫机转速之间的函数关系如下:

其中，机器人的最大tcp速度tcp_v_max(mm/s)，机器人最小tcp速度tcp_v_min(mm/s),机器人当前tcp速度tcp_v(mm/s),缝纫机线性区域最大转速n_max(r/min)，缝纫机线性区域最小转速n_min(r/min)，缝纫机针距stitch(mm),信号输出量signal_value。

3.如权利要求1所述的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，在所述步骤S5中，所述控制信号量包括：剪线控制信号量、抬压脚控制信号量、下料控制信号量。

4.如权利要求1所述的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，在所述步骤S4中，缝纫前的准备工作包括：

安装好夹具，进行工具/工件坐标系标定，工具为末端抓取布料的装置，工具为缝纫机工作台，上下料箱准备就绪，标定上下料箱位置。

5.如权利要求1所述的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，在所述步骤S5中，设置所述机器人控制缝纫机工作的多个控制信号量，包括：新建缝纫机，设置缝纫机的最大最小速度、针距、信号量最大值、信号量最小值，抬压脚/剪线信号值。

6.如权利要求1所述的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，在所述步骤S6中，所述确定机器人的运动轨迹，包括以下方式之一：通过相机或示教过程获取机器人的运动轨迹。

7.如权利要求1所述的基于机器人控制系统的布料缝制速度同步方法，其特征在于，在所述步骤S7中，在完成下料操作之后，判断缝制过程是否结束，如果否则判断是否需要变针脚，改变参数，如果是则返回步骤S5，否则重新确定运动估计，同步缝制。