CN113197395B - 一种鞋面自动成型生产方法及生产线 - Google Patents

一种鞋面自动成型生产方法及生产线 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种鞋面自动成型生产方法及生产线，生产方法包括如下步骤：A、采用高对比度材料在鞋面上贴出与鞋面所匹配的鞋底形状对应的临时鞋底；B、扫描相机按预定轨迹绕鞋面进行环绕扫描，得到鞋面点云数据；C、获取旋转矩阵；D、获取原始轨迹；E、获取原始轨迹对应的轨迹点位；F、获取过渡轨迹；G、根据过渡轨迹和旋转矩阵，得到最终轨迹；H、分别通过不同的坐标变换，将最终轨迹分别变换为四个机器人的动作轨迹，并分别生成对应的PRG以发送至对应的机器人。本发明能够自动生成分别适用于打粗、喷处理剂和喷胶水机器人的动作轨迹，节省人工成本，且能够适用于不同的鞋面，通用性强。

Description

一种鞋面自动成型生产方法及生产线
技术领域
本发明涉及一种鞋面自动成型生产方法及生产线。
背景技术
目前传统鞋面成型生产中，打粗作业、划线作业、喷处理剂和喷胶水均以手工制作为主，辅以机械化作业。而生产车间物料堆积散乱，人工作业环境恶劣，手持鞋面进行机械化操作极为不安全。而上述作业的质量则受工人本身的技术熟练度、注意力集中等因素影响较大，同时人工打粗、划线等作业耗时长，且打粗产生的粉尘对人身体有不良影响。
对于市面上少量现有的采用机器人的鞋面成型生产线，都是以轨迹示教来提取机器人运行轨迹，无法实现轨迹自动生成，对每个码段、左右脚鞋都需进行示教轨迹，准备工作时间长，并且对随行夹具及鞋楦的标准化要求高。
发明内容
本发明提出一种鞋面自动成型生产方法及生产线，能够自动生成分别适用于打粗、划线、喷处理剂和喷胶水机器人的动作轨迹，节省人工成本，且能够适用于不同的鞋面，通用性强。
本发明通过以下技术方案实现：
一种鞋面自动成型生产方法，包括如下步骤：
A、采用高对比度材料在鞋面上贴出与鞋面所匹配的鞋底形状对应的临时鞋底，临时鞋底与鞋面之间的粘贴线与鞋面具有明显的明暗区别；
B、扫描机器人手持单目线扫描相机按照预定轨迹绕经步骤A处理后的鞋面进行环绕扫描，得到鞋面点云数据，并记录扫描机器人扫描中的位置信息，扫描时应保证所述粘贴线清晰可见；
C、将鞋面点云数据与预设的鞋面模板点云进行ICP匹配，以得到旋转矩阵；
D、根据鞋面点云数据和机器人扫描中的位置信息，重建当前鞋面的三维模型，并提取三维模型中的激光样条在视野中心两侧的最高点坐标，以获得原始轨迹；
E、对原始轨迹进行去噪处理以及B样条曲线拟合后离散为等距离轨迹点位；
F、通过鞋面点云数据和轨迹点位计算各轨迹点位的面法向矢量，以得到过渡轨迹；
G、根据过渡轨迹和旋转矩阵，得到最终轨迹；
H、分别通过不同的坐标变换，将最终轨迹分别变换为基于打粗坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系的三个机器人动作轨迹，并分别生成对应的PRG以发送至对应的机器人。
进一步的，将鞋面套在鞋楦上后，参照鞋楦在鞋面上贴出临时鞋底，临时鞋底的形状通过模拟匹配鞋底和鞋面贴合成型后的形状而定。
进一步的，所述高对比度材料包括反光材料或者美纹纸。
进一步的，所述步骤B中，所述预定轨迹根据鞋面的尺码和左右脚信息得到。
进一步的，所述步骤C中，所述鞋面模板点云为鞋楦放置在准确位置且鞋面按照规范套在鞋楦上时，机械臂按照预定轨迹所拍摄的点云数据。
进一步的，所述步骤E中，去噪处理包括对原始轨迹进行中值滤波处理。
进一步的，所述步骤B中，在扫描过程中，需调整单目线扫描相机的曝光值，以保证所述粘贴线清晰可见。
本发明还通过以下技术方案实现：
基于如上任一所述的鞋面自动成型生产方法的鞋面自动成型生产线，包括控制装置、分别与控制装置连接且依次布置的第一升降机、扫描站、打粗站、鞋面处理剂站、鞋面胶水站和第二升降机、设置在第一、第二升降机之间且循环转动的双层链条线、设置在双层链条线上的随行夹具和高对比度材料，将鞋面套在鞋楦上，并采用高对比度材料在鞋面上贴出对应形状的临时鞋底后，将鞋楦设置在随行夹具上并进入扫描站，扫描站内的扫描机器人手持单目线扫描相机按照预定轨迹绕鞋面进行环绕扫描，得到鞋面点云数据，并记录扫描机器人扫描中的位置信息，控制装置根据扫描数据获取旋转矩阵，以及与旋转矩阵有关的最终轨迹，并通过不同的坐标变换，将最终轨迹分别变换为基于打粗坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系的三个机器人动作轨迹，并分别生成对应的PRG以发送至打粗站、鞋面处理剂站和鞋面胶水站内的机器人。
进一步的，所述高对比度材料包括反光材料或者美纹纸。
进一步的，所述扫描站还包括可供双层链条线穿过的框架，所述扫描机器人为多关节机械臂，机械臂上端可拆卸地设置在框架顶部且向下延伸，单目线扫描相机可转动地设置在机械臂下端，控制装置与机械臂连接，以控制其按照预定的轨迹环绕扫描鞋面。
本发明具有如下有益效果：
1、工作时，先将鞋面套在鞋楦上，并利用高对比度材料在鞋面上粘贴出与鞋面所匹配的鞋底形状对应的临时鞋底，然后鞋面随双层链条线进入扫描站，扫描站的扫描机器人按照预定的轨迹环绕扫描鞋面以得到鞋面点云，控制装置根据鞋面点云数据和预设的鞋面模板点云得到旋转矩阵，并根据鞋面点云数据和机器人扫描中的位置信息，重建当前鞋面的三维模型以获得原始轨迹，再根据原始轨迹和旋转矩阵得到最终轨迹，最后将该最终轨迹分别变换为基于打粗坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系的三个机器人动作轨迹，并分别生成对应的PRG以发送至对应的机器人，从而实现机器人动作轨迹的自动生成，生产线无需人工参与，减少人工成本，在扫描之前，利用高比对材料在鞋面上粘出临时鞋底，原始轨迹即为临时鞋底与鞋面的交线，从而使后续获得原始轨迹的图像处理过程更为简单，也使得计算出的动作轨迹不再受鞋面左右脚以及大小码的限制，即能够适用于不同的鞋面，通用性强，且动作轨迹更为贴合真实鞋面，精度更高，效果更好，另一方面，相比示教过程中需要给定机器人姿态，本发明的机器人姿态自动计算，更为准确，再者，通过旋转矩阵得到最终轨迹，即当鞋面出现意外的倾斜时，可将倾斜部分计算进动作轨迹内，从而使机器人能够适应于鞋面的具体情况，保证动作的有效性，进一步提高机器人操作的精度。
2、机械臂上端设置在框架顶部且向下延伸，单目线扫描相机可转动地设置在机械臂下端，如此布置机械臂，能够使机械臂的动作范围更大，有利于对鞋面的环绕扫描。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明鞋面粘上临时鞋底后的结构示意图。
图3为本发明生产线的结构示意图。
图4为本发明生产线的结构示意图(仅以打粗站作为示例)。
图5为本发明扫描站的结构示意图。
图6为本发明扫描站另一角度的结构示意图。
图7为本发明扫描站另一角度的结构示意图。
其中，1、第一升降机；2、扫描站；21、框架；22、安装板；24、机械臂；25、转动机构；26、第一斜板；27、第二斜板；28、第二连接板；29、扫描机构；3、打粗站；4、第二升降机；5、双层链条线；6、鞋楦；7、临时鞋底；8、鞋面；9、控制装置；10、信息采集站；11、鞋底处理剂站；12、鞋面处理剂站；13、第一烤箱；14、鞋底胶水站；15、鞋面胶水站；16、第二烤箱。
具体实施方式
如图3至图7所示，鞋面成型生产线包括控制装置9、分别与控制装置9连接且依次布置的第一升降机1、扫描站2、打粗站3、信息采集站10、鞋底处理剂站11、鞋面处理剂站12、第一烤箱13、鞋底胶水站14、鞋面胶水站15、第二烤箱16和第二升降机4、设置在第一升降机1、第二升降机4之间且循环转动的双层链条线5、驱动双层链条线5转动的驱动机构、设置在双层链条线5上的随行夹具和高对比度材料，扫描站2包括框架21、扫描机器人和扫描装置，框架21可供双层链条线5穿过，扫描机器人为多关节机械臂24，机械臂24上端可拆卸地设置在框架21顶部且向下延伸，单目线扫描相机可转动地设置在机械臂24下端，控制装置9与机械臂24连接，以控制其按照预定的轨迹环绕扫描鞋面8。打粗站3、信息采集站10、鞋底处理剂站11、鞋面处理剂站12、第一烤箱13、鞋底胶水站14、鞋面胶水站15、第二烤箱16鞋面处理剂站12鞋面胶水站15均供双层链条线5穿过，且打粗站3、鞋底处理剂站11、鞋面处理剂站12、鞋底胶水站14、鞋面胶水站15内均设置有机器人，该五个站的具体结构为现有技术，打粗站3内的机器人也可用于划线。双层链条线5与第一升降机1和第二升降机4的连接机构、以及驱动机构均为现有技术。随行夹具结构为现有技术。
在第一升降机1与扫描站2之间形成上下料区，在上下料区，人工采用高对比度材料在在鞋面8上贴出与鞋面8所匹配的鞋底形状对应的临时鞋底7，并将做好处理后的鞋楦6放入双层链条线5上层的随行夹具内，当鞋面成型后，则随双层链条线5下层回到上下料区，由人工将鞋楦6和鞋面8一并取下。
具体地，扫描站2包括可供双层链条线5穿过的框架21、设置在框架21顶部的安装板22、机械臂24、分别设置在机械臂24上端两侧且向外延伸的两第一连接板和可转动地设置在机械臂24下端的扫描机构29，两第一连接板通过螺栓锁紧在安装板22上，以将机械臂24可拆卸地倒装在框架21顶部。机械臂24下端设置有倾斜向下的转动机构25，转动机构25下端设置有倾斜向上的第一斜板26，第一斜板26末端设置有倾斜向下的第二斜板27，第二斜板27上端通过与第一斜板26平行的延伸部固定在第一斜板26上，第二斜板27下端设置有倾斜向上的第二连接板28，扫描机构29固定在第二连接板28下表面，第一斜板26与鞋面8平行。其中，转动机构25为现有技术。
扫描站2内设置有两工位，机械臂24的初始位置位于两工位之间。双层链条线5的上层由第一升降机1开始，依次经过扫描站2内的两工位和打粗站3内的工位并至第二升降机4后，变为下层依次经打粗站3和扫描站2至第一升降机1。
在本实施例中，控制装置9为工控机。
如图1和图2所示，鞋面成型生产方法包括如下步骤：
A、在上下料区，由人工采用高对比度材料在在鞋面8上贴出与鞋面8所匹配的鞋底形状对应的临时鞋底7，临时鞋底7与鞋面8之间的粘贴线与鞋面8具有明显的明暗区别；具体的，将鞋面8套在鞋楦6上后，参照鞋楦6在鞋面8上贴出临时鞋底7，临时鞋底7的形状通过模拟匹配鞋底和鞋面贴合成型后的形状而定，具体如何贴，则无具体要求，只要满足临时鞋底7粘贴在鞋面8的粘贴线与实际相符就可以；高对比度材料可采用反光材料或者美纹纸，在本实施例中，采用美纹纸；
B、扫描机器人手持单目线扫描相机按照预定轨迹绕经步骤A处理后的鞋面8进行环绕扫描，得到鞋面点云数据，并记录扫描机器人扫描中的位置信息，扫描过程中需调整单母线扫描相机的曝光值，以保证所述粘贴线清晰可见；该预定轨迹由控制装置9根据鞋面8的尺码和左右脚信息得到，尺码和左右脚信息则通过读取RFID来获取，具体获取过程为现有技术；
C、控制装置9利用Statistical outlier removal算法去除鞋面点云数据中的离群点云，并将去除离群点云后的鞋面点云数据与预设的鞋面8模板点云进行ICP匹配，以得到旋转矩阵；鞋面8模板点云为鞋楦6放置在准确位置且鞋面8按照规范套在鞋楦6上时，机械臂24按照预定轨迹所拍摄的点云数据；
D、控制装置9根据去除离群点云后的鞋面点云数据和机器人扫描中的位置信息，重建当前鞋面8的三维模型，并提取三维模型中的激光样条在视野中心两侧的最高点坐标，以获得原始轨迹；重建三维模型和提取最高点坐标的过程均为现有技术；
E、对原始轨迹进行中值滤波处理以降噪后，再进行B样条曲线拟合后离散为等距离轨迹点位(XYZ)；
F、通过鞋面点云数据和轨迹点位(XYZ)计算各轨迹点位的面法向矢量(ABC)，以得到过渡轨迹；
G、将过渡轨迹乘以旋转矩阵，得到最终轨迹；
H、分别通过不同的坐标变换，将最终轨迹分别变换为基于打粗坐标系、划线坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系的四个机器人动作轨迹，并分别生成对应的机器人运行程序以发送至打粗站3、鞋面处理剂站12和鞋面胶水站15内的机器人，打粗坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系均为已知量，坐标转换过程为现有技术；期间，还将由鞋底处理剂站11对鞋底进行喷处理剂处理、由鞋底胶水站14对鞋底进行喷胶处理；
I、当鞋面8经鞋面胶水站15的机器人处理完后，与已进行喷胶处理的鞋底共同进入第二烤箱16烘烤活化后，鞋面8即与鞋底完成贴合，即鞋子成型，鞋子随双层链条线5的下层回到上下料区，由人工将鞋子取下。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、采用高对比度材料在鞋面上贴出与鞋面所匹配的鞋底形状对应的临时鞋底，临时鞋底与鞋面之间的粘贴线与鞋面具有明显的明暗区别；
B、扫描机器人手持单目线扫描相机按照预定轨迹绕经步骤A处理后的鞋面进行环绕扫描，得到鞋面点云数据，并记录扫描机器人扫描中的位置信息，扫描时应保证所述粘贴线清晰可见；
C、将鞋面点云数据与预设的鞋面模板点云进行ICP匹配，以得到旋转矩阵；
D、根据鞋面点云数据和机器人扫描中的位置信息，重建当前鞋面的三维模型，并提取三维模型中的激光样条在视野中心两侧的最高点坐标，以获得原始轨迹；
E、对原始轨迹进行去噪处理以及B样条曲线拟合后离散为等距离轨迹点位；
F、通过鞋面点云数据和轨迹点位计算各轨迹点位的面法向矢量，以得到过渡轨迹；
G、根据过渡轨迹和旋转矩阵，得到最终轨迹；
H、分别通过不同的坐标变换，将最终轨迹分别变换为基于打粗坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系的三个机器人动作轨迹，并分别生成对应的PRG以发送至对应的机器人。
2.根据权利要求1所述的一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：所述步骤A中具体为：将鞋面套在鞋楦上后，参照鞋楦在鞋面上贴出临时鞋底，临时鞋底的形状通过模拟匹配鞋底和鞋面贴合成型后的形状而定。
3.根据权利要求1所述的一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：所述步骤A中具体为：所述高对比度材料包括反光材料或者美纹纸。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：所述步骤B中，所述预定轨迹根据鞋面的尺码和左右脚信息得到。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：所述步骤C中，所述鞋面模板点云为鞋楦放置在准确位置且鞋面按照规范套在鞋楦上时，机械臂按照预定轨迹所拍摄的点云数据。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：所述步骤E中，去噪处理包括对原始轨迹进行中值滤波处理。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种鞋面自动成型生产方法，其特征在于：所述步骤B中，在扫描过程中，需调整单目线扫描相机的曝光值，以保证所述粘贴线清晰可见。
8.基于如权利要求1-7任一所述的鞋面自动成型生产方法的鞋面自动成型生产线，其特征在于：包括控制装置、分别与控制装置连接且依次布置的第一升降机、扫描站、打粗站、鞋面处理剂站、鞋面胶水站和第二升降机、设置在第一、第二升降机之间且循环转动的双层链条线、设置在双层链条线上的随行夹具和高对比度材料，将鞋面套在鞋楦上，并采用高对比度材料在鞋面上贴出对应形状的临时鞋底后，将鞋楦设置在随行夹具上并进入扫描站，扫描站内的扫描机器人手持单目线扫描相机按照预定轨迹绕鞋面进行环绕扫描，得到鞋面点云数据，并记录扫描机器人扫描中的位置信息，控制装置根据扫描数据获取旋转矩阵，以及与旋转矩阵有关的最终轨迹，并通过不同的坐标变换，将最终轨迹分别变换为基于打粗坐标系、喷处理剂坐标系和喷胶水坐标系的三个机器人动作轨迹，并分别生成对应的PRG以发送至打粗站、鞋面处理剂站和鞋面胶水站内的机器人。
9.根据权利要求8所述的鞋面自动成型生产线，其特征在于：所述高对比度材料包括反光材料或者美纹纸。
10.根据权利要求8所述的鞋面自动成型生产线，其特征在于：所述扫描站还包括可供双层链条线穿过的框架，所述扫描机器人为多关节机械臂，机械臂上端可拆卸地设置在框架顶部且向下延伸，单目线扫描相机可转动地设置在机械臂下端，控制装置与机械臂连接，以控制其按照预定的轨迹环绕扫描鞋面。
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