CN113914020B - 一种三伺服电机缝纫机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三伺服电机缝纫机控制系统，包括工业缝纫机主体与互联网系统，所述工业缝纫机主体包括控制器、主轴电机、倒缝电机、压脚一剪电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入，所述互联网系统包括通讯模块、移动终端、控制模块、远程服务以及数据中心，所述主控模块电连接有通讯模块，所述通信模块设有通讯接口，所述通讯接口通过蓝牙连接移动终端，所述通信接口通过无线和CAN连接控制模块，所述移动终端与控制模块连接有远程服务和数据中心，不仅噪音小，而且精度高非常完善。

Description

一种三伺服电机缝纫机控制系统

技术领域

本发明涉及缝纫机控制系统技术领域，特别涉及一种三伺服电机缝纫机控制系统。

背景技术

缝纫机是用一根或多根缝纫线，在缝料上形成一种或多种线迹，使一层或多层缝料交织或缝合起来的机器。缝纫机能缝制棉、麻、丝、毛、人造纤维等织物和皮革、塑料、纸张等制品，缝出的线迹整齐美观、平整牢固，缝纫速度快、使用简便。并以之衍生出手推绣电脑刺绣等艺术形式。

现有技术中的电机控制缝纫机结构缺陷大，噪音大，精度低，不够完善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三伺服电机缝纫机控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三伺服电机缝纫机控制系统，包括工业缝纫机主体与互联网系统，所述工业缝纫机主体包括控制器、主轴电机、倒缝电机、压脚一剪电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入，所述互联网系统包括通讯模块、移动终端、控制模块、远程服务以及数据中心，所述控制器内设有主控模块，所述主控模块与主轴电机、倒缝电机、压脚一剪电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入均电连接，所述主控模块电连接有通讯模块，所述通信模块设有通讯接口，所述通讯接口通过蓝牙连接移动终端，所述通信接口通过无线和CAN连接控制模块，所述移动终端与控制模块连接有远程服务和数据中心。

进一步的，所述主轴电机与主控模块之间设有主轴驱动；所述倒缝电机与主控模块之间设有倒缝驱动；所述压脚一剪电机与控制模块之间设有压脚一剪电机控制与压脚一剪电机驱动；所述夹线电磁铁、松线电磁铁与主控模块之间设有电磁铁驱动。

进一步的，所述主控模块选用基于120MHz-M4内核的GD32F303主流型微控制器，配备了2个支持三相PWM互补输出接口的16位高级定时器，可同时控制2个伺服电机，其设有丰富的外设接口，分别为USB2.0全速、CAN、LIN、LCD通用接口为物联网方案选择提供了便利性。

进一步的，该系统电路硬件为输入与整流输入与整流、开关电源、主控芯片、主轴驱动与输出、主轴电流检测与保护、主轴编码信号输入、倒缝电机驱动与输出、倒缝电机电流检测与保护、倒缝电机编码信号输入、剪线-抬压脚电机驱动与输出、剪线-抬压脚电机电流检测与保护、剪线-抬压脚电机编码信号输入、剪线-抬压脚控制芯片、电磁铁驱动与输出、外部输入信号检测模块、通讯模块，三套电机驱动集成一块板上，需要对电源管理、信号干扰等问题进行优化处理。

进一步的，该三伺服控制系统的电源模块为输入、整流、开关电源几个部分，硬件方案选择能满足后续各模块功率需求，PCB布局能有效抑制电源噪声，减少对后续电路干扰。

进一步的，该三伺服控制系统电流检测与保护电路选用康铜丝采样电路，配合高性能运放，构成电机控制电流反馈电路，提高控制准确性，在功率过大的时候，通过软件控制的方式可以有效的保护元器件，提供产品使用寿命，此电路对PCB布局难度大，并直接影响到电机控制效果。

进一步的，该三伺服控制系统内的人机交互模块，配合主芯片丰富的硬件外设，及产品实际需求，支持所需的按键信号采集，通过高速串口通信外接各类型的显示面板，通过蓝牙实现移动设备连接，通过无线、CAN总线方式，可接入车间控制中心。

进一步的，所述移动终端、控制模块与原厂服务、数据中心之间通过互联网相连接。

本发明有益效果：

1、主轴电机使用伺服电机的优势：

传统步进电机无法直接高压驱动需要降压模块以及开关电源，功率越大电源模块体积越大，且电机功率受限，只能到100W。体积大功率小。

伺服电机可以直接220V高压驱动，电路板电源模块体积小，功率可调，最高能到1000W。转速精确可调，到3000转依然稳定。体积小，功率大。

2、倒回缝电机使用伺服电机的优势：

平缝机要求倒回缝时针眼重合，以达到缝迹美观、缝合紧密的效果，传统平缝机一般使用一个电磁铁来推动一个滑块机构来切换送料机构的前、后运动，来实现前缝、回缝；电磁铁的动作存在着一定延时，一般通过补偿的方式来提前动作来调节倒缝的时机，以达到倒缝与前缝的针迹重合效果；而针距则通过机构结构进行调整，该方式存在针距精度低只能达到1毫米，重合调试难度大，对主轴的运行速度有限制，且电磁铁动作时噪音较大等缺点。

本发明使用一个伺服电机来带动倒缝机构，具有精度高、噪音低、响应快、针迹重合效果好等特点，且可以在主轴运行过程中改变针距，最高精度可达0.1毫米，实现更多样的缝制效果；同时，对机器的机械调试要求降低，少量的机械误差可通过软件方式进行调整体修正。

3。压脚-剪线电机使用伺服电机的优势：

剪线与抬压脚是自动平缝机中两个自动功能，传统上使用两个电磁铁驱动相关机构动作来完成。剪线时由主轴带动剪线机构同步完成剪线动作，对相关机构的配合要求较高，需要较为准确的机械调试。本发明使用一个伺服电机来替换这两个电磁铁，通过正反两个方向的运动来分别带动剪线与抬压脚机构；正向运动时通过传动机构直接带动剪刀动作，省去了与主轴的联动机构，调试以软件参数化进行。电磁铁通电吸合时会瞬间产生很大的噪音(磁铁与钢板的撞击声)，因此使用压脚-剪线伺服电机具有结构紧凑、噪音小、调试方便的特点；同时，电机的连续偏转可提供压脚的可变高度功能(使用电磁铁只能手动调节压脚的高度，而只有有限的几个档位可以调节，而使用伺服电机时通过设置参数，压脚高度可变可调)。

精度：

传统步进电机：转速有限，超过2000转时就容易产生失步现象，就造成针距不稳定。倒回缝无法保持重合现象。

伺服电机：转速精确可调，而用伺用电机就不会存在失步现象，到3000转针距依然稳定，重合度高。

附图说明

图1为本发明一种三伺服电机缝纫机控制系统的原理图；

图2为本发明一种三伺服电机缝纫机控制系统的系统框图一；

图3为本发明一种三伺服电机缝纫机控制系统的系统框图二。

附图标记说明如无。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：

一种三伺服电机缝纫机控制系统，包括工业缝纫机主体与互联网系统，所述工业缝纫机主体包括控制器、主轴电机、倒缝电机、压脚一剪电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入，所述互联网系统包括通讯模块、移动终端、控制模块、远程服务以及数据中心，所述控制器内设有主控模块，所述主控模块与主轴电机、倒缝电机、压脚一剪电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入均电连接，所述主控模块电连接有通讯模块，所述通信模块设有通讯接口，所述通讯接口通过蓝牙连接移动终端，所述通信接口通过无线和CAN连接控制模块，所述移动终端与控制模块连接有远程服务和数据中心。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，所述主轴电机与主控模块之间设有主轴驱动；所述倒缝电机与主控模块之间设有倒缝驱动；所述压脚一剪电机与控制模块之间设有压脚一剪电机控制与压脚一剪电机驱动；所述夹线电磁铁、松线电磁铁与主控模块之间设有电磁铁驱动。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，所述主控模块选用基于120MHz-M4内核的GD32F303主流型微控制器，配备了2个支持三相PWM互补输出接口的16位高级定时器，可同时控制2个伺服电机，其设有丰富的外设接口，分别为USB2.0全速、CAN、LIN、LCD通用接口为物联网方案选择提供了便利性。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，该系统电路硬件为输入与整流输入与整流、开关电源、主控芯片、主轴驱动与输出、主轴电流检测与保护、主轴编码信号输入、倒缝电机驱动与输出、倒缝电机电流检测与保护、倒缝电机编码信号输入、剪线-抬压脚电机驱动与输出、剪线-抬压脚电机电流检测与保护、剪线-抬压脚电机编码信号输入、剪线-抬压脚控制芯片、电磁铁驱动与输出、外部输入信号检测模块、通讯模块，三套电机驱动集成一块板上，需要对电源管理、信号干扰等问题进行优化处理。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，该三伺服控制系统的电源模块为输入、整流、开关电源几个部分，硬件方案选择能满足后续各模块功率需求，PCB布局能有效抑制电源噪声，减少对后续电路干扰。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，该三伺服控制系统电流检测与保护电路选用康铜丝采样电路，配合高性能运放，构成电机控制电流反馈电路，提高控制准确性，在功率过大的时候，通过软件控制的方式可以有效的保护元器件，提供产品使用寿命，此电路对PCB布局难度大，并直接影响到电机控制效果。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，该三伺服控制系统内的人机交互模块，配合主芯片丰富的硬件外设，及产品实际需求，支持所需的按键信号采集，通过高速串口通信外接各类型的显示面板，通过蓝牙实现移动设备连接，通过无线、CAN总线方式，可接入车间控制中心。

为了进一步提高一种三伺服电机缝纫机控制系统的使用功能，所述移动终端、控制模块与原厂服务、数据中心之间通过互联网相连接。

实施例1：

1)基于工作流模式的可中断多任务电机控制运动控制框架

对工作流进行抽象化，提供统一的控制接口，不同的工作模式与流程对其进行实例化并进行相应扩展；工作流模型中加入挂起、返回机制，被中断执行时并挂起时，保存当前运行状态与参数，在返回时重新加载并继续被打断的流程。该框架下，任务被分为时敏性任务和非时敏任务，电机运动控制、缝制流程控制、通讯收发等作为时敏任务由定时器、中断等方式保证执行的即时性，低速信号处理、通讯与参数的处理等作为非时敏任务。

2)基于面向对象的电机控制模型与缝纫机控制模型

为避免使用不同电机时控制参数不同而修改控制程序的硬编码方式，将电机控制底层进行抽象化处理，在使用时，通过可配置的电机参数对抽象电机进行实例化，实现电机参数配置化，控制抽象化。该模型在单芯片处理多路电机控制时，使用方便，也易于扩展与维护。同时，建立缝纫机模型，将功能控制与电机控制解耦。主控模块中，同时控制主轴与倒缝电机，控制模型如图3。

3)可变PID在伺服电机中的应用

缝纫机工作时，随着机针和机械的运动，负载一直变化，不同阶段时对电机的输出要求不完全相同，启动阶段要求柔和、运行中要求速度平稳，加减速响应快、剪线时提供大力矩、停针时要求平稳准确；为更好的缝制效果，在电机控制中引入可变PID的策略，针对不同的工作区段及运行速度，提供可变的PID参数，改变速度环的控制。三伺服电机全自动缝纫机是通过主轴电机、倒缝电机、压脚-剪线电机三个伺服电机驱动缝纫机传动机构达到缝纫的效果。

缝纫机上的主轴电机通过控制器上的主轴伺服驱动电路驱动主轴传动机构达到缝纫的效果，并通过脚控或膝靠输入信号给控制器上的主控模块来控制是否驱动缝纫机上主轴电机的工作，达到缝纫机起停工作。

同理缝纫机上的倒缝电机也是通过控制器上的倒缝驱动电路驱动倒缝电机驱动倒缝传动机构达到倒缝的工作。他是通过手动输入倒缝或补针信号给控制器上的主控模块是否驱动缝机上的倒缝传动机构进行倒缝或补针工作。

当缝纫工作开始或结束时，压脚-剪线电机控制部分接收到信号，是否通过驱动电路驱动压脚-剪线电机进行抬压脚动作，拿出和放入缝纫物件。当开始缝纫时，压脚自动抬起，放入缝纫物件后再放下压脚进行缝纫工作；当缝纫工作结束时，自动进行剪线工作，剪线完成后，压脚自动抬起，并将缝纫物件取出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (6)

1.一种三伺服电机缝纫机控制系统，包括工业缝纫机主体与互联网系统，其特征在于：所述工业缝纫机主体包括控制器、主轴电机、倒缝电机、压脚-剪线电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入，所述互联网系统包括通信模块、移动终端、控制模块、远程服务以及数据中心，所述控制器内设有主控模块，所述主控模块与主轴电机、倒缝电机、压脚-剪线电机、夹线电磁铁、松线电磁铁、脚控输入、膝靠输入、手动倒缝输入以及手动补针输入均电连接，所述主控模块电连接有通信模块，所述通信模块设有通信接口，所述通信接口通过蓝牙连接移动终端，所述通信接口通过无线和CAN连接控制模块，所述移动终端与控制模块连接有远程服务和数据中心；

所述主轴电机与主控模块之间设有主轴驱动；所述倒缝电机与主控模块之间设有倒缝驱动；所述压脚-剪线电机与控制模块之间设有压脚-剪线电机控制与压脚-剪线电机驱动；所述夹线电磁铁、松线电磁铁与主控模块之间设有电磁铁驱动；

该系统电路硬件为输入与整流、开关电源、主控芯片、主轴驱动与输出、主轴电流检测与保护、主轴编码信号输入、倒缝电机驱动与输出、倒缝电机电流检测与保护、倒缝电机编码信号输入、压脚-剪线电机驱动与输出、压脚-剪线电机电流检测与保护、压脚-剪线电机编码信号输入、压脚-剪线电机控制芯片、电磁铁驱动与输出、外部输入信号检测模块、通信模块，三套电机驱动集成一块板上；

三伺服电机全自动缝纫机是通过主轴电机、倒缝电机、压脚-剪线电机三个伺服电机驱动缝纫机传动机构达到缝纫的效果；

缝纫机上的主轴电机通过控制器上的主轴伺服驱动电路驱动主轴传动机构达到缝纫的效果，并通过脚控或膝靠输入信号给控制器上的主控模块来控制是否驱动缝纫机上主轴电机的工作，达到缝纫机起停工作；

同理缝纫机上的倒缝电机也是通过控制器上的倒缝驱动电路驱动倒缝电机驱动倒缝传动机构达到倒缝的工作，并通过手动输入倒缝或补针信号给控制器上的主控模块是否驱动缝机上的倒缝传动机构进行倒缝或补针工作；

当缝纫工作开始或结束时，压脚-剪线电机控制部分接收到信号，是否通过驱动电路驱动压脚-剪线电机进行抬压脚动作，拿出和放入缝纫物件；

当开始缝纫时，压脚自动抬起，放入缝纫物件后再放下压脚进行缝纫工作；当缝纫工作结束时，自动进行剪线工作，剪线完成后，压脚自动抬起，并将缝纫物件取出。

2.根据权利要求1所述的一种三伺服电机缝纫机控制系统，其特征在于：所述主控模块选用基于120MHz Cortex®-M4内核的GD32F303主流型微控制器，配备了2个支持三相PWM互补输出接口的16位高级定时器，可同时控制2个伺服电机，其设有外设接口，外设接口分别为USB2.0全速、CAN、LIN、LCD通用接口。

3.根据权利要求1所述的一种三伺服电机缝纫机控制系统，其特征在于：该三伺服控制系统的电源模块为输入、整流、开关电源。

4.根据权利要求1所述的一种三伺服电机缝纫机控制系统，其特征在于：该三伺服控制系统电流检测与保护电路选用康铜丝采样电路，配合高性能运放，构成电机控制电流反馈电路，在功率过大的时候，通过软件控制的方式可以有效的保护元器件。

5.根据权利要求2所述的一种三伺服电机缝纫机控制系统，其特征在于：该三伺服控制系统内的人机交互模块，配合主芯片的外设接口，及产品实际需求，支持所需的按键信号采集，通过高速串口通信外接各类型的显示面板，通过蓝牙实现移动设备连接，通过无线、CAN总线方式，可接入车间控制中心。

6.根据权利要求1所述的一种三伺服电机缝纫机控制系统，其特征在于：所述移动终端、控制模块与原厂服务、数据中心之间通过互联网相连接。