[发明专利]一种基于闭环控制的机器人与缝纫机速度协同方法

说明书

本发明提出了一种基于闭环控制的机器人与缝纫机速度协同方法，包括：由机器人系统夹持布片内侧并控制布片运动，并根据设定的针距计算机器人的运动速度；缝纫机控制系统接收机器人的运动速度，作为缝纫机送步机构的送布速度；依据送布轮和缝纫机的传动比计算缝纫机上电机的转速，并将与电机的转速对应的模拟信号量发送至缝纫机的电机控制模块，由电机控制模块输出转速驱动缝纫机的送布轮运动；采集送布轮的速度，由缝纫机控制系统对送布轮的转速误差进行处理，得到闭环控制后的送布速度，缝纫机的送布速与机器人速度实时协同。本发明改变缝纫机送布速度实现与机器人工具运动速度的实时协同；使送布精确达到接收的速度，实现速度协同，控制精度高。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种基于闭环控制的机器人与缝纫机速度协同方法。

背景技术

由于布料本身的柔性和形状的不规则性，机器人在缝纫行业的应用相对较少，国内外相应的技术也尚未成熟。依据机器人和缝纫机的位置关系可以分为两种：

(1)缝纫机固定：此种方式中机器人依据多个传感器控制布片的速度和方向以达到符合要求的缝制效果。

(2)缝纫机固连在机器人的运动单元上：此种方式布料静止或者由简单的运动机构控制，而机器人固连缝纫机以要求的速度和方向运动，已达到符合要求的缝制效果。

机器人和缝纫机作为一个缝纫系统，二者之间进行动作的协同必不可少。如图2所示，缝纫机的送布运动和针头的上下往复运动共同决定了针距的大小，在针头抬起和落下的中间，送布速度越快，针距就越大，反之同理。

如图3所示，在缝纫机固定的情况下进行缝制时，布料边缘由缝纫机送布轮送进，由压脚压平，布料内侧由机器人工具控制运动。因此，机器人运动若与缝纫机送布运动不协同，即布片边缘和内侧运动不一致，将使缝制针脚错乱甚至无法完成缝制。

国外少数的几篇文献对系统内二者的协同做过介绍。Histamine和KarakorumKimura在1994年的美国专利《SEWING OPERATION ROBOT》中介绍了缝纫机固连于机器人上的缝纫系统，该专利对如何实现简谐运动机构和机器人本身的运动速度之间的协同进行了详细介绍。David Gershon和Isaac Porat在文献《Vision servo control of a roboticsewing system》中介绍了缝纫机固定时，机器人的速度依据缝纫机轴的编码器信息进行调整，进行开环控制以保持缝纫布片存在一定的张力；Makoto Kudoa和Yasuo Nasua等人在《Multi-arm robot control system for manipulation of flexible materials insewing operation》介绍了缝纫机固定时，如何实现多个机器人依据缝纫机的速度进行动作协同；L.E.Wetterwald和S.Dransfeld等人在《Flexible robotic sewing with realtime adaptive control》中，介绍了机器人通过光学运动传感器信息获取缝纫机速度，进而调整机器人运动速度进行协同的方法；Johannes Schrimpf对机器人缝纫系统做过较多的研究，在文献《Real-time system integration in a multi-robot sewing cell》中介绍了一种缝纫机静止的系统，并阐述了在指定缝纫机圆频率的前提下，如何通过力传感器和光学传感器信息，使机器人依据缝纫机速度进行协同。

但是，以上有关机器人和缝纫机速度协同的研究局限之处包括：

(1)传感器系统复杂。包括相机、编码器、力传感器等组成的系统；

(2)只能依据缝纫机设定的速度，对机器人的运动速度调整以完成协同；

(3)机器人在缝制过程中存在加减速，而非一直匀速，若缝纫机的送布速度无法实时响应，则造成不协同的局部运动。

发明内容