[发明专利]一种基于张力反馈的自动接头机器人柔顺装置

说明书

本发明涉及一种基于张力反馈的自动接头机器人柔顺控制装置包括机器人、引纱装置、张力传感器及工控机，工控机运行有基于力跟踪导纳控制模型以及PID控制器实现的基于纱线张力反馈的机器人柔顺控制算法。本发明采用力跟踪导纳控制器建立机器人引纱接头时纱线张力与机器人运动学参数之间的动态关系，同时加入PID控制来提高力跟踪性能，使得在整个接头过程中纱线上的张力保持在期望张力值附近。本发明可有效防止细纱自动接头过程中纱线的断裂，提高接头成功率，同时为低强力高支纯棉纱的自动接头提供解了决方案。

技术领域

本发明涉及一种基于纱线张力反馈的自动接头机器人柔顺控制装置，属于细纱自动接头装置技术领域。

背景技术

传统环锭纺具有使用原料范围广、产品使用性好、可纺支数范围广及纱线强力好等优势，占全国纱线总产量的80％以上，而环锭纺细纱的断纱至今仍需要挡车工人手动完成接头，环锭纺细纱自动接头一直是国内外纺纱界追求的目标。经过纺纱界对自动接头机器人的需求和技术发展的驱动，国内外都已有较成熟的自动接头技术与装置。

由于在断纱纱管上找头复杂，现有的接头方法主要是采用辅助纱引纱接头，例如中国专利CN112111817A中设计的“一种环锭细纱机自动接头方法”、中国专利CN105019077A中设计的“环锭细纱断头自动智能接头方法与装置”、中国专利CN113174668A中设计的“一种环锭纺细纱机自动接头装置及方法”等均使用备用纱卷绕在断纱纱管上，然后通过引纱装置牵引备用纱穿钢丝圈、绕气圈环、导纱钩并喂入前罗拉，而现有接头方法与装置普遍存在的问题有：

(1)备用纱通过长管连接到引纱装置，在引纱过程中可能出现较大的摩擦阻力，而现有引纱装置的运动控制均为开环的位置控制，在没有张力反馈控制的情况下容易将纱线引断导致接头失败。

(2)对于高支纯棉纱的自动接头，由于纱线强力较低导致在引纱过程中极易出现纱线张力大于强力而断裂的问题，现有自动接头技术和装置还没有解决此类问题的办法。

发明内容

本发明的目的是：防止细纱自动接头过程中纱线的断裂，有效的提高接头成功率；同时为高支纯棉纱的自动接头提供解决方案。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于张力反馈的自动接头机器人柔顺控制装置，其特征在于，包括机器人，机器人的末端设有引纱装置，引纱装置末端设有张力传感器，纱线穿过引纱装置并由其持握，机器人通过引纱装置牵引纱线完成整个环锭纺细纱自动接头工作；在整个环锭纺细纱自动接头过程中，通过张力传感器实时获取纱线的实际张力，并将其上传给工控机，工控机运行有基于力跟踪导纳控制模型以及PID控制器实现的基于纱线张力反馈的机器人柔顺控制算法，通过机器人柔顺控制算法建立了机器人引纱接头时，纱线的实际张力与机器人的运动学参数之间的动态关系，使得在整个环锭纺细纱自动接头过程中，纱线上的张力保持在期望张力值附近，其中：

工控机接收到实际张力后，机器人柔顺控制算法采用力跟踪导纳控制模型获得机器人在笛卡尔空间的运动学参数，使用机器人逆运动学算法将该运动学参数转换为机器人的各个关节角；工控机将各个关节角发送给机器人，使得机器人运动到指定位置，完成机器人的运动控制，从而间接控制接头过程中的纱线张力保持在期望张力值附近，防止接头过程中纱线断裂导致的接头失败；在此过程中，机器人柔顺控制算法引入PID控制器来调节力跟踪导纳控制模型在环境变化时的动态和稳态张力跟踪性能。

优选地，所述机器人的运动学参数包括机器人末端的位姿、速度和加速度，则所述力跟踪导纳控制模型如下式(1)所示：