本發(fā)明涉及紡織機(jī)械智能控制，具體涉及一種帶視覺的自動(dòng)落紗機(jī)。

背景技術(shù)：

紡織業(yè)為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，同時(shí)紡織行業(yè)屬于一種勞動(dòng)極其密集的行業(yè)，中國(guó)約1/13的人口從事相關(guān)工作。制約我國(guó)紡織行業(yè)發(fā)展的主要因素是紡織器械的自動(dòng)化程度低，紡織用機(jī)械設(shè)備故障率高，很難達(dá)到快速生產(chǎn)的要求。

中國(guó)現(xiàn)有棉紡紗錠約1.15億，除了一些先進(jìn)大錠數(shù)的長(zhǎng)細(xì)紗機(jī)采用集體自動(dòng)落紗外，其中不少于95％的細(xì)紗錠安裝在480錠及以下的細(xì)紗機(jī)短車上，傳統(tǒng)落紗是通過手工落紗的方式。手工落紗存在以下缺點(diǎn)：

1)由于滿紗管與錠子之間粘合緊，需要很大的拔管力才能將滿紗管與錠子分離，同時(shí)在空錠子插上空紗管，這樣增加了落紗工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了紡紗工廠的生產(chǎn)效率；

2)由于細(xì)紗車間噪聲大、溫度高、濕度大、空氣粉塵污染嚴(yán)重等惡劣的生產(chǎn)環(huán)境，直接危害到工人的身體健康，使得從事落紗工作的工人減少，工廠面臨很大的用工壓力；

3)由于金融危機(jī)的影響使得近期紡紗行業(yè)不景氣、紡紗利潤(rùn)空間下降，但用工成本卻在日益增加，企業(yè)面臨更大的運(yùn)營(yíng)成本壓力。以上存在的缺點(diǎn)尤其是用工壓力使得很多紡紗工廠不得不處于半停工狀態(tài)。開發(fā)舊式短錠細(xì)紗機(jī)落紗車的需求非常緊迫，所以國(guó)內(nèi)外加快了對(duì)自動(dòng)落紗車的研發(fā)。

擁有世界先進(jìn)技術(shù)國(guó)家，例如德國(guó)、日本、美國(guó)等在紡織過程中，紡織器械完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)，而我們國(guó)家在近些年才實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化生產(chǎn)。以使用的智能落紗機(jī)為例，新世紀(jì)后，中國(guó)還有一大部分工廠使用人工實(shí)現(xiàn)落紗，而人工最大的弊端就是容易產(chǎn)生勞累，從而產(chǎn)生一些意想不到的事故。還有一部分在使用集體智能落紗機(jī)實(shí)現(xiàn)落紗過程，集體智能落紗機(jī)的使用的確可以減輕勞動(dòng)力，但是這將大大增加工廠的生產(chǎn)成本，因?yàn)榧w智能落紗機(jī)的使用條件是一對(duì)一，即一臺(tái)機(jī)器對(duì)應(yīng)一臺(tái)智能落紗機(jī)。極少數(shù)工廠正在使用獨(dú)立式智能落紗機(jī)，但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的智能落紗機(jī)會(huì)不斷出現(xiàn)故障，很難滿足工作需求，所以智能落紗機(jī)的在中國(guó)的應(yīng)用也比較局限。

就紡織過程的落紗環(huán)節(jié)而言，國(guó)內(nèi)急需一種可以快速插拔，效率高并且故障率低的全自動(dòng)化智能落紗機(jī)，彌補(bǔ)現(xiàn)有落紗機(jī)的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種帶視覺的自動(dòng)落紗機(jī)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種帶視覺的自動(dòng)落紗機(jī)，包括前后絲桿、前后線性模組、前后方向伺服電機(jī)、左右絲桿、左右方向伺服電機(jī)、左右線性模組、上下線性模組、上下方向伺服電機(jī)、末端執(zhí)行器、前后連接件、主車、光電傳感器、機(jī)器視覺控制系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；所述前后絲桿、前后線性模組、前后方向伺服電機(jī)、左右絲桿、左右方向伺服電機(jī)、左右線性模組、上下線性模組、上下方向伺服電機(jī)以及末端執(zhí)行器通過連接構(gòu)成一個(gè)三維坐標(biāo)系機(jī)械臂；所述的機(jī)械臂固定在主車上，末端執(zhí)行器能夠在前后、上下、左右三個(gè)維度相對(duì)于主車直線運(yùn)動(dòng)，三個(gè)維度運(yùn)動(dòng)的疊加形成機(jī)械臂末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡；所述光電傳感器用于在落紗機(jī)主車沿紡紗機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)過程中檢測(cè)流水線各紗錠的固定距離和紗錠數(shù)目，給出末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作位置；所述視覺控制系統(tǒng)用于識(shí)別出末端執(zhí)行器和紗錠，得到末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確位置和將要抓取的紗錠的準(zhǔn)確位置，通過紗錠的準(zhǔn)確位置計(jì)算出末端執(zhí)行器的期望位置，將末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確位置和期望位置相比較得到偏差，給出機(jī)械臂末端執(zhí)行器抓取紗錠需要移動(dòng)的位置。

進(jìn)一步地，所述主車速度編碼器實(shí)時(shí)記錄主車的速度并反饋給控制系統(tǒng)，使控制系統(tǒng)控制機(jī)械臂的左右絲桿實(shí)時(shí)準(zhǔn)確得跟蹤主車速度，保持左右絲桿的運(yùn)動(dòng)方向與主車相反，左右絲桿的運(yùn)動(dòng)速度與主車速度大小一致。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂的末端執(zhí)行器上設(shè)有2n個(gè)插拔紗裝置，前n個(gè)插拔紗裝置負(fù)責(zé)落紗，后n個(gè)插拔紗裝置負(fù)責(zé)插筒管，n是大于或者等于1的整數(shù)。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂的末端執(zhí)行器上的插拔紗裝置包括頂松進(jìn)氣孔、頂松活塞、抓管器氣囊以及抓管器氣囊進(jìn)氣孔；在落紗時(shí)抓管器氣囊套住纏滿紗的筒管的未纏紗線的上部，同時(shí)高壓空氣通過抓管器氣囊進(jìn)氣孔進(jìn)入抓管器氣囊，抓管器氣囊迅速膨脹，夾持住纏滿紗的筒管的未纏紗線的上部；當(dāng)插拔紗裝置上拔筒管時(shí)氣流經(jīng)過頂松進(jìn)氣孔推動(dòng)頂松活塞運(yùn)動(dòng)將纏滿紗的筒管與錠桿脫離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)纏滿紗的筒管的拔離。拔紗的方式采用抓管器氣囊快速充氣、放氣來完成；抓管器氣囊與筒管之間具有一定的摩擦力，在拔紗過程中抓管器氣囊夾持住纏滿紗的筒管的未纏紗筒管的上部并給筒管的一個(gè)垂直向上的力，同時(shí)頂松活塞給了一個(gè)向下推錠桿的力，在兩個(gè)合力的作用下將纏滿紗的筒管垂直向上拔起。

進(jìn)一步地，所述光電傳感器在落紗機(jī)主車沿紡紗機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)過程中檢測(cè)流水線各紗錠的固定距離和紗錠數(shù)目，當(dāng)達(dá)到抓取數(shù)目時(shí)向控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)，控制系統(tǒng)根據(jù)流水線各紗錠的固定距離使機(jī)械臂的末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到動(dòng)作位置，末端執(zhí)行器加速運(yùn)動(dòng)到動(dòng)作位置，并保持左右絲桿的運(yùn)動(dòng)與主車的運(yùn)動(dòng)方向相反大小相同，從而使末端執(zhí)行器與紗錠保持相對(duì)靜止，完成跟蹤控制。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器視覺控制系統(tǒng)通過串口與控制系統(tǒng)相互通信；機(jī)器視覺控制系統(tǒng)處理落紗機(jī)工作環(huán)境的視覺信息，識(shí)別出機(jī)械臂的末端執(zhí)行器和紗錠，得到機(jī)械臂的末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確位置和將要抓取的紗錠的準(zhǔn)確位置，通過紗錠的準(zhǔn)確位置計(jì)算出末端執(zhí)行器的期望位置，將末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確位置和期望位置相比較得到偏差，機(jī)器視覺控制系統(tǒng)根據(jù)偏差給出機(jī)械臂末端執(zhí)行器需要移動(dòng)的位置并向控制系統(tǒng)發(fā)出定位數(shù)據(jù)，使機(jī)械臂末端執(zhí)行器對(duì)準(zhǔn)紗錠，同時(shí)機(jī)器視覺控制系統(tǒng)向控制系統(tǒng)發(fā)出插拔紗錠指令，機(jī)械臂末端執(zhí)行器執(zhí)行插拔動(dòng)作；完成一次插拔任務(wù)后，機(jī)械臂末端執(zhí)行器回到初始位置等待光電傳感器發(fā)出下一個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行下一次插拔紗錠運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)采用plc控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：采用機(jī)器視覺與光機(jī)電一體化的方式實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)落紗機(jī)行進(jìn)、拔紗、落紗、插空管的全部過程，通過運(yùn)用機(jī)器視覺的控制方式精準(zhǔn)確定紗位，實(shí)現(xiàn)了落紗過程的高效、快速、準(zhǔn)確，減少了人力成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明帶視覺的自動(dòng)落紗機(jī)結(jié)構(gòu)示意意圖。

圖2是本發(fā)明機(jī)械臂的末端執(zhí)行器上插拔紗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明機(jī)械臂的末端執(zhí)行器上插拔紗裝置拔紗狀態(tài)示意圖。

圖4是本發(fā)明機(jī)械臂的末端執(zhí)行器上插拔紗裝置插筒管狀態(tài)示意圖。

圖中：1、前后絲桿；2、前后線性模組；3、前后方向伺服電機(jī)；4、左右絲桿；5、左右方向伺服電機(jī)；6、左右線性模組；7、上下線性模組；8、上下方向伺服電機(jī)；9、末端執(zhí)行器；10、前后連接件；11、光電傳感器；12、主車速度編碼器；13、機(jī)器視覺控制系統(tǒng)；14、主車；15、頂松進(jìn)氣孔；16、頂松活塞；17、抓管器氣囊；18、抓管器氣囊進(jìn)氣孔；19、筒管；20、錠桿(虛線代表錠桿)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述，具體實(shí)施方式中的具體語言或順序僅是解釋和示范性的，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。

請(qǐng)參閱圖1所示，一種帶視覺的自動(dòng)落紗機(jī)包括：前后絲桿1、前后線性模組2、前后方向伺服電機(jī)3、左右絲桿4、左右方向伺服電機(jī)5、左右線性模組6、上下線性模組7、上下方向伺服電機(jī)8、末端執(zhí)行器9、前后連接件10、光電傳感器11、主車速度編碼器12、機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13、主車14以及plc控制系統(tǒng)(圖未示)。

所述前后絲桿1、前后線性模組2、前后方向伺服電機(jī)3、左右絲桿4、左右方向伺服電機(jī)5、左右線性模組6、上下線性模組7、上下方向伺服電機(jī)8以及末端執(zhí)行器9共同構(gòu)成一個(gè)三維直角坐標(biāo)系機(jī)械臂，可以實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器9在前后、上下、左右三個(gè)維度直線運(yùn)動(dòng)，三個(gè)維度運(yùn)動(dòng)的疊加形成機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡；機(jī)械臂的所有部件都安裝在主車14上。

機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9具體運(yùn)動(dòng)方式為：plc控制系統(tǒng)向前后方向伺服電機(jī)3發(fā)出控制指令控制機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9相對(duì)于自動(dòng)落紗機(jī)做前后運(yùn)動(dòng)；plc控制系統(tǒng)向左右方向伺服電機(jī)5發(fā)出控制指令控制機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9相對(duì)于自動(dòng)落紗機(jī)做左右運(yùn)動(dòng)；plc控制系統(tǒng)向上下方向伺服電機(jī)8發(fā)出控制指令控制機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9相對(duì)于自動(dòng)落紗機(jī)做上下運(yùn)動(dòng)。

plc控制系統(tǒng)控制落紗機(jī)主車14沿紡紗機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)；主車速度編碼器12實(shí)時(shí)記錄主車14的速度并反饋給plc控制系統(tǒng)，使plc控制系統(tǒng)控制左右絲桿4實(shí)時(shí)準(zhǔn)確得跟蹤主車14速度，保持左右絲桿4的運(yùn)動(dòng)方向與主車14相反，左右絲桿4的運(yùn)動(dòng)速度與主車14速度大小一致，從而使機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9與紗錠保持相對(duì)靜止。

光電傳感器11用于在落紗機(jī)沿紡紗機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)過程中檢測(cè)流水線各紗錠的固定距離和紗錠數(shù)目，當(dāng)達(dá)到抓取數(shù)量時(shí)光電傳感器11向plc控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)，plc控制系統(tǒng)根據(jù)流水線各紗錠的固定距離使機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9運(yùn)動(dòng)到動(dòng)作位置，末端執(zhí)行器9加速運(yùn)動(dòng)到動(dòng)作位置，并保持左右絲桿4的運(yùn)動(dòng)與主車14的運(yùn)動(dòng)方向相反、大小相同，從而使末端執(zhí)行器9與紗錠保持相對(duì)靜止，完成跟蹤控制。

機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13通過串口與plc控制系統(tǒng)相互通信；機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13通過監(jiān)控落紗機(jī)工作環(huán)境的視覺信息，識(shí)別出機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9和紗錠，得到機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9的準(zhǔn)確位置和將要抓取的紗錠的準(zhǔn)確位置，通過紗錠的準(zhǔn)確位置計(jì)算出末端執(zhí)行器9的期望位置，然后將末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確位置和和期望位置相比較得到偏差，機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13根據(jù)偏差給出機(jī)械臂末端執(zhí)行器9需要移動(dòng)的位置并向plc控制系統(tǒng)發(fā)出定位數(shù)據(jù)，使機(jī)械臂末端執(zhí)行器9對(duì)準(zhǔn)紗錠，同時(shí)機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13向plc控制系統(tǒng)發(fā)出插拔紗錠指令，機(jī)械臂末端執(zhí)行器9執(zhí)行插拔動(dòng)作。完成一次插拔任務(wù)后，機(jī)械臂末端執(zhí)行器9回到初始位置等待光電傳感器11發(fā)出下一個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行下一次插拔紗錠運(yùn)動(dòng)。

請(qǐng)參閱圖2和圖3所示，其為機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9上的插拔紗裝置91的結(jié)構(gòu)示意圖，插拔紗裝置包括頂松進(jìn)氣孔15、頂松活塞16、抓管器氣囊17、抓管器氣囊進(jìn)氣孔18；在落紗時(shí)抓管器氣囊18套住纏滿紗的筒管19的未纏紗線的上部，同時(shí)高壓空氣通過抓管器氣囊進(jìn)氣孔18進(jìn)入抓管器氣囊17，抓管器氣囊17迅速膨脹，夾持住纏滿紗的筒管19的未纏紗線的上部(參閱圖3所示)；此時(shí)，當(dāng)需要插拔紗裝置91上拔筒管19時(shí),氣流經(jīng)過頂松進(jìn)氣孔15推動(dòng)頂松活塞16運(yùn)動(dòng)將纏滿紗的筒管19與錠桿20脫離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)纏滿紗的筒管19的拔離。上述拔紗的方式采用抓管器氣囊17快速充氣、放氣來完成。抓管器氣囊17與筒管19之間具有一定的摩擦力，在拔紗過程中抓管器氣囊17夾持住纏滿紗的筒管19的未纏紗線的上部并給筒管19的一個(gè)垂直向上的力，同時(shí)頂松活塞16給了一個(gè)向下推錠桿20的力，在兩個(gè)合力的作用下將纏滿紗的筒管19垂直向上拔起。采用垂直拔紗的方式，能夠有效的避免對(duì)紗管以及紗線的損傷。

請(qǐng)參閱圖2和圖4所示，機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9上的插拔紗裝置91在插空筒管19時(shí)，抓管器氣囊17套住空筒管19的上部，同時(shí)高壓空氣通過抓管器氣囊進(jìn)氣孔18進(jìn)入抓管器氣囊17，抓管器氣囊17迅速膨脹，夾持住空筒管19的上部(參閱圖4所示)；此時(shí)，當(dāng)需要插拔紗裝置給鐵錠20插空筒管19時(shí),抓管器氣囊17快速放氣，空筒管19脫離抓管器氣囊17的束縛，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵錠20上插空筒管19。

機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9上的插拔紗裝置91的結(jié)構(gòu)都相同，既能落紗又能插空筒管24。

機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9上插拔紗裝置91的個(gè)數(shù)為2n個(gè)(n是大于或者等于1的整數(shù))，前n個(gè)插拔紗裝置91負(fù)責(zé)落紗，后n個(gè)插拔紗裝置91負(fù)責(zé)插筒管，在本實(shí)施例中機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9有十個(gè)插拔紗裝置91(參見圖1)，落紗開始時(shí)，末端執(zhí)行器9第一次插拔紗錠動(dòng)作，前五個(gè)插拔紗裝置91拔落五個(gè)滿紗筒管，在放落滿紗筒管的同時(shí)后五個(gè)插拔紗裝置91抓取主車上的空筒管。第二次動(dòng)作時(shí)前五個(gè)插拔紗裝置91拔滿紗筒管，后五個(gè)落紗器給前一次動(dòng)作取下滿紗筒管的鐵錠插空筒管；后續(xù)不斷循環(huán)第二次動(dòng)作，從而在一次落紗的過程中即完成了落紗也完成了插筒管的過程，提高了工作效率。

本發(fā)明一種帶視覺的自動(dòng)落紗機(jī)工作過程如下：落紗機(jī)主車14移動(dòng)到紡紗機(jī)前面的軌道上，plc控制系統(tǒng)輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)落紗機(jī)主車14沿紡紗機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在落紗機(jī)沿紡紗機(jī)做勻速直線運(yùn)動(dòng)過程中，光電傳感器11檢測(cè)流水線各紗錠的固定距離和紗錠數(shù)目，當(dāng)達(dá)到抓取數(shù)目時(shí)向plc控制系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)信號(hào)，plc控制系統(tǒng)根據(jù)流水線各紗錠的固定距離使機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9運(yùn)動(dòng)到動(dòng)作位置；機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9加速運(yùn)動(dòng)到動(dòng)作位置，同時(shí)機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9維持左右絲桿運(yùn)動(dòng)方向上與主車速度大小相同方向相反，使機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9與紗錠保持相對(duì)靜止，完成跟蹤控制。同時(shí)，機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13通過落紗機(jī)工作環(huán)境的視覺信息，識(shí)別出機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9和紗錠，得到機(jī)械臂的末端執(zhí)行器9的準(zhǔn)確位置和將要抓取的紗錠的準(zhǔn)確位置，通過紗錠的準(zhǔn)確位置計(jì)算出末端執(zhí)行器的期望位置，將末端執(zhí)行器9的準(zhǔn)確位置和期望位置相比較得到偏差，機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13根據(jù)偏差給出機(jī)械臂末端執(zhí)行器9需要移動(dòng)的位置并向plc控制系統(tǒng)發(fā)出定位數(shù)據(jù)，使機(jī)械臂末端執(zhí)行器9對(duì)準(zhǔn)紗錠，同時(shí)機(jī)器視覺控制系統(tǒng)13向plc控制系統(tǒng)發(fā)出插拔紗錠指令，機(jī)械臂末端執(zhí)行器9執(zhí)行插拔動(dòng)作。完成一次插拔任務(wù)后，機(jī)械臂末端執(zhí)行器9回到初始位置等待光電傳感器11發(fā)出下一個(gè)運(yùn)動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行下一次插拔紗錠運(yùn)動(dòng)。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。