专利名称：机器人电纺直接制衣装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人电纺直接制衣装置，属于静电纺丝领域。
背景技术：
近年来，随着纳米技术的不断升温，静电纺丝已成为制备纳米纤维的重要方法而备受关注，并不断得到深入研究和大力发展。通过静电纺丝法获得纤维直径一般在几十纳米至几十微米之间，最小直径可达lnm。静电纺丝应用广泛，不断深入应用于各行各业。其纺丝制品在生物医用材料、过滤及防护、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域发挥巨大作用。目前，国内外大量研究者正从事静电纺丝的研究，包括设备的设计、工艺控制、产品优化等诸多内容。针对静电纺丝设备的研制已有大量专利和文献，但是大部分都是结构优化和改进，工艺优化或纤维质量优化，其产品单一，主要制得中间产品，一般不能制得所需成品。另夕卜，传统静电纺丝操作复杂，可控精度小，费时费力。鉴于以上分析，直接、高效、自动制得纺丝产品的研究目前还很欠缺，尚未见报道。机器人技术已经是相当成熟的自动控制技术，比如机器人焊接技术、机器人医疗应用、机器人装配操作。同时，静电纺丝技术也有一定的技术基础，而把静电纺丝技术和机器人技术相结合的研究，目前还没有见到有公开的报道。
发明内容
本发明提出的机器人电纺直接制衣装置，这种结合机器人技术与静电纺丝技术于一体的集成装置可以用于聚合物熔体、溶液或复合材料静电纺丝，能够通过电纺机器人感应、反馈与控制并结合计算机程序控制使纺丝装置沿预定路径运作，并保证纺丝喷头竖直向下，从而直接制得纺丝衣物，结合多个纺丝装置还可以制得多功能复合型衣服，可控性高，精度高，方便直接快捷。本发明提供了机器人电纺直接制衣装置，包括电纺机器人、机器人控制器、静电纺丝装置、纺丝模特装置、追踪摄像机以及计算机控制装置六部分。计算机控制装置是控制核心，含有一个接受和发送命令的控制程序，由此收集信息、整合信息、发出指令，进而控制整个体系协调运行。电纺机器人是执行者，根据各信息移动位置和调整位姿，从而可以到达不同位置，并能保证静电纺丝装置的喷头始终竖直向下，使得纺丝均匀可控。其他部分是信息感应、传导和反馈的中间装置，配合完成各部分的准确运作。各部分之间的相互运动关系具体体现为，计算机控制装置根据追踪摄像机摄取和传达的信息(纺丝喷头与模特之间的距离等)进行采样数据处理，然后对机器人控制器发出命令。机器人控制器接收命令，指挥和控制电纺机器人夹持静电纺丝装置完成命令指示。电纺机器人运动过程中根据实际距离所需的运行路径与预设路径(纺丝模特的体形路径)对照，产生一个相对误差，然后进一步将路径修正信息反馈到计算机控制装置，及时进行再次处理，发出修正命令，从而控制静电纺丝装置根据纺丝模特体形和纺丝距离控制沿着实际路径移动和运作。
本发明机器人电纺直接制衣装置，其中电纺机器人是由四个关节组成，分别有两个圆柱副和两个转动副。靠近底座处的前三个关节能够保证操作臂到达三维空间中的任何位置，可以完成在纺丝模特上不同位置的定位和移动；最后一个关节可以保证所抓持的静电纺丝装置绕垂直轴旋转，四个关节相互配合，保证纺丝喷头竖直向下。各关节之间通过关节电机驱动，可以根据指令转动，同时还可以将反馈信号传递给控制装置，从而完成各关节的转动和纺丝路径的修正工作。本发明提供了一种机器人电纺直接制衣装置，其末端执行器是由抓夹和手爪组成。抓夹与手爪采用导轨连接，手爪可以在抓夹上来回移动，从而保证夹持不同大小的物件。手爪为圆弧型，截面处有抓持力感受器，根据对静电纺丝装置的夹持力判断夹持程度，保证夹持紧固合适。手爪和静电纺丝装置通过加热圈和料筒间轴环处卡住，使夹持牢固，不至于上下滑动。本发明提供了一种机器人电纺直接制衣装置，其静电纺丝装置有喷头、加热圈、温度传感器、活塞、料筒、高压静电发生器六部分。纺丝装置由直线纺丝电机带动活塞上下运动，均匀供料，并能根据纺丝模特不同部位制品性能的需求调节流量。料筒由特制加热圈加热，加热稳定，可精确控温。料筒有料筒轴环，由手爪抓持，固定牢稳。本发明提供了一种机器人电纺直接制衣装置，纺丝模特作为接收装置，安装在模特支架上，纺丝模特体表材料具有可伸缩性(如橡胶材质、热塑性弹性体)，可充气和放气产生伸缩，从而可直接制衣。接收电极为与纺丝模特体形一致的金属软网，保证电场均匀、平稳。在纺丝完毕后，纺丝模特和金属软网都可以经排气后缩小，将纺丝产品完整的取下。或者接收电极为与纺丝模特曲面一致的刚性金属壳体，比纺丝模特尺寸小，当纺丝完毕后，将电极抽出，然后再将模特排气，取下产品。纺丝模特由模特电机带动旋转，按照喷头运动路径作对应的旋转和停转。另外，纺丝模特上安装电滑环结构，当纺丝模特旋转时，电滑环使电极始终连接高压电极，而导线不旋转。本发明一种机器人电纺直接制衣装置，纺丝材料可以为溶液(去掉加热圈)、熔体，也可以是复合材料，也可以采用多个静电纺丝装置转换换为不同纺丝性能的物料，制备复合型衣服，比如防水保暖衣。本发明具有机器人精确可控和静电纺丝高效洁净特性，两者结合，结构合理简单，操作稳定，另外，纺丝模特可以充放气，与电极多种可控调节，保证控制准确，电场稳定，实现了产品制造一体化，同时，将静电纺丝技术向高效自动化的方向发展，为产业化、自动化、一体化奠定了一定的基础。
图1是本发明机器人电纺直接制衣装置的示意图。图2是本发明机器人电纺直接制衣装置的静电纺丝装置剖面示意3是本发明机器人电纺直接制衣装置的静电纺丝装置与纺丝模特间相互运作示意4是图3所示的纺丝模特截面局部剖视放大图(A-A)。图5是末端执行器的轴测6是末端执行器的俯视图。
1-纺丝模特装置，2-静电纺丝装置，3-纺丝电机，4-末端执行器，5-关节，6_关节电机，7-机器人，8-喷头，9-加热圈，10-温度传感器，11-活塞，12-料筒，13-纺丝射流，14-静电发生器，15-模特支架，16-模特电机，17-纺丝模特，18-抓夹，19-手爪，20-抓持力感受器，21-追踪摄像机，22-计算机控制装置，23-机器人控制器，a-纺丝路径，b_路径起始点，C-路径转换点，d-路径返回点。
具体实施例方式下面具体介绍本发明的一个实施例，直接纺制一件吊带背心。该实施例仅用于说明本发明而不是限制本发明的范围，而且本领域技术人员在阅读本发明后，再进行的改动都归属于本发明所附权利要求书所限定的范围内。 本发明提供了 一种机器人电纺直接制衣装置，主要包括纺丝模特装置1、静电纺丝装置2、纺丝电机3、电纺机器人7、追踪摄像机21和计算机控制装置22等，如图1所示。其中，纺丝模特装置I包括静电发生器14、模特支架15、模特电机16、纺丝模特17，纺丝模特17有两层网状结构组成(图4)，一层是具有可伸缩性(如橡胶材质、热塑性弹性体)的材料制成，可实现充放气，另一层为刚性金属壳体，充当接收电极；静电纺丝装置2 (图2)主要由喷头8、加热圈9、温度传感器10、活塞11、料筒12组成，由纺丝电机3带动连续纺丝，获得纺丝射流13。整个运行过程如图3所示，机器人7通过末端执行器4的手爪19抓持着静电纺丝装置2根据纺丝模特装置I的体形路径及其修正命令沿着实际路径移动，同时，纺丝模特装置I由纺丝电机3带动活塞11不断供料，实现连续和均匀纺丝。根据图1，由计算机控制装置22控制整个系统，首先由其程序控制机器人控制器23，机器人控制器23发出命令让电纺机器人7夹持静电纺丝装置2。电纺机器人7接到命令，开始执行，由抓持力感受器20感受和传递夹持力并不断调整抓夹18的角度和力度直到抓牢装置，手爪19持住静电纺丝装置2。然后机器人控制器23被告知有一条纺丝路径a，该路径包括一个路径起始点b，一个路径转换点c和一个路径返回点d，如图2所示。电纺机器人7抓持着静电纺丝装置2开始按照该路径进行纺丝，并启动纺丝模特装置I在纺丝电机3带动下按照设定的转速开始旋转。同时追踪摄像机21跟踪纺丝喷头8摄取纺丝喷头8和纺丝模特17之间的距离(由于纺丝模特17体形为曲面，不断旋转的过程中，距离会不断变化)，将该距离与预设路径的距离进行对比产生一个距离误差，并将该采样误差信号传递到计算机控制装置22。计算机控制装置22接到信号，开始进行数据处理，再次得出实际纺丝距离，把信息传递到机器人控制器23。电纺机器人7接到机器人控制器23发出的命令，及时进行修正，改变路径，按照一个实际路径继续纺丝。各部分之间的同时运动和相互协作，跟踪并控制喷头8按照实际纺丝路径进行有序纺丝。在上述电纺机器人7控制静电纺丝装置2的过程中，是通过关节电机6传递和接收命令，从而操纵各关节5的转动以及抓夹18绕轴旋转，使静电纺丝装置2始终竖直向下，从而保证了喷头8喷丝均匀。具体纺丝路径为由路径起始点b开始向路径转换点c移动，同时模特电机16不断旋转，模特电机16的转速和静电纺丝装置2的运动速度按照程序预设的关系对应变化，完成吊带背心的背心纺制。到达路径转换点c后，模特电机16停转，开始纺制吊带部分，静电纺丝装置2继续运动到路径返回点d。然后由路径返回点d开始按原来的路径返回到达路径转换点C时，模特电机16开始运转，静电纺丝装置2继续按照程序设定的路径和速度向路径起始点b运动，完成一个纺丝路径。再次循环即可完成下一个路径。根据循环次数可以得到不同厚度的纺丝衣物。在纺丝结束后，发出命令，静电纺丝装置2停止纺丝。电纺机器人7将静电纺丝装置2移出纺丝模特装置区域1，保证纺丝品不受损害。然后卸下静电纺丝装置2。待纺丝品成型稳定后，将纺丝模特17从模特支架15上取下，将气体放出，取下纺丝成品，完成整个制衣工作。
权利要求
1.机器人电纺直接制衣装置，其特征在于，包括电纺机器人、机器人控制器、静电纺丝装置、纺丝模特装置、追踪摄像机以及计算机控制装置六个部分，计算机控制装置含有一个接受和发送命令的控制程序，由此收集信息、整合信息、发出指令，进而控制整个体系协调运行；电纺机器人根据各信息移动位置和调整位姿，从而可以到达不同位置，并能保证静电纺丝装置的喷头始终竖直向下；计算机控制装置根据追踪摄像机摄取和传达的信息进行采样数据处理，然后对机器人控制器发出命令；电纺机器人是由四个关节组成，分别有两个圆柱副和两个转动副，靠近底座处的前三个关节能够保证操作臂到达三维空间中的任何位置，可以完成在纺丝模特上不同位置的定位和移动；最后一个关节可以保证所抓持的静电纺丝装置绕垂直轴旋转，四个关节相互配合，保证纺丝喷头竖直向下；各关节之间通过关节电机驱动，可以根据指令转动，同时还可以将反馈信号传递给控制装置，从而完成各关节的转动和纺丝路径的修正工作；抓夹与手爪采用导轨连接，手爪可以在抓夹上来回移动，从而保证夹持不同大小的物件；静电纺丝装置有喷头、加热圈、温度传感器、活塞、料筒、高压静电发生器六部分，纺丝装置由直线纺丝电机带动活塞上下运动，均匀供料，并能根据纺丝模特不同部位制品性能的需求调节流量；料筒由特制加热圈加热；料筒有料筒轴环，由手爪抓持，固定牢稳；纺丝模特作为接收装置，安装在模特支架上；接收电极为与纺丝模特体形一致的金属软网，纺丝模特和金属软网都可以经排气后缩小，或者接收电极为与纺丝模特曲面一致的刚性金属壳体，比纺丝模特尺寸小，当纺丝完毕后，将电极抽出，然后再将模特排气，取下产品；纺丝模特由模特电机带动旋转。
2.根据权利要求1所述的机器人电纺直接制衣装置，其特征在于，手爪为圆弧型，截面处有抓持力感受器；手爪和静电纺丝装置通过加热圈和料筒间轴环处卡住。
3.根据权利要求1所述的机器人电纺直接制衣装置，其特征在于，纺丝模特体表材料具有可伸缩性，可充气和放气产生伸缩。
4.根据权利要求1所述的机器人电纺直接制衣装置，其特征在于，纺丝模特上安装电滑环结构。
全文摘要
本发明公开了一种机器人电纺直接制衣装置，属于静电纺丝领域。它是由电纺机器人、机器人控制器、静电纺丝装置、纺丝模特装置、追踪摄像机以及计算机控制装置六部分组成。计算机控制装置根据追踪摄像机摄取并传达的信息进行数据处理和转化，传递信号并控制机器人控制器。机器人控制器指挥电纺机器人夹持静电纺丝装置，并结合反馈的路径修正命令，按照纺丝模特的体形移动和运作。通过各部分综合协调控制，保证纺丝喷头竖直向下，按照实际路径移动，从而直接制衣。本发明将机器人和静电纺丝两大技术有力结合，集两者优势于一体，极大地解决了静电纺丝人工操作费时费工、控制精度不高的难题，可以直接制得实用衣物。
文档编号D01D5/00GK103202566SQ20131015280
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者杨卫民, 刘兆香, 张莉彦, 张有忱, 李好义, 陈宏波, 刘晓凤, 陈明钟, 钟祥烽, 丁玉梅 申请人:北京化工大学