缝制系统的制作方法

本发明涉及在机器人臂搭载有缝纫机的缝制系统。

背景技术：

以往开发出一种缝制系统，该缝制系统在机器人臂的前端部搭载缝纫机，并不限定于平面，也针对立体形状的曲面进行缝制。

在如上所述的缝制系统中，在缝制开始时，如果在机器人臂的坐标系中设定的缝纫机的针中心位置和所组装的缝纫机的实际的针中心位置没有准确地一致，则无法进行期望的缝制，无法实现缝制品质的提高(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开平05－305193号公报

为了使在机器人臂的坐标系中设定的缝纫机的针中心位置和缝纫机的实际的针中心位置准确地一致，相对于机器人臂准确地组装缝纫机即可，但为此，对缝纫机的组装作业要求高精度，存在组装作业的负担变得非常大的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，减轻负担并实现缝制品质的提高，具有下面的(1)～(2)中的任意的特征。

(1)

一种缝制系统，其具有：

缝纫机；

照相机，其对缝制的基准位置进行拍摄；

机器人臂，其保持所述缝纫机和所述照相机；以及

控制装置，

该缝制系统的特征在于，

所述控制装置，

通过所述缝纫机的落针而形成第一落针位置，

在绕经过所述控制装置存储的针中心位置的转动轴以规定的角度使所述缝纫机转动后，进行通过所述缝纫机的落针而形成第二落针位置的动作控制，

并且，

基于通过所述照相机对所述第一落针位置和所述第二落针位置进行拍摄而得到的拍摄图像的拍摄范围内的所述第一落针位置和所述第二落针位置的各位置，执行对所述控制装置存储的针中心位置进行校正的校正处理。

(2)

在上述(1)记载的缝制系统中，其特征在于，

所述机器人臂具有第一关节，该第一关节使所述机器人臂整体绕沿铅垂上下方向的轴进行转动，

所述控制装置执行用于进行下述动作的动作控制，即：针对作为目标的落针位置，在进行通过所述第一关节的一定方向的转动而实现的定位动作后，通过所述缝纫机形成第三落针位置的动作；以及在进行通过所述第一关节的与所述一定方向反方向的转动而实现的定位动作后，通过所述缝纫机形成第四落针位置的动作，

所述控制装置通过所述照相机对所述第三落针位置和所述第四落针位置进行拍摄，

基于拍摄范围内的所述第三落针位置和所述第四落针位置的各位置，执行在所述第一关节中产生的背隙量的取得处理。

发明的效果

根据本发明，能够由控制装置更准确地识别缝纫机的实际的针中心位置，能够通过机器人臂将缝纫机的落针位置更准确地定位，因此能够实现缝制品质的提高而不对作业者造成负担。

附图说明

图1是表示作为本发明的实施方式的缝制系统的整体结构的侧视图。

图2是针板处于上位置的状态的缝纫机的侧视图。

图3是针板处于下位置的状态的缝纫机的侧视图。

图4是缝制系统的控制系统的框图。

图5是校正处理的流程图。

图6是表示第一和第二落针位置的拍摄图像的说明图。

图7是表示针中心位置和针中心位置的x－y平面上的配置的放大说明图。

图8是背隙量的取得处理的流程图。

图9是表示第三和第四落针位置的拍摄图像的说明图。

标号的说明

10缝纫机

15照相机

90控制装置

100缝制系统

110机器人臂

111基座

113关节

113a第一关节

114伺服电动机

c0中心位置

c1、c2针中心位置

p11、p12第一落针位置

p21、p22第二落针位置

p31、p32第三落针位置

p41、p42第四落针位置

r距离

θ角度

具体实施方式

[缝制系统的整体结构]

下面，基于附图，对作为本发明的实施方式的缝制系统100进行说明。图1是表示缝制系统100的整体结构的侧视图。

缝制系统100具有：缝纫机10，其进行被缝制物的缝制；机器人臂110，其对缝纫机10进行保持，并且将所保持的缝纫机10相对于被缝制物定位而进行任意的缝制；以及控制装置90，其对上述各结构进行控制。

[机器人臂]

机器人臂110是垂直多关节型的机器人臂，具有：基座111，其成为底座；多个臂112，它们由关节113连结；作为驱动源的伺服电动机114，其设置于各个关节；以及编码器115，其分别对通过各伺服电动机114进行旋转或转动的臂角度进行检测，在由关节113连结的多个臂112的前端部保持有缝纫机10。

上述各关节113由摆动关节和旋转关节的任意者构成，摆动关节将臂的一端部设为能够摆动，对另一端部进行轴支撑，旋转关节对臂自身能够以其长度方向为中心旋转地进行轴支撑。

而且，机器人臂110具有六个关节113，通过六轴将其前端部的缝纫机10定位于任意的位置，能够取得任意的姿态。

因此，机器人臂110能够沿被缝制物的立体的曲面上的任意的曲线进行缝制。

此外，在机器人臂110中，将位于底部的与基座111最近的关节113设为第一关节113a。该第一关节113a能够使除了基座111以外的机器人臂110整体绕沿铅垂上下方向的轴转动。

此外，机器人臂110并不限定于六轴，也可以采用具有七个关节的七轴的结构。在该情况下，会产生冗余关节，因此构成为能够一边将缝纫机10定位于任意的位置、取得任意的姿态，一边使中途的关节移动，因此能够避免与机器人臂110的周围的其他构成物的干涉。因此，能够将缝纫机10在更广的范围定位于任意的位置，取得任意的姿态。

另外，机器人臂110的臂的前端部对缝纫机10的缝纫机架20中的缝纫机臂部23的前端部(针棒侧端部)上方进行着保持，由此，能够将缝纫机10的落针位置附近和机器人臂110的臂的前端部之间的距离缩小，能够将落针位置更高精度地定位。

[缝纫机]

图2及图3是缝纫机10的侧视图。缝纫机10如这些图所示，针板13及对针板13进行支撑的底座61能够相对于缝纫机架20的缝纫机底座部21升降地被支撑，在图2所示的针板13及底座61的上升位置进行缝制，在图3所示的下降位置进行被缝制物的设定等缝制的准备作业。

上述缝纫机10具有：针棒12，其在下端部保持两根缝针11；针棒上下移动机构，其对针棒12赋予上下的往复动作；打环器机构，其通过两个打环器使打环线插入贯穿在各缝针11中穿过的上线；升降机构，其进行对针板13及打环器进行保持的底座61的升降动作；布料压脚14，其相对于处于上升位置的针板13从上方对被缝制物进行按压；作为拍摄装置的照相机15，其对在被缝制物形成的基线进行拍摄；作为光源的激光器16，其将用于良好地进行基线的拍摄的狭缝光照射至被缝制物；以及缝纫机架20，其对上述各结构进行支撑。

缝纫机架20具有：缝纫机底座部21，其在规定的长度方向延伸；纵向机体部22，其从该缝纫机底座部21的一端部朝向与其长度方向正交的方向直立设置；以及缝纫机臂部23，其从纵向机体部22的顶部朝向与缝纫机底座部21相同的方向伸出。

此外，在缝纫机10的各结构中的下面的说明中，将缝纫机底座部21的长度方向设为y轴方向，将与y轴方向正交、纵向机体部22直立设置的方向设为z轴方向，将与y轴方向及z轴方向正交的方向设为x轴方向。

另外，将y轴方向上的一方设为前方，将另一方设为后方，将x轴方向上的一方设为左方(图2的纸面远端侧)，将另一方设为右方(图2的纸面近端侧)，将z轴方向上的一方设为上方，将另一方设为下方。

针棒上下移动机构是将缝纫机电动机24作为驱动源而对上轴进行旋转驱动，经由曲柄机构而使针棒12上下移动的公知的结构。

针棒上下移动机构的上轴在缝纫机臂部23内沿y轴方向延伸，经由未图示的传动带机构对使打环器机构进行驱动的下轴赋予扭矩。

布料压脚14保持在位于针棒12的左侧相邻处的沿z轴方向的压脚棒141的下端部，经由该压脚棒141而通过未图示的压脚弹簧赋予向下方的按压力。

在布料压脚14附设有未图示的压脚抬起机构，在非缝制时能够将布料压脚14保持在处于更上方的退避位置。该压脚抬起机构可以进行手动操作，但优选设为能够通过致动器按照控制信号对退避位置和缝制位置进行切换。

打环器机构具有：两个打环器，它们与两根缝针相对应地设置于针板的下侧；下轴，其能够对来自缝纫机电动机24的扭矩进行传递，被分割为两根；以及凸轮机构，其对各打环器赋予往复摆动动作，两个打环器及凸轮机构支撑于后面记述的底座61。

各打环器以在y轴方向排列两个的状态，尖锐的前端部朝向右侧，通过摆动，使前端部凸入至在各针板13中穿过的上线的线环，由此对上线的线环进行捕捉，并且使打环线进行插入贯穿。另外，打环器后退，由此形成打环线的线环，缝针11凸入至该打环线的线环而对打环线进行捕捉。通过重复这些动作，从而形成线迹。

下轴能够以前侧部分和后侧部分分割为两根，前侧部分与打环器及凸轮机构一起能够旋转地支撑于底座61。

而且，下轴的前侧部分对凸轮机构赋予扭矩，凸轮机构从旋转凸轮对支撑打环器的摆动腕赋予往复摆动动作。

另外，下轴的后侧部分如前述所示，通过传动带机构从上轴对扭矩进行传递。

下轴的前侧部分和后侧部分通常时配置于同一轴上，相互间通过奥海姆联接器连结，能够进行前侧部分和后侧部分的联动旋转。另外，在底座61下降，针板13从缝针11分离时，根据奥海姆联接器的特性，前侧部分相对于下轴的后侧部分滑动移动，使得不妨碍底座61的升降动作。

此外，关于下轴，如果在前侧部分和后侧部分处于同一轴上时能够进行扭矩传递、且前侧部分和后侧部分能够相对地分离，则下轴也可以使用除了奥海姆联接器以外的连结构造。

升降机构具有：底座61，其对针板13及打环器机构的主要的结构进行支撑；以及凸轮机构，其使底座61升降。

底座61如前述所示，在其上端部对针板13进行支撑，在其下方对打环器机构的除了下轴的后侧部分以外的结构进行支撑。

而且，在底座61的右侧外壁固定装备有沿z轴方向的未图示的滑轨，通过在缝纫机底座部21的内壁固定装备的滑块能够在z轴方向滑动。

另外，底座61的左侧外壁设置有凸轮机构。

凸轮机构具有：滚子，其成为在底座61设置的凸轮从动体；槽凸轮，其成为在缝纫机底座部侧设置的凸轮主动体；以及作为驱动源的气缸62，其对槽凸轮赋予沿前后方向的移动动作。

而且，槽凸轮具有在沿前后方向和上下方向的斜方向形成的凸轮槽，如果通过气缸62在前后移动，则凸轮槽内的滚子对底座61在上下方向赋予位移，能够进行底座61的升降动作。

照相机15的光轴与缝针11的上下移动方向平行且朝下配置在缝纫机底座部21的底部。此外，在将机器人臂110设置在水平面上的状态下，将针棒12与铅垂上下方向平行的状态(缝纫机架20的缝纫机底座部21及缝纫机臂部23成为水平方向)设为缝纫机10的基准姿态，在该基准姿态下，照相机15的光轴与上下移动方向平行且朝下。

激光器16在缝纫机底座部21的底部配置在照相机15的后方，朝向前斜下方向照射与x轴方向平行的狭缝光。

在被缝制物标记的基线为槽状，通过沿与基线相交叉的方向照射狭缝光，从而在基线位置产生凹部，能够对基线位置明确地进行拍摄。另外，激光器16的光轴的倾斜角度已知，控制装置90与在照相机15的拍摄范围内拍摄到的狭缝光的y轴方向的位置相对应地，能够求出从照相机15至被缝制物为止的z轴方向(上下方向)的距离。

[缝制系统的控制系统]

缝制系统100的控制装置90如图4所示，具有：rom(readonlymemory)92，其收容有用于进行与缝制有关的各种处理或控制的程序；ram(randomaccessmemory)93，其成为运算处理的作业区域地；可擦写的非易失性的数据存储器94，其作为对各种设定数据等进行存储的存储单元；以及cpu91(centralprocessingunit)，其执行rom92内的程序。

另外，cpu91经由电动机驱动电路114a、24b对机器人臂110的伺服电动机114、缝纫机10的缝纫机电动机24的驱动进行控制。

另外，在伺服电动机114和缝纫机电动机24附设有对各自输出轴角度进行检测的编码器115、25，cpu91经由各自的检测电路115a、25a连接。

此外，机器人臂110针对六个关节113(包含113a)分别具有伺服电动机114及编码器115，但在图4中仅图示出一个，其他图示省略。

并且，cpu91与用于对电磁阀62b进行控制的驱动电路62a连接，该电磁阀62b使进行缝纫机10的底座61的升降的气缸62工作。

另外，cpu91经由图像处理装置15a而与照相机15连接。

并且，cpu91经由驱动电路16a而与激光器16连接。

[缝制系统的校正处理]

为了通过机器人臂110将缝纫机10的落针位置高精度地定位，控制装置90需要准确地取得在机器人臂110的前端部固定的坐标系(设为前端坐标系)中的缝纫机10的针中心位置的位置坐标(相对于机器人臂110的前端部的相对的缝纫机10的针中心位置及朝向)。

在将缝纫机10组装于机器人臂110的前端部的情况下，缝纫机10保持于机器人臂110的位置和针中心位置的相对的位置关系能够从设计数据进行掌握，但由于还会产生组装误差等，因此始终从设计数据准确地取得机器人臂110的前端坐标系中的缝纫机10的针中心位置的位置坐标是困难的。

因此，控制装置90执行下面进行说明的校正处理。

此外，“缝纫机10的针中心位置”示出x－y平面上的两根缝针11的位置的中间点(在俯视观察时的两根缝针11的位置的中间点)。此外，在缝纫机10为单针缝纫机的情况下，在x－y平面上示出一根缝针11的位置(在俯视观察时的一根缝针11的位置)。

图5是控制装置90的cpu91基于程序执行的校正处理的流程图。

首先，cpu91进行从数据存储器94读出表示校正前的针中心位置的x－y坐标数据的处理(步骤s1)。

该校正前的针中心位置的数据，例如是根据缝纫机10的设计数据求出的默认值、通过前一次执行的校正处理取得的针中心位置。

接下来，cpu91使机器人臂110的各伺服电动机114驱动，将缝纫机10输送至规定的落针位置(步骤s3)。

在规定的落针位置设置有在进行了落针的情况下根据拍摄图像容易识别出其落针位置的被缝制物、夹具。例如，适合使用通过落针而形成的孔在图像中变得明显的材料，例如白纸等。

接下来，cpu91使缝纫机电动机24驱动而执行第一次落针，形成第一落针位置(步骤s5)。此外，此时，缝纫机10维持针棒12的长度方向(针上下移动方向)与铅垂上下方向平行的基准姿态而执行落针。

接下来，cpu91使机器人臂110的各伺服电动机114驱动而使缝纫机10基于校正前的针中心位置的数据以沿经过该中心位置的铅垂上下方向的转动轴为中心向逆时针方向旋转90°(步骤s7)。

此外，该转动动作是以维持绝对坐标系(是以地面为基准的固定的坐标系，与机器人臂110的动作无关)中的缝纫机10的针中心位置(控制装置90存储的构成前的针中心位置)的方式进行的。

此外，缝纫机10的转动方向也可以是顺时针方向，另外，转动角度并不限定于90°，能够变更为任意的角度(但是，除了360°或其整数倍的角度以外)。

而且，使缝纫机电动机24驱动而执行第二次落针，形成第二落针位置(步骤s9)。

接下来，cpu91使机器人臂110的各伺服电动机114驱动而将缝纫机10移动，以使得第一和第二落针位置两者均处在照相机15的拍摄范围内，通过照相机15对第一和第二落针位置进行拍摄(步骤s11)。

图6是表示第一和第二落针位置的拍摄图像的说明图。

根据该拍摄图像通过图像处理装置15a进行图案匹配等，提取第一和第二落针位置，cpu91对实际的缝纫机10的针中心位置进行计算。

即，cpu91根据提取出的第一次的通过两根缝针11实现的第一落针位置p11、p12而确定成为它们的中点的针中心位置c1。另外同样地，根据第二次的通过两根缝针11实现的第二落针位置p21、p22而确定成为它们的中点的针中心位置c2。

此外，这些第一落针位置p11、p12、第二落针位置p21、p22、针中心位置c1、c2是绝对坐标系中的位置。

图7是表示针中心位置c1和针中心位置c2的x－y平面(水平面)上的配置的放大说明图。

如果控制装置90存储的校正前的针中心位置(前端坐标系的位置)准确，则在使缝纫机10旋转90°的情况下，绝对坐标系中的针中心位置c1和针中心位置c2也不会发生位置变化，但在校正前的针中心位置含有误差的情况下，针中心位置c1和针中心位置c2会发生位置变化。

如图7所示，在产生了针中心位置c1和针中心位置c2的位置偏差的情况下，cpu91在绝对坐标系中，求出能够将这二点c1、c2连结的朝向逆时针方向的中心角度90°的圆弧状的向量b，并且，对该圆弧状的向量b的中心位置c0进行计算。

控制装置90以该中心位置c0为中心使缝纫机10转动(中心位置c0＝校正前的针中心位置)，因此将其校正为正确的位置。

具体地说，将从针中心位置c1的绝对坐标系的位置坐标减去中心位置c0的绝对坐标系的位置坐标而得到的值作为校正值，将该校正值变换为前端坐标系的值，然后与控制装置90存储的校正前的针中心位置相加，修正为新的针中心位置。

此外，也可以从针中心位置c2的绝对坐标系的位置坐标减去中心位置c0而进行校正。

由此，对缝纫机10的准确的针中心位置进行计算(步骤s13)。

而且，cpu91将数据存储器94内的缝纫机的针中心位置数据更新为对新求出的缝纫机的针中心位置进行表示的前端坐标系中的x－y坐标数据(步骤s15)。

由此，结束校正处理。

此外，该校正处理可以设为针对初始的缝制系统100在出厂前仅进行一次的结构，也可以在缝制系统100的每次主电源接通时执行，或者定期地执行。另外，也能够从附设于控制装置90的操作部使校正处理任意地执行。

[缝制系统的背隙量的取得处理]

机器人臂110的关节113在转动方向的正反的切换时可能产生背隙。

但是，第一关节113a以外的关节113的转动轴几乎都是下述情况，即，与机器人臂110的姿态变化相对应地成为相对于铅垂上下方向发生倾斜的状态，因此由于重力的影响而难以产生背隙，但仅第一关节113a的转动轴始终维持着铅垂上下方向，因此容易产生背隙。

并且，第一关节113a是机器人臂110的最基端部(根部)侧的关节，因此如果产生背隙，则针对机器人臂110的前端部，最容易对位置精度造成影响。

因此，控制装置90执行求出第一关节113a的背隙量的取得处理。

图8是控制装置90的cpu91基于程序执行的背隙量的取得处理的流程图。

首先，cpu91进行从数据存储器94将表示规定的目标落针位置的绝对坐标系的位置坐标数据读出的处理(步骤s31)。

接下来，cpu91使机器人臂110的各伺服电动机114驱动而将缝纫机10输送至规定的目标落针位置(步骤s33)。

此时，机器人臂110的第一关节113a一边进行一定方向(例如顺时针方向)的转动动作、一边以到达至目标落针位置的轨迹执行缝纫机10的输送。

在规定的落针位置设置有在进行了落针的情况下根据拍摄图像容易识别出其落针位置的被缝制物、夹具。

接下来，cpu91在目标位置处，使缝纫机电动机24驱动而执行第一次落针，形成第三落针位置(步骤s35)。此外，此时，缝纫机10维持针棒12的长度方向(针上下移动方向)与铅垂上下方向平行的基准姿态而执行落针。

接下来，cpu91仅使机器人臂110的第一关节113a向前述的一定方向(例如顺时针方向)以规定的转动角度转动，然后，向反方向(例如逆时针方向)以相同的转动角度进行转动动作，执行将缝纫机10返回至前述的目标落针位置的输送动作(步骤s37)。

而且，再次在目标位置处，使缝纫机电动机24驱动而执行第二次落针，形成第四落针位置(步骤s39)。

接下来，cpu91使机器人臂110的各伺服电动机114驱动而将缝纫机10移动，以使得第一和第二落针位置两者均处在照相机15的拍摄范围内，通过照相机15对第三和第四落针位置进行拍摄(步骤s41)。

图9是表示第三和第四落针位置的拍摄图像的说明图。

从该拍摄图像通过图像处理装置15a进行图案匹配等，提取第三和第四落针位置，cpu91对第一关节113a中的背隙量进行计算(步骤s43)。

即，cpu91对绝对坐标系中的、提取出的第一次的通过两根缝针实现的第三落针位置p31、p32和第四落针位置p41、p42进行确定。

在它们之内，cpu91着眼于通过相同的缝针11实现的落针位置p31、p41(也可以是落针位置p32、p42)，根据拍摄图像内的距离对这些相互间距离d进行计算。

并且，cpu91从编码器115对机器人臂110的全部关节113的角度进行检测，对俯视观察时的、从机器人臂110的第一关节113a的中心轴至臂前端部为止的距离进行计算。另外，该过程参照从机器人臂110的前端部处的缝纫机10的保持位置至缝针11为止的距离的设计数据或通过前述的校正处理求出的缝纫机10的针中心位置的位置坐标，对从第一关节113a的中心轴至缝针11为止的俯视观察时的距离r进行计算。

另一方面，在距离d比距离r充分小的情况下，在将第一关节113a中的背隙量设为角度θ的情况下，视作rsinθ＝d，因此通过第一关节113a中的背隙量即角度θ＝sin^-1(d/r)进行计算。

而且，cpu91在数据存储器94中对第一关节113a中的背隙量即角度θ的值进行登记(步骤s45)，结束背隙量的取得处理。

此外，该背隙量在机器人臂110的动作中，在第一关节113a的转动方向发生正反的切换的情况下，作为校正值进行参照。

此外，该背隙量的取得处理可以设为针对初始的缝制系统100在出厂前仅进行一次的结构，也可以在缝制系统100的每次主电源接通时执行，或者定期地执行。另外，也能够从附设于控制装置90的操作部任意地执行

[实施方式的效果]

在上述缝制系统100中，控制装置90在绕经过该控制装置90存储的校正前的针中心位置的转动轴以规定的角度使缝纫机10转动的动作的前后进行落针，基于通过照相机15对由此形成的第一落针位置p11、p12和第二落针位置p21、p22进行拍摄而得到的拍摄图像的拍摄范围内的第一落针位置p11、p12和第二落针位置p21、p22，执行对控制装置90存储的针中心位置进行校正的校正处理。

因此，无需进行通过人手实现的测量等，就能够通过缝制系统100的各部的控制，由控制装置90更准确地识别缝纫机10的实际的针中心位置，能够通过机器人臂110将缝纫机10的落针位置更准确地定位，因此能够实现缝制品质的提高。

另外，能够减小校正处理的作业负担。

另外，在上述缝制系统100中，控制装置90针对成为目标的落针位置，由照相机15对在通过第一关节113a中的一定方向的转动而实现的定位后形成的第三落针位置p31、p32和在通过第一关节113a中的反方向的转动而实现的定位后形成的第四落针位置p41、p42进行拍摄，基于其拍摄图像的拍摄范围内的第三落针位置p31、p32和第四落针位置p41、p42的各位置p31、p41，执行在第一关节113a中产生的背隙量的取得处理。

因此，通过取得在缝纫机10的第一关节113a中产生的背隙量，从而在缝纫机10的落针位置的定位动作中，考虑背隙量而进行实施校正的动作控制，由此能够通过机器人臂110将缝纫机10的落针位置更准确地定位，因此能够实现缝制品质的进一步提高。

[其他]

在校正处理中，同时对通过第一次落针实现的落针位置和通过第二次落针实现的落针位置拍摄一次，但也可以针对每次落针而分别进行拍摄。

背隙量的取得处理的情况也是同样的。

另外，在缝纫机10中，将照相机15的光轴朝向与针棒12的长度方向平行，但也可以是照相机15的光轴朝向倾斜的方向。

另外，作为将用于使通过照相机15实现的对基线的拍摄良好地进行的狭缝光照射至被缝制物的光源而使用激光器16，但只要能够照射狭缝光，则也可以使用led、灯泡等的光。