一种带视觉的自动落纱机的制作方法

本发明涉及纺织机械智能控制，具体涉及一种带视觉的自动落纱机。

背景技术：

纺织业为国家的经济发展做出了巨大贡献，同时纺织行业属于一种劳动极其密集的行业，中国约1/13的人口从事相关工作。制约我国纺织行业发展的主要因素是纺织器械的自动化程度低，纺织用机械设备故障率高，很难达到快速生产的要求。

中国现有棉纺纱锭约1.15亿，除了一些先进大锭数的长细纱机采用集体自动落纱外，其中不少于95％的细纱锭安装在480锭及以下的细纱机短车上，传统落纱是通过手工落纱的方式。手工落纱存在以下缺点：

1)由于满纱管与锭子之间粘合紧，需要很大的拔管力才能将满纱管与锭子分离，同时在空锭子插上空纱管，这样增加了落纱工人的劳动强度，降低了纺纱工厂的生产效率；

2)由于细纱车间噪声大、温度高、湿度大、空气粉尘污染严重等恶劣的生产环境，直接危害到工人的身体健康，使得从事落纱工作的工人减少，工厂面临很大的用工压力；

3)由于金融危机的影响使得近期纺纱行业不景气、纺纱利润空间下降，但用工成本却在日益增加，企业面临更大的运营成本压力。以上存在的缺点尤其是用工压力使得很多纺纱工厂不得不处于半停工状态。开发旧式短锭细纱机落纱车的需求非常紧迫，所以国内外加快了对自动落纱车的研发。

拥有世界先进技术国家，例如德国、日本、美国等在纺织过程中，纺织器械完全实现了自动化生产，而我们国家在近些年才实现半自动化生产。以使用的智能落纱机为例，新世纪后，中国还有一大部分工厂使用人工实现落纱，而人工最大的弊端就是容易产生劳累，从而产生一些意想不到的事故。还有一部分在使用集体智能落纱机实现落纱过程，集体智能落纱机的使用的确可以减轻劳动力，但是这将大大增加工厂的生产成本，因为集体智能落纱机的使用条件是一对一，即一台机器对应一台智能落纱机。极少数工厂正在使用独立式智能落纱机，但是国内生产的智能落纱机会不断出现故障，很难满足工作需求，所以智能落纱机的在中国的应用也比较局限。

就纺织过程的落纱环节而言，国内急需一种可以快速插拔，效率高并且故障率低的全自动化智能落纱机，弥补现有落纱机的不足。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种带视觉的自动落纱机。

本发明的实施例提供一种带视觉的自动落纱机，包括前后丝杆、前后线性模组、前后方向伺服电机、左右丝杆、左右方向伺服电机、左右线性模组、上下线性模组、上下方向伺服电机、末端执行器、前后连接件、主车、光电传感器、机器视觉控制系统以及控制系统；所述前后丝杆、前后线性模组、前后方向伺服电机、左右丝杆、左右方向伺服电机、左右线性模组、上下线性模组、上下方向伺服电机以及末端执行器通过连接构成一个三维坐标系机械臂；所述的机械臂固定在主车上，末端执行器能够在前后、上下、左右三个维度相对于主车直线运动，三个维度运动的叠加形成机械臂末端执行器的运动轨迹；所述光电传感器用于在落纱机主车沿纺纱机做匀速直线运动过程中检测流水线各纱锭的固定距离和纱锭数目，给出末端执行器运动的动作位置；所述视觉控制系统用于识别出末端执行器和纱锭，得到末端执行器的准确位置和将要抓取的纱锭的准确位置，通过纱锭的准确位置计算出末端执行器的期望位置，将末端执行器的准确位置和期望位置相比较得到偏差，给出机械臂末端执行器抓取纱锭需要移动的位置。

进一步地，所述主车速度编码器实时记录主车的速度并反馈给控制系统，使控制系统控制机械臂的左右丝杆实时准确得跟踪主车速度，保持左右丝杆的运动方向与主车相反，左右丝杆的运动速度与主车速度大小一致。

进一步地，所述机械臂的末端执行器上设有2n个插拔纱装置，前n个插拔纱装置负责落纱，后n个插拔纱装置负责插筒管，n是大于或者等于1的整数。

进一步地，所述机械臂的末端执行器上的插拔纱装置包括顶松进气孔、顶松活塞、抓管器气囊以及抓管器气囊进气孔；在落纱时抓管器气囊套住缠满纱的筒管的未缠纱线的上部，同时高压空气通过抓管器气囊进气孔进入抓管器气囊，抓管器气囊迅速膨胀，夹持住缠满纱的筒管的未缠纱线的上部；当插拔纱装置上拔筒管时气流经过顶松进气孔推动顶松活塞运动将缠满纱的筒管与锭杆脱离，从而实现对缠满纱的筒管的拔离。拔纱的方式采用抓管器气囊快速充气、放气来完成；抓管器气囊与筒管之间具有一定的摩擦力，在拔纱过程中抓管器气囊夹持住缠满纱的筒管的未缠纱筒管的上部并给筒管的一个垂直向上的力，同时顶松活塞给了一个向下推锭杆的力，在两个合力的作用下将缠满纱的筒管垂直向上拔起。

进一步地，所述光电传感器在落纱机主车沿纺纱机做匀速直线运动过程中检测流水线各纱锭的固定距离和纱锭数目，当达到抓取数目时向控制系统发出运动信号，控制系统根据流水线各纱锭的固定距离使机械臂的末端执行器运动到动作位置，末端执行器加速运动到动作位置，并保持左右丝杆的运动与主车的运动方向相反大小相同，从而使末端执行器与纱锭保持相对静止，完成跟踪控制。

进一步地，所述机器视觉控制系统通过串口与控制系统相互通信；机器视觉控制系统处理落纱机工作环境的视觉信息，识别出机械臂的末端执行器和纱锭，得到机械臂的末端执行器的准确位置和将要抓取的纱锭的准确位置，通过纱锭的准确位置计算出末端执行器的期望位置，将末端执行器的准确位置和期望位置相比较得到偏差，机器视觉控制系统根据偏差给出机械臂末端执行器需要移动的位置并向控制系统发出定位数据，使机械臂末端执行器对准纱锭，同时机器视觉控制系统向控制系统发出插拔纱锭指令，机械臂末端执行器执行插拔动作；完成一次插拔任务后，机械臂末端执行器回到初始位置等待光电传感器发出下一个运动信号，进行下一次插拔纱锭运动。

进一步地，所述控制系统采用plc控制系统。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：采用机器视觉与光机电一体化的方式实现全自动落纱机行进、拔纱、落纱、插空管的全部过程，通过运用机器视觉的控制方式精准确定纱位，实现了落纱过程的高效、快速、准确，减少了人力成本。

附图说明

图1是本发明带视觉的自动落纱机结构示意意图。

图2是本发明机械臂的末端执行器上插拔纱装置的结构示意图。

图3是本发明机械臂的末端执行器上插拔纱装置拔纱状态示意图。

图4是本发明机械臂的末端执行器上插拔纱装置插筒管状态示意图。

图中：1、前后丝杆；2、前后线性模组；3、前后方向伺服电机；4、左右丝杆；5、左右方向伺服电机；6、左右线性模组；7、上下线性模组；8、上下方向伺服电机；9、末端执行器；10、前后连接件；11、光电传感器；12、主车速度编码器；13、机器视觉控制系统；14、主车；15、顶松进气孔；16、顶松活塞；17、抓管器气囊；18、抓管器气囊进气孔；19、筒管；20、锭杆(虚线代表锭杆)。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述，具体实施方式中的具体语言或顺序仅是解释和示范性的，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参阅图1所示，一种带视觉的自动落纱机包括：前后丝杆1、前后线性模组2、前后方向伺服电机3、左右丝杆4、左右方向伺服电机5、左右线性模组6、上下线性模组7、上下方向伺服电机8、末端执行器9、前后连接件10、光电传感器11、主车速度编码器12、机器视觉控制系统13、主车14以及plc控制系统(图未示)。

所述前后丝杆1、前后线性模组2、前后方向伺服电机3、左右丝杆4、左右方向伺服电机5、左右线性模组6、上下线性模组7、上下方向伺服电机8以及末端执行器9共同构成一个三维直角坐标系机械臂，可以实现末端执行器9在前后、上下、左右三个维度直线运动，三个维度运动的叠加形成机械臂的运动轨迹；机械臂的所有部件都安装在主车14上。

机械臂的末端执行器9具体运动方式为：plc控制系统向前后方向伺服电机3发出控制指令控制机械臂的末端执行器9相对于自动落纱机做前后运动；plc控制系统向左右方向伺服电机5发出控制指令控制机械臂的末端执行器9相对于自动落纱机做左右运动；plc控制系统向上下方向伺服电机8发出控制指令控制机械臂的末端执行器9相对于自动落纱机做上下运动。

plc控制系统控制落纱机主车14沿纺纱机做匀速直线运动；主车速度编码器12实时记录主车14的速度并反馈给plc控制系统，使plc控制系统控制左右丝杆4实时准确得跟踪主车14速度，保持左右丝杆4的运动方向与主车14相反，左右丝杆4的运动速度与主车14速度大小一致，从而使机械臂的末端执行器9与纱锭保持相对静止。

光电传感器11用于在落纱机沿纺纱机做匀速直线运动过程中检测流水线各纱锭的固定距离和纱锭数目，当达到抓取数量时光电传感器11向plc控制系统发出运动信号，plc控制系统根据流水线各纱锭的固定距离使机械臂的末端执行器9运动到动作位置，末端执行器9加速运动到动作位置，并保持左右丝杆4的运动与主车14的运动方向相反、大小相同，从而使末端执行器9与纱锭保持相对静止，完成跟踪控制。

机器视觉控制系统13通过串口与plc控制系统相互通信；机器视觉控制系统13通过监控落纱机工作环境的视觉信息，识别出机械臂的末端执行器9和纱锭，得到机械臂的末端执行器9的准确位置和将要抓取的纱锭的准确位置，通过纱锭的准确位置计算出末端执行器9的期望位置，然后将末端执行器的准确位置和和期望位置相比较得到偏差，机器视觉控制系统13根据偏差给出机械臂末端执行器9需要移动的位置并向plc控制系统发出定位数据，使机械臂末端执行器9对准纱锭，同时机器视觉控制系统13向plc控制系统发出插拔纱锭指令，机械臂末端执行器9执行插拔动作。完成一次插拔任务后，机械臂末端执行器9回到初始位置等待光电传感器11发出下一个运动信号，进行下一次插拔纱锭运动。

请参阅图2和图3所示，其为机械臂的末端执行器9上的插拔纱装置91的结构示意图，插拔纱装置包括顶松进气孔15、顶松活塞16、抓管器气囊17、抓管器气囊进气孔18；在落纱时抓管器气囊18套住缠满纱的筒管19的未缠纱线的上部，同时高压空气通过抓管器气囊进气孔18进入抓管器气囊17，抓管器气囊17迅速膨胀，夹持住缠满纱的筒管19的未缠纱线的上部(参阅图3所示)；此时，当需要插拔纱装置91上拔筒管19时,气流经过顶松进气孔15推动顶松活塞16运动将缠满纱的筒管19与锭杆20脱离，从而实现对缠满纱的筒管19的拔离。上述拔纱的方式采用抓管器气囊17快速充气、放气来完成。抓管器气囊17与筒管19之间具有一定的摩擦力，在拔纱过程中抓管器气囊17夹持住缠满纱的筒管19的未缠纱线的上部并给筒管19的一个垂直向上的力，同时顶松活塞16给了一个向下推锭杆20的力，在两个合力的作用下将缠满纱的筒管19垂直向上拔起。采用垂直拔纱的方式，能够有效的避免对纱管以及纱线的损伤。

请参阅图2和图4所示，机械臂的末端执行器9上的插拔纱装置91在插空筒管19时，抓管器气囊17套住空筒管19的上部，同时高压空气通过抓管器气囊进气孔18进入抓管器气囊17，抓管器气囊17迅速膨胀，夹持住空筒管19的上部(参阅图4所示)；此时，当需要插拔纱装置给铁锭20插空筒管19时,抓管器气囊17快速放气，空筒管19脱离抓管器气囊17的束缚，从而实现对铁锭20上插空筒管19。

机械臂的末端执行器9上的插拔纱装置91的结构都相同，既能落纱又能插空筒管24。

机械臂的末端执行器9上插拔纱装置91的个数为2n个(n是大于或者等于1的整数)，前n个插拔纱装置91负责落纱，后n个插拔纱装置91负责插筒管，在本实施例中机械臂的末端执行器9有十个插拔纱装置91(参见图1)，落纱开始时，末端执行器9第一次插拔纱锭动作，前五个插拔纱装置91拔落五个满纱筒管，在放落满纱筒管的同时后五个插拔纱装置91抓取主车上的空筒管。第二次动作时前五个插拔纱装置91拔满纱筒管，后五个落纱器给前一次动作取下满纱筒管的铁锭插空筒管；后续不断循环第二次动作，从而在一次落纱的过程中即完成了落纱也完成了插筒管的过程，提高了工作效率。

本发明一种带视觉的自动落纱机工作过程如下：落纱机主车14移动到纺纱机前面的轨道上，plc控制系统输出信号驱动落纱机主车14沿纺纱机做匀速直线运动，在落纱机沿纺纱机做匀速直线运动过程中，光电传感器11检测流水线各纱锭的固定距离和纱锭数目，当达到抓取数目时向plc控制系统发出运动信号，plc控制系统根据流水线各纱锭的固定距离使机械臂的末端执行器9运动到动作位置；机械臂的末端执行器9加速运动到动作位置，同时机械臂的末端执行器9维持左右丝杆运动方向上与主车速度大小相同方向相反，使机械臂的末端执行器9与纱锭保持相对静止，完成跟踪控制。同时，机器视觉控制系统13通过落纱机工作环境的视觉信息，识别出机械臂的末端执行器9和纱锭，得到机械臂的末端执行器9的准确位置和将要抓取的纱锭的准确位置，通过纱锭的准确位置计算出末端执行器的期望位置，将末端执行器9的准确位置和期望位置相比较得到偏差，机器视觉控制系统13根据偏差给出机械臂末端执行器9需要移动的位置并向plc控制系统发出定位数据，使机械臂末端执行器9对准纱锭，同时机器视觉控制系统13向plc控制系统发出插拔纱锭指令，机械臂末端执行器9执行插拔动作。完成一次插拔任务后，机械臂末端执行器9回到初始位置等待光电传感器11发出下一个运动信号，进行下一次插拔纱锭运动。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。