捻线机上纱系统的制作方法

本实用新型涉及捻线机领域，尤其是涉及一种捻线机上纱系统。

背景技术：

工业长丝、玻璃纤维及bcf地毯丝捻线机的原纱卷装一般在10kg以上，规模以上捻线车间的工位超过万锭，生产和操作中，原纱搬运、更换及成品码垛耗时长、效率低、劳动强度大，机器代人需求迫切。

现有技术公开了一种行走于捻线机上方的移动纱架，原纱消耗完之后，所有纱架依次沿轨道移出，行至捻线机之外的固定位置进行自动上纱，上完后再沿环形轨道行走复位。该方式缺点在于，捻线机一侧近百锭原纱须全部用完方可移动和更换，效率、柔性、灵活性极低。

现行另一种自动上纱装置同样运行在捻线机上方，机台顶部和地面安装大量的支撑框架和线性模组，机械臂沿线性模组滑动，从机台顶部料斗区逐个抓取原纱，送往锭位顶部存储点。该方式仍须人工将原纱从存储点搬运至工作位，自动化程度低，且需对车间、机台和纱架进行大幅改造，周期长、成本高。

专利cn110485006a中一种加捻机机器人智能上丝系统，采用机器人地面行走上纱，并运用导航和视觉技术定位，可满足少量捻线机台的自动化上纱，成本低廉。另有专利文献cn109355745a公开了一种倍捻机卷绕筒子夹取装置及夹取方法，机器人将加捻卷取卷装取下后放置到筒子架小车上，筒子架小车需要人工移动。现有技术的不足之处在于机器人与捻线机无数据交互，缺少整体调度及控制系统；上纱必须在落纱和捻线机停台后方能工作，且只能为纱架靠外一侧工作位上纱，智能化、自动化程度偏低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种捻线机上纱系统，能够实现智能化上纱操作，大幅提高操作效率，降低劳动强度，减少人工操作。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种捻线机上纱系统，它包括捻线机、自行走小车和主控系统；

捻线机上设有捻线机无线通信模块，用于将捻线机的工作状态发送至主控系统；

自行走小车设有小车无线控制器和自行走装置，用于接收主控系统的指令，行走至捻线机的工位，以取下空的管筒、在捻线机的纱架上放上原纱或取下成品卷装堆码，所述的自行走装置能够根据传感器的反馈自动行走至指定位置；

主控系统用于接收捻线机的工作状态，并根据捻线机的工作状态调度自行走小车给捻线机上纱或卸纱。

优选的方案中，主控系统通过无线通信模块与交换机电连接，交换机与无线wifi模块电连接，无线wifi模块直接或通过无线中继与自行走小车或捻线机电连接，以在捻线机、自行走小车和主控系统之间组成通讯网络。

优选的方案中，还设有导航装置，导航装置用于使自行走小车精确判断自身所在的位置，并消除自行走装置的误差。

优选的方案中，所述的导航装置为地面标志，自行走小车通过设置的摄像头比对地面标志的位置，以精确判断自身所在位置。

优选的方案中，所述的导航装置为磁条，自行走小车通过磁传感器检测磁条，以精确判断自身所在位置。

优选的方案中，所述的导航装置为靠板，自行走小车从两个侧面靠近靠板，以消除自行走装置的累积误差。

优选的方案中，所述的捻线机上设有可旋转的纱架，内侧纱位和外侧纱位分别位于纱位座的两端，纱位座通过转轴与纱架连接，用于将加工完的原纱从内侧纱位转动至外侧纱位；

转轴与纱位驱动装置连接，以驱动纱位座旋转。

优选的方案中，所述的自行走小车的车顶还设有机械臂，机械臂的自由端设有机械爪摄像头、第一机械爪和第二机械爪；

机械爪摄像头用于通过获取图像通过视觉识别判断机械爪的位置；

第一机械爪用于取下管筒，第二机械爪用于安装原纱；第一机械爪和第二机械爪为能够改变外接圆直径的多个机械手指。

优选的方案中，在自行走小车上还设有原纱堆码位、空卷筒收纳盒和隔板保存盒；

空卷筒收纳盒位于自行走小车的中间，空卷筒收纳盒的顶部设有机械臂底座，机械臂固定安装在机械臂底座上；

原纱堆码位位于空卷筒收纳盒的两侧，隔板保存盒位于原纱堆码位的两侧。

优选的方案中，主控系统包括任务实施、设备管理和生产管理模块；

所述的任务实施模块，负责接受信号和发出指令、监测任务执行，实时做出修正和反馈，并调度多台自行走小车同时实施的任务；与前端来料和后端仓储进行任务对接，保证物料运行和补给的通畅；

所述的设备管理模块管理自行走小车充电、运行状态、设备状态、故障报警、安全识别、人车分流状态；

所述的生产管理模块，管理当前班次及班产量、总产量、运行节拍和效率，监控机台原纱消耗状态。

优选的方案中，在捻线机上设有原纱传感器，原纱传感器位于与管筒的外径接近相切的位置，以检测原纱的用量，当原纱消耗完后发出信号，由主控系统接收和分析后，向操作者和自行走小车发出换纱请求。

一种用于上述的捻线机上纱系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、捻线机根据原纱传感器的检测信号，发出原纱消耗信息；

同时，将纱架上用完了原纱的管筒切换至外侧纱位；

s2、主控系统接收捻线机发出的信息，指令整备完成的自行走小车自动行走至捻线机附近，机械臂从纱垛取下原纱，机械臂执行取下管筒并在原位安装原纱的操作；

在操作过程中，以机械爪摄像头拍摄的图像，通过视觉识别定位纱垛上原纱的位置；以机械爪摄像头拍摄的图像，通过视觉识别定位纱架上的需要上纱的定位杆的位置；

通过以上步骤实现智能化上纱。

优选的方案中，主控系统根据捻线机发出的原纱消耗信息计数，累积到一定量，即指令自行走小车在捻线机的车尾卸载成品卷装，并在附近的垛盘上堆码；

主控系统根据自行走小车的电量指令自行走小车在充电位自行充电；

自行走小车对每次上纱的次数进行计数，当计数次数达到原纱堆码位的原纱，即自行至取纱区补充原纱，并卸下管筒和隔板。

本实用新型提供了一种捻线机上纱系统，采用自行走小车换纱的方案，比现有技术中的纱架整体行走至捻线机之外的固定位置换纱的方式，生产柔性和灵活度更强，节拍更短、效率更高；且实时和在线换纱，无需捻线机停台等待；可跳过断纱及故障锭位，消除浪费和冗余操作；且纱架仍可拉下操作，穿纱、接头便捷，兼容了原始人工换纱方式。现行一种机械臂在空中行走的换纱方式，需架设大量的支撑框架、导轨和线性模组，受制于捻线机导轨台与台的间断，机械臂无法循环服务于多台捻线机，成本高、效率低。本实用新型中的自动换纱系统无需进行车间施工及设备改造，成本低廉，安装调试工作量小、周期短，且能自由穿梭于车间过道，服务于多台捻线机。自行走小车行走、定位、机械臂抓取、上纱均在地面完成，与纱架或机械臂带原纱在空中行走和动作相比，无原纱、零件掉落的风险，对地面行人和操作者不造成安全威胁。通过采用可旋转纱架的方案，解决了纱架靠内一侧原纱的自动换纱的技术难题。本实用新型的机械臂能够一次动作完成空管筒的抓取和原纱的安装，大幅提高操作效率。本实用新型的自行走小车可完成原纱和成品卷装码垛，做到一机多用。捻线机的纱架设置原纱传感器，实时监测原纱消耗状态，并发出信号给主控系统，通知自行走小车，自行走小车智能化进行缺纱锭位的精确补给。机械臂上设置机械爪摄像头，通过图像识别，定位机械爪的位置，并能够通过图像处理和算法，检测原纱和成品品质，较人眼检测更可靠、更精准。本实用新型能够通过主控系统全面系统管理换纱任务实施、自行走小车各项参数和产量效率统计，自动化、智能化程度高，可减少一半以上的车间用工。

附图说明

下面结合附图和实施例作进一步说明。

图1为本实用新型的上纱结构示意图。

图2为本实用新型的自行走小车结构示意图。

图3为本实用新型的控制系统的整体结构示意图。

图4为本实用新型的捻线机的主视图。

图5为本实用新型的自行走小车的立体图。

图6为本实用新型的自行走小车从捻线机卸下成品卷装的立体图。

图7为本实用新型的另一优选结构的自行走小车的立体图。

图8为本实用新型的纱架结构示意图。

图9为本实用新型的纱架局部结构示意图。

图中：原纱1，捻线机2，纱架3，内侧纱位301，外侧纱位302，定位杆303，转轴304，纱位驱动装置305，纱位座306，管筒4，自行走小车5，原纱堆码位51，机械臂6，机械爪摄像头61，第一机械爪62，第二机械爪63，原纱传感器7，隔板8，空卷筒收纳盒9，小车无线控制器10，纱垛11，主控系统12，通信模块13，交换机14，无线wifi模块15，无线中继16，捻线机无线通信模块17，待机点18，导航装置19，取纱区20，充电位21，成品卷装22，成品输送带23，机械臂底座24，垛盘25，隔板保存盒26。

具体实施方式

实施例1：

如图1~7中，一种捻线机上纱系统，它包括捻线机2、自行走小车5和主控系统12；

捻线机2上设有捻线机无线通信模块17，用于将捻线机2的工作状态发送至主控系统12；本例中的捻线机无线通信模块17优选采用无线串口服务器。

自行走小车5设有小车无线控制器10和自行走装置，自行走小车5上还设有机械臂6，用于接收主控系统12的指令，行走至捻线机2的工位，以取下空的管筒4、在捻线机2的纱架3上放上原纱1或取下成品卷装22堆码，所述的自行走装置能够根据传感器的反馈自动行走至指定位置；自行走小车5中的自行走装置为现有技术，例如中国专利文献cn108891503a记载的一种节省空间的agv小车，cn210191680u一种防爆负重内置装载式agv小车等。自行走装置能够根据指令，沿着预设的路径行走，并能够根据导航装置19自动调整定位精度。

主控系统12用于接收捻线机2的工作状态，并根据捻线机2的工作状态调度自行走小车5给捻线机2上纱或卸纱。

优选的方案如图2中，主控系统12通过无线通信模块13与交换机14电连接，交换机14与无线wifi模块15电连接，无线wifi模块15直接或通过无线中继16与自行走小车5或捻线机2电连接，以覆盖所有的捻线机2和自行走小车5，以在捻线机2、自行走小车5和主控系统12之间组成通讯网络。主控系统12优选采用工控机。

优选的方案如图2中，还设有导航装置19，导航装置19用于使自行走小车5精确判断自身所在的位置，并消除自行走装置的误差；

所述的导航装置19为地面标志，例如二维码，自行走小车5通过设置的摄像头比对地面标志的位置和方向，以精确判断自身所在位置和方向，以对积累的行走误差进行修正；

所述的导航装置19为磁条，自行走小车5通过磁传感器检测磁条，以精确判断自身所在位置；

所述的导航装置19为靠板，自行走小车5从两个侧面靠近靠板，以消除自行走装置的累积误差。

优选的方案如图1、8、9中，所述的捻线机2上设有可旋转的纱架3，内侧纱位301和外侧纱位302分别位于纱位座306的两端，纱位座306通过转轴304与纱架3连接，用于将加工完的原纱1从内侧纱位301转动至外侧纱位302；由此结构，解决了现有技术中内侧纱位301的上纱难题。

转轴304与纱位驱动装置305连接，以驱动纱位座306旋转。纱架3的旋转可以手动调节，也可以自动旋转。如图8中纱位驱动装置305包括伺服电机、直流电机或霍尔电机，电机通过减速器与转轴304连接，带动纱位座306旋转，以切换内侧纱位301和外侧纱位302的位置。

优选的方案如图2、5、7中，所述的自行走小车5的车顶还设有机械臂6，所述的机械臂6为3轴~6轴机械臂，机械臂6的自由端设有机械爪摄像头61，进一步优选的，还设有第一机械爪62和第二机械爪63；

机械爪摄像头61用于通过获取图像通过视觉识别判断机械爪的位置；单目视觉识别为现有技术，例如中国专利文献cn111028267a中记载的一种移动机器人单目视觉跟随系统及跟随方法。cn111209802a一种图形焦点转移的机器人视觉图像场景解析方法等。此处的记载仅用于证明该技术属于现有技术，并不代表在本例中采用了该文献中所记载的视觉识别方案。

第一机械爪62用于取下管筒4，第二机械爪63用于安装原纱1；第一机械爪62和第二机械爪63为能够改变外接圆直径的多个机械手指。由此结构，一次手臂伸缩动作，即可同时完成取空管筒4和上原纱1的操作。

优选的方案中，在自行走小车5上还设有原纱堆码位51、空卷筒收纳盒9和隔板保存盒26；原纱堆码位51用于储存多个原纱1；隔板保存盒26用于保存每层堆码的原纱1之间的隔板8，隔板8上设有多个孔用于定位管筒4，隔板8的材质为泡沫。进一步优选的，隔板8上设有识别码，用于帮助自行走小车5上的控制器，快速根据机械爪摄像头61的图像识别隔板8且隔板8上已经没有原纱1。

可选的如图2、5、6中，自行走小车5的底部设有自行走装置，自行走小车5顶部一侧设有凸起的机架，机架的顶部设有固设有5~6轴机械臂6，机架的一侧设有原纱堆码位51，另一侧设有隔板保存位，在自行走小车5的两侧设有空卷筒收纳盒9。

另一可选的方案如图7中，空卷筒收纳盒9位于自行走小车5的中间，空卷筒收纳盒9的顶部设有机械臂底座24，机械臂6固定安装在机械臂底座24上；

原纱堆码位51位于空卷筒收纳盒9的两侧，隔板保存盒26位于原纱堆码位51的两侧。

优选的方案如图2中，主控系统12包括任务实施、设备管理和生产管理模块；

所述的任务实施模块，负责接受信号和发出指令、监测任务执行，实时做出修正和反馈，并调度多台自行走小车5同时实施的任务；与前端来料和后端仓储进行任务对接，保证物料运行和补给的通畅；

所述的设备管理模块管理自行走小车5充电、运行状态、设备状态、故障报警、安全识别、人车分流状态；

所述的生产管理模块，管理当前班次及班产量、总产量、运行节拍和效率，监控机台原纱1消耗状态。

优选的方案如图1中，在捻线机2上设有原纱传感器7，原纱传感器7优选采用光电传感器，原纱传感器7位于与管筒4的外径接近相切的位置，以检测原纱1的用量，当原纱1消耗完后发出信号，由主控系统12接收和分析后，向操作者和自行走小车5发出换纱请求。由此结构，该原纱传感器7作为启动上纱任务的基础。

实施例2：

一种用于上述的捻线机上纱系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、捻线机2根据原纱传感器7的检测信号，发出原纱1消耗信息；

同时，将纱架3上用完了原纱的管筒4切换至外侧纱位302；优选的，采用由纱位驱动装置305自动切换。

s2、主控系统12接收捻线机2发出的信息，指令整备完成的自行走小车5自动行走至捻线机2附近，在主控系统12的指令中，规划自行走小车5的运行轨迹，该运行轨迹需要避免与其他的自行走小车5行成干涉。在运行轨迹中，累积到一定的行程需要指令自行走小车5经过导航装置19，并根据导航装置19消除自行走小车5运行的累积误差。进一步优选的，规划的运行轨迹还应谋求效益最大化，即能够以最短的行程完成最多的上纱操作。优选的，在运行轨迹的规划中采用插入操作，主控系统12将运行轨迹设置为具有多个节点的矢量路径，每个节点与上纱操作的工位相对应，当完成一个节点的操作，则该节点在矢量路径中被删除，当出现新的换纱请求，主控系统12判断该新的节点是否与当前的矢量路径重合，若重合则插入到当前的矢量路径中，若不重合，则排入下个运行轨迹中，等待空闲的自行走小车5，则将新的运行轨迹赋予空闲的自行走小车5。

机械臂6从纱垛11取下原纱1，机械臂6执行取下管筒4并在原位安装原纱1的操作；

在操作过程中，以机械爪摄像头61拍摄的图像，通过视觉识别定位纱垛11上原纱1的位置；以机械爪摄像头61拍摄的图像，通过视觉识别定位纱架3上的需要上纱的定位杆303的位置；从而辅助调节机械爪与定位杆303之间的相对位置。具体步骤为：机械爪摄像头61先拍摄原纱堆码位51的俯视图，判断原纱1的位置，第二机械爪63插入到原纱1的管筒4中，机械手指张开将管筒4固定，提起原纱1，机械臂6运行到当前工位的纱架3的外侧纱位302上方，机械爪摄像头61拍摄外侧纱位302的图像，找到定位杆303的位置，使第一机械爪62与定位杆303对齐，将第一机械爪62伸入到空的管筒4内，将管筒4胀紧，取下空的管筒4，移动使第二机械爪63与定位杆303对齐，松开第二机械爪63抓取的原纱1，装入到定位杆303上，当内侧纱位301的原纱1用完后，再次切换内侧纱位301与外侧纱位302的位置。完成原纱1安装的机械臂6，将管筒4放入到空卷筒收纳盒9内，并计数，避免空卷筒收纳盒9溢出。自行走小车5再次移动到下一个节点进行上纱操作。

通过以上步骤实现智能化上纱。

优选的方案如图6中，主控系统12根据捻线机2发出的原纱1消耗信息计数，累积到一定量，即指令自行走小车5在捻线机2的车尾卸载成品卷装22，并在附近的垛盘25上堆码；并计数，当堆码完成后，主控系统12通知操作人员移动装满的垛盘25，并布置新的垛盘25。

主控系统12根据自行走小车5的电量，指令自行走小车5在充电位21自行充电；

自行走小车5对每次上纱的次数进行计数，当计数次数达到原纱堆码位51的原纱1，即自行至取纱区20补充原纱1，并卸下管筒4和隔板8。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。