布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法及系统与流程
本发明涉及自动缝纫设备的技术领域，特别是涉及一种布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法及系统。
背景技术：
随着自动缝纫设备行业的发展，自动缝纫设备越来越多地应用在生产生活的不同领域，并且与自动缝纫设备配套的辅助设备也逐渐丰富起来。其中通过布料抓取装置来将布料移动至预定位置，实现布料的自动化供给。
在缝制过程中，布料抓取装置按照一定的姿态抓取裁片使缝制线上等距距离的点一一经过机针位置，从而实现自动缝制。但是，若布料抓取装置与缝制线太近，在缝制过程中会与自动缝纫设备碰撞；若布料抓取装置与缝制线太远，则会发生裁片鼓起、拉扯变形等现象。因而，抓取位置太远或太近都会影响缝制质量。
因此，需要对自动缝纫设备的布料抓取装置的抓取位置和抓取姿态进行准确控制，以将布料的缝制线与机针对齐，从而保证缝制质量。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法及系统，根据裁片缝制线和布料抓取装置特性，有效地使布料抓取装置的着力点合理分布在裁片上，控制布料抓取装置能够以最佳位置和姿态对布料进行抓取，从而保证缝制质量。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法，应用于自动缝纫设备的布料抓取装置上，以自动缝纫设备平台作为平面坐标系平面，设定裁片缝制线包括若干个缝制点，表示为q1、q2、q3、q4…qn；q|n/2|为缝制线中间点，|n/2|表示n/2向上取整后的值；包括以下步骤：设置布料抓取装置的属性点，其中，设置布料抓取装置的若干个着力点，且其中一个着力点为固定点；将所有着力点依次连接并在连接线上选取若干点，所选取的若干点和所有着力点作为布料抓取装置的属性点；设定固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]；当固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h取值为hmax和
于本发明一实施例中，设置点a1、a2、a3为布料抓取装置的三个着力点，点a2为固定点；将长度为l1的连接线a1a2按距离d1分割成x个点，分别为a11、a12…a1x；将长度为l2的连接线a2a3按距离d2分割成y个点，分别为a31、a32…a3y；x为l1/d1向上取整后的值，y为l2/d2向上取整后的值；点a1、a2、a3、点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y为布料抓取装置的属性点。
于本发明一实施例中，设定点a2与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]包括以下步骤：
根据裁片所有缝制线确定一边与连接线q1qn平行的的缝制线最小外接矩形；
设定缝制线最小外接矩形中与连接线q1qn垂直的一边的长度为距离最大值hmax；
自定义距离最小值hmin。
于本发明一实施例中，计算布料抓取装置的属性点的位置坐标包括以下步骤：
以自动缝纫设备平台上任意一点为原点，沿机针向上的方向为y向建立平面直角坐标系；获取缝制线的首点q1坐标(x0，y0)、尾点qn坐标(xn，yn)、缝制线中间点q|n/2|坐标(xqn，yqn)、连接线a1a2长度l1和连接线a2a3长度l2；设定三个着力点a1、a2、a3坐标分别为(xa1，ya1)、(xa2，ya2)、(xa3，ya3)，a11、a12…a1x的坐标记为(xa11，ya11)、(xa12，ya12)…(xa1x，ya1x)，a31、a32…a3y的坐标记为(xa31，ya31)、(xa32，ya32)…(xa3y，ya3y)；
计算点a2的坐标：
其中，
计算点a1、点a3的坐标：
[xa1ya1]＝[xa2+l1·sinθ1ya2+l1·cosθ1]，其中，
[xa3ya3]＝[xa2-l2·sinθ2ya2-l2·cosθ2]，其中，
计算点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y的坐标：
于本发明一实施例中，若调整后的hmax与hmin的差值不小于预定误差，则根据调整后的hmax和hmin，重新计算对应的属性点，直至调整后的hmax与hmin的差值小于预定误差。
同时，本发明提供一种布料抓取装置的抓取位置和姿态控制系统，应用于自动缝纫设备的布料抓取装置上，以自动缝纫设备平台作为平面坐标系平面，设定裁片缝制线包括若干个缝制点，表示为q1、q2、q3、q4…qn；q|n/2|为缝制线中间点，|n/2|表示n/2向上取整后的值；
包括属性点设置模块、距离设定模块、计算模块、第一判断模块、调整模块和第二判断模块；
所述属性点设置模块用于设置布料抓取装置的属性点；其中，设置布料抓取装置的若干个着力点，且其中一个着力点为固定点；将所有着力点依次连接并在连接线上选取若干点，所选取的若干点和所有着力点作为布料抓取装置的属性点；
所述设定模块用于设定固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]；
所述计算模块用于在固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h取值为hmax和
所述第一判断模块用于判断hmax和
所述调整模块用于调整hmax和hmin的取值；其中调整原则为：若hmax是安全距离，
所述第二判断模块用于判断调整后的hmax与hmin的差值是否小于预定误差；若是，
于本发明一实施例中，设置点a1、a2、a3为布料抓取装置的三个着力点，点a2为固定点；将长度为l1的连接线a1a2按距离d1分割成x个点，分别为a11、a12…a1x；将长度为l2的连接线a2a3按距离d2分割成y个点，分别为a31、a32…a3y；x为l1/d1向上取整后的值，y为l2/d2向上取整后的值；点a1、a2、a3、点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y为布料抓取装置的属性点。
于本发明一实施例中，所述设定模块设定点a2与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]包括以下步骤：
根据裁片所有缝制线确定一边与连接线q1qn平行的的缝制线最小外接矩形；
设定缝制线最小外接矩形中与连接线q1qn垂直的一边的长度为距离最大值hmax；
自定义距离最小值hmin。
于本发明一实施例中，所述计算模块计算布料抓取装置的属性点的位置坐标包括以下步骤：
以自动缝纫设备平台上任意一点为原点，沿机针向上的方向为y向建立平面直角坐标系；获取缝制线的首点q1坐标(x0，y0)、尾点qn坐标(xn，yn)、缝制线中间点q|n/2|坐标(xqn，yqn)、连接线a1a2长度l1和连接线a2a3长度l2；设定三个着力点a1、a2、a3坐标分别为(xa1，ya1)、(xa2，ya2)、(xa3，ya3)，a11、a12…a1x的坐标记为(xa11，ya11)、(xa12，ya12)…(xa1x，ya1x)，a31、a32…a3y的坐标记为(xa31，ya31)、(xa32，ya32)…(xa3y，ya3y)；
计算点a2的坐标：
其中，
计算点a1、点a3的坐标：
[xa1ya1]＝[xa2+l1·sinθ1ya2+l1·cosθ1]，其中，
[xa3ya3]＝[xa2-l2·sinθ2ya2-l2·cosθ2]，其中，
计算点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y的坐标：
于本发明一实施例中，于本发明一实施例中，所述第二判断模块中，若调整后的hmax与hmin的差值不小于预定误差，则根据调整后的hmax和hmin，重新计算对应的属性点，直至调整后的hmax与hmin的差值小于预定误差。
如上所述，本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法及系统，具有以下有益效果：
(1)能够根据不同裁片形状，自适应地计算出最佳的抓取位置和姿态；
(2)能够自适应地计算布料抓取装置与自动缝纫设备之间的安全距离，防止与自动缝纫设备碰撞的发生；
(3)保证了布料抓取装置的着力点在裁片范围内，避免了无法控制裁片的现象；
(4)在对不同缝制线进行缝制时，能够自动调整布料抓取装置的姿态，无需人工操作，提高了工作效率。
附图说明
图1显示为布料抓取装置控制裁片进行缝制的一个实施例的结构示意图；
图2显示为本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法的流程图；
图3显示为本发明中设定点a2与缝制线中间点q|n/2|的最大值hmax的一个实施例的示意图；
图4显示为本发明中布料抓取装置的属性点分布的示意图；
图5显示为本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制系统的结构示意图。
元件标号说明
1属性点设置模块
2距离设定模块
3计算模块
4第一判断模块
5调整模块
6第二判断模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
在自动缝纫设备中，布料抓取装置安装在自动缝纫设备的四轴(x横轴、y纵轴、z上下轴、u旋转轴)机械手臂末端，其尺寸已知，且可变换角度。如图1所示，布料抓取装置抓取裁片使其能够沿着机针所在点运动完成缝制。其中，a1、a2、a3为布料抓取装置的三个着力点，a2为固定点，连接线a1a2和连接线a2a3可绕a2旋转，连接线a1a2和连接线a2a3的长度分别为l1和l2，为已知固定值；z为机针所在位置，矩形b1b2b3b4构成缝纫机区域，可以理解为缝纫机俯视图的外接矩形；q1、q2、q3、q4…qn为一系列等距离的点，可以理解为裁片的缝制点，其组成的线条表示裁片缝制线。其中，点a1、a2、a3的位置以及点a2与缝制线中间点q|n/2|的距离h即为布料抓取装置的位置和姿态参数。需要说明的是，着力点的个数并不限定为三个，可根据实际应用情况设定一定数量的着力点。
参照图2，本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法，应用于自动缝纫设备的布料抓取装置上，以自动缝纫设备平台作为平面坐标系平面，设定裁片缝制线包括若干个缝制点，表示为q1、q2、q3、q4…qn；q|n/2|为缝制线中间点，|n/2|表示n/2向上取整后的值。
本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法包括以下步骤：
步骤s1、设置布料抓取装置的属性点；其中，设置布料抓取装置的若干个着力点，且其中一个着力点为固定点；将所有着力点依次连接并在连接线上选取若干点，所选取的若干点和所有着力点作为布料抓取装置的属性点。
下面以设置三个着力点为例来说明。其中点a1、a2、a3为布料抓取装置的三个着力点，点a2为固定点；将长度为l1的连接线a1a2按距离d1分割成x个点，分别为a11、a12…a1x；将长度为l2的连接线a2a3按距离d2分割成y个点，分别为a31、a32…a3y；x为l1/d1向上取整后的值，y为l2/d2向上取整后的值；点a1、a2、a3、点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y为布料抓取装置的属性点。
需要说明的是，采用d1和d2等距离分割连接线以获取属性点是为了后续计算的便利性。在实际操作中，并不局限于上述属性点获取方式，可以任意选取连接线上的点作为属性点。
步骤s2、设固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmim]。
优选地，设定点a2与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]包括以下步骤：
21)根据裁片所有缝制线确定一边与连接线q1qn平行的的缝制线最小外接矩形。
22)设定缝制线最小外接矩形中与连接线q1qn垂直的一边的长度为距离最大值hmax。
23)自定义距离最小值hmin。优选地，距离最小值hmin可设置为0。
在本发明另一实施例中，根据裁片所有缝制线确定一边与连接线q1qn平行的的缝制线最小外接矩形，将布料抓取装置的着力点设置在裁片上。如图3所示，选取极端条件，即a1和a3中一点在对面一缝制线上，另一点要在裁片区域，计算此时点a2的位置，即可确定距离最大值hmax。同时，自定义距离最小值hmin。优选地，距离最小值hmin可设置为0。
步骤s3、当固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h取值为hmax和
优选地，a和b相等。
参照图4，当包括a1、a2和a3三个着力点时，计算布料抓取装置的属性点的位置坐标包括以下步骤：
31)以自动缝纫设备平台为坐标平面，以自动缝纫设备平台上任意一点为原点，沿机针向上的方向为y向建立平面直角坐标系；获取缝制线的首点q1坐标(x0，y0)、尾点qn坐标(xn，yn)、缝制线中间点q|n/2|坐标(xqn，yqn)、连接线a1a2长度l1和连接线a2a3长度l2；设定三个着力点a1、a2、a3坐标分别为(xa1，ya1)、(xa2，ya2)、(xa3，ya3)，a11、a12…a1x的坐标记为(xa11，ya11)、(xa12，ya12)…(xa1x，ya1x)，a31、a32…a3y的坐标记为(xa31，ya31)、(xa32，ya32)…(xa3y，ya3y)。
需要说明的是，l1并不要求为d1的整数倍。当l1不为d1的整数倍时，从连接线a1a2的a2点开始，按照距离d1依次获取a11、a12…a1x即可，最后一段的长度不为d1不影响后续的计算。同理，l2并不要求为d2的整数倍。当l2不为d2的整数倍时，从连接线a2a3的a2点开始，按照距离d2依次获取a31、a32…a3y即可，最后一段的长度不为d2不影响后续的计算。
其中，d1和d2的取值可以相同，也可以不同。
32)计算点a2的坐标：
其中，θ3为连接线q1qn与y轴之间的夹角，
具体地，[xqn’yqn’]表示连接线q1qn与y轴平行时，点q|n/2|的坐标。由坐标旋转变换与几何知识可知，当直线q1qn与y轴平行时点q|n/2|的坐标为：
33)计算点a1、点a3的坐标：
[xa1ya1]＝[xa2+l1·sinθ1ya2+l1·cosθ1]，其中，
[xa3ya3]＝[xa2-l2·sinθ2ya2-l2·cosθ2]，其中，
其中，θ1表示连接线a1a2与y轴的夹角，θ2表示连接线a2a3与y轴的夹角。因此，可得连接线a1a2与连接线a2a3间的夹角θ＝π+θ1-θ2。
34)计算点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y的坐标：
步骤s4、判断hmax和
步骤s5、调整hmax和hmin的取值；其中调整原则为：若hmax是安全距离，
其中，若hmax不是安全距离，则无法求解最小安全距离。对于布料抓取装置而言，其必然存在最小安全距离。故初次计算时所选取的hmax须为合适的值。
步骤s6、判断调整后的hmax与hmin的差值是否小于预定误差；若是，
若否，根据调整后的hmax和hmin，重复上述流程，直至调整后的hmax与hmin的差值小于预定误差，则所得到的
具体地，预定误差取值越小，则所获得的布料抓取装置的最优安全距离的精度越高。
参照图5，本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制系统应用于自动缝纫设备的布料抓取装置上，以自动缝纫设备平台作为平面坐标系平面，设定裁片缝制线包括若干个缝制点，表示为q1、q2、q3、q4…qn；q|n/2|为缝制线中间点，|n/2|表示n/2向上取整后的值。
本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制系统包括属性点设置模块1、距离设定模块2、计算模块3、第一判断模块4、调整模块5和第二判断模块6。
属性点设置模块1用于设置布料抓取装置的属性点；其中设置布料抓取装置的若干个着力点，且其中一个着力点为固定点；将所有着力点依次连接并在连接线上选取若干点，所选取的若干点和所有着力点作为布料抓取装置的属性点。
下面以设置三个着力点为例来说明。其中点a1、a2、a3为布料抓取装置的三个着力点，点a2为固定点；将长度为l1的连接线a1a2按距离d1分割成x个点，分别为a11、a12…a1x；将长度为l2的连接线a2a3按距离d2分割成y个点，分别为a31、a32…a3y；x为l1/d1向上取整后的值，y为l2/d2向上取整后的值；点a1、a2、a3、点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y为布料抓取装置的属性点。
需要说明的是，采用d1和d2等距离分割连接线以获取属性点是为了后续计算的便利性。在实际操作中，并不局限于上述属性点获取方式，可以任意选取连接线上的点作为属性点。
设定模块2用于设定固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]。
优选地，设定点a2与缝制线中间点q|n/2|的距离h的可取区间[hmax，hmin]包括以下步骤：
21)根据裁片所有缝制线确定一边与连接线q1qn平行的的缝制线最小外接矩形。
22)设定缝制线最小外接矩形中与连接线q1qn垂直的一边的长度为距离最大值hmax。
23)自定义距离最小值hmin。优选地，距离最小值hmin可设置为0。
在本发明另一实施例中，根据裁片所有缝制线确定一边与连接线q1qn平行的的缝制线最小外接矩形，将布料抓取装置的着力点设置在裁片上。如图3所示，选取极端条件，即a1和a3中一点在对面一缝制线上，另一点要在裁片区域，计算此时点a2的位置，即可确定距离最大值hmax。同时，自定义距离最小值hmin。优选地，距离最小值hmin可设置为0。
计算模块3与属性点设置模块1和距离设定模块2相连，用于在固定点与缝制线中间点q|n/2|的距离h取值为hmax和
优选地，a和b相等。
参照图4，当包括a1、a2和a3三个着力点时，计算布料抓取装置的属性点的位置坐标包括以下步骤：
31)以自动缝纫设备平台为坐标平面，以自动缝纫设备平台上任意一点为原点，沿机针向上的方向为y向建立平面直角坐标系；获取缝制线的首点q1坐标(x0，y0)、尾点qn坐标(xn，yn)、缝制线中间点q|n/2|坐标(xqn，yqn)、连接线a1a2长度l1和连接线a2a3长度l2；设定三个着力点a1、a2、a3坐标分别为(xa1，ya1)、(xa2，ya2)、(xa3，ya3)，a11、a12…a1x的坐标记为(xa11，ya11)、(xa12，ya12)…(xa1x，ya1x)，a31、a32…a3y的坐标记为(xa31，ya31)、(xa32，ya32)…(xa3y，ya3y)。
需要说明的是，l1并不要求为d1的整数倍。当l1不为d1的整数倍时，从连接线a1a2的a2点开始，按照距离d1依次获取a11、a12…a1x即可，最后一段的长度不为d1不影响后续的计算。同理，l2并不要求为d2的整数倍。当l2不为d2的整数倍时，从连接线a2a3的a2点开始，按照距离d2依次获取a31、a32…a3y即可，最后一段的长度不为d2不影响后续的计算。
其中，d1和d2的取值可以相同，也可以不同。
32)计算点a2的坐标：
其中，θ3为连接线q1qn与y轴之间的夹角，
具体地，[xqn’yqn’]表示连接线q1qn与y轴平行时，点q|n/2|的坐标。由坐标旋转变换与几何知识可知，当直线q1qn与y轴平行时点q|n/2|的坐标为：
33)计算点a1、点a3的坐标：
[xa1ya1]＝[xa2+l1·sinθ1ya2+l1·cosθ1]，其中，
[xa3ya3]＝[xa2-l2·sinθ2ya2-l2·cosθ2]，其中，
其中，θ1表示连接线a1a2与y轴的夹角，θ2表示连接线a2a3与y轴的夹角。因此，可得连接线a1a2与连接线a2a3间的夹角θ＝π+θ1-θ2。
34)计算点a11、a12…a1x和点a31、a32…a3y的坐标：
第一判断模块4与计算模块3相连，用于判断hmax和
调整模块5与第一判断模块4相连，用于调整hmax和hmin的取值；其中调整原则为：若hmax是安全距离，
其中，若hmax不是安全距离，则无法求解最小安全距离。对于布料抓取装置而言，其必然存在最小安全距离。故初次计算时所选取的hmax须为合适的值。
第二判断模块6与计算模块3、第一判断模块4和调整模块5相连，用于判断调整后的hmax与hmin的差值是否小于预定误差；若是，
若否，根据调整后的hmax和hmin，重复上述流程，直至调整后的hmax与hmin的差值小于预定误差，则所得到的
具体地，预定误差取值越小，则所获得的布料抓取装置的最优安全距离的精度越高。
综上所述，本发明的布料抓取装置的抓取位置和姿态控制方法及系统能够根据不同裁片形状，自适应地计算出最佳的抓取位置和姿态；能够自适应地计算布料抓取装置与自动缝纫设备之间的安全距离，防止与自动缝纫设备碰撞的发生；保证了布料抓取装置的着力点在裁片范围内，避免了无法控制裁片的现象；在对不同缝制线进行缝制时，能够自动调整布料抓取装置的姿态，无需人工操作，提高了工作效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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