CN110407031A - 基于图像识别的自动络筒机自动上纱***与方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，属于环锭纺络筒设备，包括自动导航车及装于其上的纱管仓、图像获取装置、抓取机械手和吸线装置。自动导航车沿铺设在地面的磁性轨道线运动，并在自动络筒机纱库旁停留，开始上纱，图像获取装置拍摄自动络筒机纱库图像，识别定位出未装纱管的纱库空位，图像获取装置拍摄纱管仓图像，识别定位出纱管，选择一个纱管作为抓取目标，抓取机械手抓取该纱管并移动至吸线装置，吸线装置将纱管的线头吸出后，抓取机械手将纱管移动至自动络筒机纱库的空位。本发明可取代人工上纱，减少工人劳动量，提升设备自动化和智能化水平，保证络筒过程中的纱管供应不间断，提高生产率，且对原有设备改动小，设备改造成本低。
Description
技术领域
本发明属于环锭纺络筒设备技术领域，特别涉及一种基于图像识别的自动络筒机自动上纱***与方法。
背景技术
络筒是纺纱的最后一道工序，将小容量的管纱连接起来，做成大容量的筒纱，提供后续的织造使用。自动络筒机取代了人工络筒，实现了络筒工序的自动化，降低劳动强度，提高劳动效率。目前在国际市场上，意大利萨维奥公司、日本村田机械株式会社和德国赐来福公司占据了较多市场份额；国内则有青岛宏大、上海二纺机、江苏凯宫、东飞马佐里等公司。目前国内纺织行业的自动络筒机大部分是纱库式自动络筒机，采用人工插细纱管纱，无法实现自动供料，因此络筒是整个纺纱过程中用人最多的环节。挡车工必须不停地在自动络筒机前巡回给单锭纱库插细纱管纱；当单锭满筒时，挡车工必须给单锭落筒，落一个筒的时间平均为5-10秒，在使用大纱库自动络筒机的情况下，一个挡车工至少要看2-4台机器，劳动强度大。
随着近年用工成本的不断攀升、人口老龄化与教育普及化，并且工作环境高温、高粉尘、高湿度、高噪音，纺织企业招工难、用工贵的问题日益突出。因此，自动络筒机的自动上纱***的研制已成为行业的一项现实需求。
托盘式自动络筒机实现了自动找头、插管、络筒，完全节省了人力，减轻了挡车工的劳动强度，可节约用工75％左右，但是单台投入成本比纱库式自动络筒机增加了35万左右，淘汰原有设备的成本高，且无法一机服务于多台自动络筒机。
结合国内纺织行业纱库式自动络筒机存量大的特点，开发纱库式自动络筒机的自动上纱***是另一个可行的方案。如专利CN107381231A所述络筒插纱机器人及其插纱方法，其优点在于使用移动式机器人，对原有自动络筒机的改造较少，通用性好，可以和人工操作兼容，其缺点在于需要整理装置将纱管大小头按照设定方位排布，即机器人需要额外执行整理动作，工作流程复杂，影响插纱效率；如专利CN109626130A所述自络筒小车***，其优点如前所述，其缺点在于有多个输送机，占据了较多空间，影响***能装载的纱管数量，输送***工作流程过于复杂；如专利CN108423495A所述自动投纱设备和如专利CN109019171A所述自动抓纱装置，其优点在于用单锭机械手进行上纱，稳定性和可靠性好，缺点在于需要在每台自动络筒机上安装抓取装置、需要安装输送装置，对原有设备的改造大，成本高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于图像识别的自动络筒机自动上纱***与方法，能够实现纱库式自动络筒机的自动上纱。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，包括在有多个自动络筒机的车间中运动，并在自动络筒机纱库旁停留的自动导航车，自动导航车上设置有：
纱管仓，用于存储纱管；
图像获取装置，用于获取自动络筒机纱库和纱管仓的图像，进行图像识别和定位，获取自动络筒机纱库空位的位置信息，获取纱管仓中纱管的位置信息，并选择一个待抓取的纱管；
抓取机械手，用于从纱管仓中抓取纱管，将其移动到吸线装置，待吸线装置将纱管的线头吸出后，抓取纱管，将其放入自动络筒机纱库的空位中；
吸线装置，用于将纱管的线头吸出。
作为优选方案，所述自动导航车沿铺设在地面的磁性轨道线运动，并根据磁性轨道线的停止标志和图像获取装置的识别结果，在自动络筒机纱库旁停留相应的时间，进行上纱。
作为优选方案，所述纱管仓的开口朝向正上方，所述图像获取装置位于纱管仓纱管仓侧方，包括支架和安装于支架上的第一深度相机与第二深度相机，所述第一深度相机和第二深度相机能够同时拍摄彩色和深度图像，用于图像识别和定位；所述第一深度相机镜头朝向自动导航车外侧，所述第二深度相机位于纱管仓的正上方，镜头朝向正下方，指向纱管仓的中心。
作为优选方案，所述抓取机械手抓取并移动纱管时，第一深度相机拍摄自动络筒机纱库的图像，并判断纱库出未装有纱管的纱库空位，将空位的位置信息传输给抓取机械手的控制***；第二深度相机拍摄纱管仓的图像，识别和定位纱管，选择一个待抓取的纱管作为抓取机械手的抓取目标，并将抓取目标的位置信息传输给抓取机械手的控制***。
作为优选方案，所述抓取机械手包括机械臂和夹具，可安装在自动导航车的中心，所述机械臂的工作空间能够覆盖纱管仓、吸线装置和自动络筒机纱库，所述夹具为末端执行器，用于夹持纱管。
作为优选方案，所述机械臂可选择具有多个关节的串联机器人。
作为优选方案，所述吸线装置包括安装在自动导航车上的机架，机架上安装三爪卡盘、负压泵和管道安装架，负压泵通过负压管连接吸头，所述负压泵、负压管和吸头提供吸力将纱管的线头吸出；所述吸头的前方设置有侧边为锋利边缘的挡板，所述挡板由驱动装置带动沿吸取方向为轴转动以切断纱管的线头及遮挡吸头使其无法将纱管的线头吸出，所述吸头和驱动装置安装在管道安装架上，挡板的初始位置在吸头前，将其遮挡。
作为优选方案，所述三爪卡盘为三爪气动卡盘，在其底部安装电机带动其旋转，打开和锁止由气缸驱动，从而用于固定纱管，并能够带动纱管旋转；所述驱动装置包括电机和减速箱，所述线头检测传感器位于吸头中，用于检测是否有线头被吸出。
本发明还提供了利用所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***的自动上纱方法，包括如下工作流程：
自动导航车在有多个自动络筒机的车间中运动，并根据磁性轨道线的停止标志在自动络筒机纱库旁停留；
图像获取装置拍摄自动络筒机纱库图像，识别并定位出未装有纱管的纱库空位；
图像获取装置拍摄纱管仓图像，识别并定位出待抓取的纱管；
抓取机械手抓取所述纱管并移动至吸线装置；
吸线装置将纱管的线头吸出；
抓取机械手从吸线装置中取出纱管，并放入自动络筒机纱库的空位。
作为优选方案，在纱库空位和纱管仓中的纱管均完成识别和定位后，纱管仓中的一个纱管被选定，所述抓取机械手伸入纱管仓中，夹具夹持被选定纱管的小头，并将其移动至吸线装置，在吸线装置将线头吸出后，抓取机械手夹持该纱管的小头，将其从吸线装置中取出，并放入自动络筒机的空位中。
所述抓取机械手将纱管移动至吸线装置后，三爪卡盘将纱管夹紧固定，电机驱动挡板旋转，从吸头前移开，负压泵吸气，经由负压管和吸头将纱管的线头吸出，若线头检测传感器检测到线头，则电机驱动挡板旋转，遮挡吸头，同时挡板的锋利边缘将线头切断；若一定时间间隔后，线头检测传感器未能检测到线头，则三爪卡盘带动纱管旋转，抓取机械手抓取纱管，三爪卡盘将纱管松开，抓取机械手将纱管取出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以取代人工上纱，减少工人的劳动量，提升设备的自动化和智能化水平，保证络筒过程中的纱管供应不间断，提高生产率，且对原有设备改动小，设备改造成本低。
附图说明
图1是本发明的基于图像识别的自动络筒机自动上纱***的结构示意图；
图2是本实施例的吸线装置的结构示意图。
图中：1-自动导航车，2-纱管仓，3-图像获取装置，301-支架，302-第一深度相机，303-第二深度相机，4-抓取机械手，401-机械臂，402-夹具，5-纱管，6-吸线装置，601-机架，602-三爪卡盘，603-吸头，604-挡板，605-减速箱，606-管道安装架，607-电机，608-负压管，7-磁性轨道线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，本发明实施例的一种基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，包括自动导航车1、纱管仓2、图像获取装置3、抓取机械手4和吸线装置6。
自动导航车1的作用是作为基座安装上述各装置，并搭载纱管和上述各装置运动至自动络筒机纱库前，地面铺设有磁性轨道线7，自动导航车1沿磁性轨道线7，根据磁性轨道线7的停止标志和图像获取装置3的识别结果，在有多个自动络筒机的车间中运动，并在自动络筒机纱库旁停留，本发明实施例开始上纱。
纱管仓2安装在自动导航车1的前部，开口朝向正上方，用于储存纱管5，纱管5可以在纱管仓2中无序堆放。
图像获取装置3包括支架301、第一深度相机302和第二深度相机303；支架301下端与自动导航车1固接，位于纱管仓2的侧方；支架301上端有两个分支，其一方向与自动导航车1的前进方向共线，第一深度相机302通过螺纹连接安装于该分支末端，镜头方向朝向自动导航车1的外侧以拍摄自动络筒机纱库；其二伸向纱管仓2，位于纱管仓2的正上方，第二深度相机303通过螺纹连接安装于该分支末端，镜头朝向正下方，纱管仓2的中心；第一深度相机302和第二深度相机303能够同时拍摄彩色和深度图像，用于图像识别和定位。
当抓取机械手4工作时，第一深度相机302拍摄下一自动络筒机纱库的图像，识别并定位出未装有纱管5的纱库空位，若下一纱库有空位，则抓取机械手4执行完当前的上纱工作后，自动导航车1会运动到该纱库旁并停车，本发明实施例再次开始上纱，若该纱库没有空位，则自动导航车1会短暂停留在该纱库前，第一深度相机302再次拍摄下一自动络筒机纱库的图像，通过如上所述的方式，本发明实施例能够提高上纱效率；第二深度相机303拍摄纱管仓2的图像，识别并定位出纱管仓中的纱管，选择一个纱管5作为抓取机械手4抓取的目标。
抓取机械手4包括机械臂401和夹具402；机械臂401安装在自动导航车1的中心，夹具402安装在机械臂401的末端，是其末端执行器。本发明中机械臂401和夹具402的结构形式有多种，可以采用多种现有机构实现，例如，本实施例中机械臂401采用的是具有6个自由度的串联机器人，工作空间能够覆盖纱管仓2、吸线装置6和自动络筒机纱库；本实施例中夹具403采用的是二指平行夹爪，由气缸驱动，可以夹持纱管5的小头。
在第一深度相机302和第二深度相机303完成图像识别和定位后，待抓取的纱管5和需上纱的纱库空位均已确定，抓取机械手4伸入纱管仓2中，夹持纱管5的小头，并将其移动至吸线装置6，在吸线装置6将线头吸出后，抓取机械手4夹持纱管5的小头，将其从吸线装置6中取出，并放入自动络筒机纱库的空位中。
吸线装置6包括机架601、三爪卡盘602、吸头603、挡板604、减速箱605、管道安装架606、电机607、负压管608、线头检测传感器和负压泵；
机架601外形呈立方体，安装在自动导航车1的后部，用于承载吸线装置6的其他机构；三爪卡盘602安装在机架601上表面，用于固定纱管5并带动纱管5旋转；管道安装架606通过螺纹连接安装在机架601上表面；负压管608一端与机架601内部的负压泵相连，一端通过螺纹连接和管道安装架606相连；吸头603通过螺纹连接与管道安装架606相连，且与负压管608同心，吸头603的一侧端面是圆形，另一侧端面是面积较小的矩形，通过减小横截面积来增大吸力，从而将纱管5的线头吸出；电机607和减速箱605均通过螺纹连接固定在管道安装架606上，位于吸头603和负压管608安装位置的正上方；挡板604有锋利边缘，用于遮挡吸头603以及切断纱管5的线头，挡板604的初始位置在吸头603前，将其遮挡。
本发明中可以采用多种现有的驱动机构驱动挡板604旋转，例如，本发明实施例中，采用电机607和减速箱605驱动挡板604旋转。
本发明中三爪卡盘602可以采用三爪气动卡盘，在其底部安装电机带动其旋转，打开和锁止由气缸驱动，从而用于固定纱管5，并能够带动纱管5旋转；线头检测传感器位于吸头603中，用于检测是否有线头被吸出。
抓取机械手4将纱管5移动至吸线装置6后，三爪卡盘602将纱管5夹紧固定，电机607驱动挡板604旋转，从吸头603前移开，负压泵吸气，吸头603将负压泵的吸力放大，将纱管5的线头吸出，若线头检测传感器检测到线头，则电机607再次驱动挡板604旋转，其锋利边缘将线头切断，同时遮挡吸头603，使其无法再吸出线头，若一定时间间隔后，线头检测传感器未能检测到线头，则说明纱管的线头无法从当前位置吸出，则三爪卡盘602会带动纱管5旋转，吸线装置6再次尝试吸出纱管的线头。
抓取机械手4抓取纱管5，三爪卡盘602将纱管5松开，抓取机械手4将纱管5取出，放入自动络筒机纱库的空位。
Claims (10)
1.一种基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，包括在有多个自动络筒机的车间中运动，并在自动络筒机纱库旁停留的自动导航车(1)，自动导航车(1)上设置有：
纱管仓(2)，用于存储纱管(5)；
图像获取装置(3)，用于获取自动络筒机纱库和纱管仓(2)的图像，进行图像识别和定位，获取自动络筒机纱库空位的位置信息，获取纱管仓(2)中纱管(5)的位置信息，并选择一个待抓取的纱管(5)；
抓取机械手(4)，用于从纱管仓(2)中抓取纱管(5)，将其移动到吸线装置(6)，待吸线装置(6)将纱管(5)的线头吸出后，抓取纱管(5)，将其放入自动络筒机纱库的空位中；
吸线装置(6)，用于将纱管(5)的线头吸出。
2.根据权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述自动导航车(1)沿铺设在地面的磁性轨道线(7)运动，并根据磁性轨道线(7)的停止标志和图像获取装置的识别结果，在自动络筒机纱库旁停留相应的时间，进行上纱。
3.根据权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述纱管仓(2)的开口朝向正上方，所述图像获取装置(3)位于纱管仓纱管仓(2)侧方，包括支架(301)和安装于支架(301)上的第一深度相机(302)与第二深度相机(303)，所述第一深度相机(302)镜头朝向自动导航车(1)外侧，所述第二深度相机(303)镜头朝向正下方，指向纱管仓(2)的中心。
4.根据权利要求3所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述第一深度相机(302)拍摄自动络筒机纱库的图像，并判断纱库是否有空位，将空位的位置信息传输给抓取机械手(4)的控制***；第二深度相机(303)拍摄纱管仓(2)的图像，识别和定位纱管(5)，选择一个待抓取的纱管(5)作为抓取机械手(4)的抓取目标，并将抓取目标的位置信息传输给抓取机械手(4)的控制***。
5.根据权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述抓取机械手(4)包括机械臂(401)和夹具(402)，所述机械臂(401)的工作空间能够覆盖纱管仓(2)、吸线装置(6)和自动络筒机纱库，所述夹具(402)为末端执行器，用于夹持纱管(5)。
6.根据权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述机械臂(401)是具有多个关节的串联机器人。
7.根据权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述吸线装置(6)包括机架(601)，机架(601)上安装三爪卡盘(602)、负压泵和管道安装架(606)，负压泵通过负压管(608)连接吸头(603)，所述负压泵、负压管(608)和吸头(603)提供吸力将纱管(5)的线头吸出；所述吸头(603)的前方设置有侧边为锋利边缘的挡板(604)，所述挡板(604)由驱动装置带动沿吸取方向为轴转动以切断纱管(5)的线头及遮挡吸头(603)使其无法将纱管(5)的线头吸出，所述吸头(603)和驱动装置安装在管道安装架(606)上。
8.根据权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***，其特征在于，所述三爪卡盘(602)为三爪气动卡盘，在其底部安装电机带动其旋转，打开和锁止由气缸驱动，从而用于固定纱管(5)，并能够带动纱管(5)旋转；所述驱动装置包括电机(607)和减速箱(605)，所述线头检测传感器位于吸头(603)中，用于检测是否有线头被吸出。
9.利用权利要求1所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***的自动上纱方法，其特征在于，包括如下工作流程：
自动导航车(1)在有多个自动络筒机的车间中运动，并根据磁性轨道线(7)的停止标志在自动络筒机纱库旁停留；
图像获取装置(3)拍摄自动络筒机纱库图像，识别并定位出未装有纱管的纱库空位；
图像获取装置(3)拍摄纱管仓(2)图像，识别并定位出待抓取的纱管(5)；
抓取机械手(4)抓取所述纱管(5)并移动至吸线装置(6)；
吸线装置(6)将纱管(5)的线头吸出；
抓取机械手(4)从吸线装置(6)中取出纱管(5)，并放入自动络筒机纱库的空位。
10.根据权利要求9所述基于图像识别的自动络筒机自动上纱***的自动上纱方法，其特征在于，所述抓取机械手(4)将纱管(5)移动至吸线装置(6)后，三爪卡盘(602)将纱管(5)夹紧固定，电机(607)驱动挡板(604)旋转，从吸头(603)前移开，负压泵吸气，经由负压管(608)和吸头(603)将纱管(5)的线头吸出，若线头检测传感器检测到线头，则电机(607)驱动挡板(604)旋转，遮挡吸头(603)，同时挡板(604)的锋利边缘将线头切断；若一定时间间隔后，线头检测传感器未能检测到线头，则三爪卡盘(602)带动纱管旋转，抓取机械手(4)抓取纱管(5)，三爪卡盘(602)将纱管(5)松开，抓取机械手(4)将纱管取出。
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