[0002] 本公开的示例性实施例涉及三维的机器人缝制工艺的技术领域。

[0003] 3D机器人缝制工艺通常包括一个六轴机器人，其中一台缝纫机作为末端执行器固定在其上。所述机器人按要求操作所述缝纫机，以允许在固定部件上放置活装饰针。还可以安排设置该工艺，使机器人将零件移动到固定缝纫机前面，以方便缝合。

[0004] 最近的客户要求包括需要频繁地改变线的颜色，以符合车辆制造顺序要求。在目前的技术水平下，当需要将线的颜色从一个部分改变到另一个部分时，机器人必须将缝纫头移动到单元上的服务检修门上，以便手动拆除线轴并更换正确的颜色。这种改变需要在整个导向和张紧器系统中拉入新的线，这样新的彩色线就可以从线轴一直定位到针眼。手动换色所需的典型时间约为5分钟。

[0005] 替代性的技术要求在缝纫单元内为每个所需的线颜色安装单独的缝纫头，这需要额外的投资以及为零件到零件的生产周期增加相当多的时间，因为每次需要改变颜色时，机器人必须移动到工具站以解耦一个头并重新耦合另一个头。另一种选择是在一个单元中包含多个机器人，每个机器人都有一个包含不同颜色线的缝纫头，这将增加最少的周期时间，但增加了大量的投资。

[0059] 本文通过示例而不是参考图的限制，给出了公开的装置和方法的一个或多个实施例的详细描述。

[0060] 在一个概念中，使用转轮型针杆架或转轮针杆架或转轮1，其可容纳多达六个独立的针杆7(参见至少图1)。转轮1由安装在机头、缝纫头或机器人缝纫头100侧面的电机2通过皮带102转动。转轮由位于上部支撑支架104上的一系列四个轴承轴3支撑。一旦所需的针杆7旋转到位，气动缸或电动螺线管4就会将转轮1锁定到位。这确保了在缝纫过程中保持转轮的对准和稳定性。这种接合在图23和图24中也有说明，其中气动缸或电动螺线管4延伸了活塞106，该活塞106接合位于转轮1上的多个凹槽108中的一个。

[0061] 如图2所示，针杆夹5通过机械联锁与升降支架6接合，以确保在所有缝纫速度下，针杆从缝纫周期的上止点到下止点的行程和定位都保持正确。请注意，未使用的针杆7位于参考编号8标识的活动针杆的上止点的上方，以提供非活动针杆与零件表面之间的额外间隙。这是通过凸轮板9实现的，在针杆更换期间，所有针杆都在凸轮板9上移动。该凸轮板9可以进一步被塑造成使得最靠近缝制头末端的针杆7位于零件表面上方的较高位置，以进一步最小化在缝制过程中与所缝制的零件或零件夹具的干扰的可能性。如图10中的虚线110所示，其中清除区域112来为要缝制的零件腾出额外的空间，使得最靠近缝制头100末端的针杆7位于零件表面上方，以进一步减少缝制过程中与零件或零件夹具的干扰可能性。至少如图10所示，从右到左增加的升力(相对于图10中的视图)使最接近头部100的末端的针头被升起。凸轮板9也可作为转轮组件1的下部引导。

[0062] 另外，现在至少参考图18和图19，针杆重新定位可以通过使用气动驱动升降板36代替凸轮板来完成。该升降板36配置为与连接到每个针杆7的一系列针杆夹37接合。为了更换针杆，气动提升缸38沿箭头114方向延伸，通过连接杆40向下推动升降板36。连接杆40一端固定在升降板36上，另一端固定在气动提升缸38上。在全冲程时，所有针杆夹37与上轴连接杆铰41对齐，该轴连接杆铰41具有开口116，其配置为与其中一个针杆7的其中一个针杆夹37对齐。然后，电机2旋转针杆转轮1，使该针杆与该连接杆铰41对齐。当转轮1转动时，升降板36保持静止。对准后，转轮锁定缸4延伸，锁定针杆转轮1的位置。然后，气动提升缸38沿箭头118的方向缩回，以提升与升降板接合的所有针杆7，但与连接杆铰41的开口116对齐的期望的针杆7除外。在升降板36中设置间隙槽43允许选择的7针杆与连接杆铰41保持到位或换句话说，所选针杆不能沿箭头118的方向移动但是刻印可以在间隙槽43中滑动。与连接杆铰41接合的针杆7用于随后的缝制。

[0063] 如图20所示，包括转轮1的针杆转轮组件44也能够根据需要旋转以允许针杆传输。针杆转轮组件44围绕上轴43枢转。该旋转由输送臂45驱动，该输送臂45随下轴46旋转。下轴的旋转通过偏心组件47产生，该偏心组件安装在机头100的主上传动轴48上。当主上传动轴
48旋转时，偏心组件47产生振荡运动，该振荡运动被传递到下轴46，并产生输送臂45后续缝制周期的前后旋转运动。该偏心组件47可以被调整以根据需要改变针杆转轮组件44旋转的程度。

[0064] 如图3所示，在进入空心针杆的顶端之前，上部或顶部线120从单个线轴10通过一系列导向器122和张紧器14被馈送。换句话说，每一个针杆都是空心的。参见图22‑图26，图28和图30，每个针杆本身作为收线臂，创造松弛的线，以允许在缝制创作过程中被活套或钩捕获。从线轴馈送的线通过管道11布线，该管道11从线轴安装导向支架12运行到转轮组件
44的顶板13。然后将线布线到位于转轮组件的顶板下方的单个线张紧器14。一旦线通过张紧器14，它就会通过一个额外的导向歧管15，线的出口点位于针杆7的上死点(top dead center,TDC)的下方。导向歧管15是可调的，以提供调节在针上可用的顶部线120的量的能力，以创建针迹。顶板、线张紧器和导向组件安装在转轮组件44的转轮1上，并与转轮1一起旋转，以消除线纠缠，确保从颜色到颜色的张力一致。这些组件在图3中用括号124表示。此外，在图中，箭头126并用于表示的收线调整。

[0065] 图4示出针架17正上方的出针杆出口16的线。线在穿过针眼19之前穿过一个或多个引导件18。引导件18可设计为根据需要提供可调的线张力，以最小化线的移动，从而改善针19和活套或钩20之间发生的成针效果。图4示出单针结构，在双针配置的情况下，两根线将从上到下穿过针杆的中心，在穿过位于针杆底部的双针架中的针眼之前，穿过相同的引导件。

[0066] 图5A和图5B示出了紧固和重新定位松散线尾21的一种方法，以防止在缝纫期间发生的对零件特征扫描的干扰。由气动或电动执行器23驱动的板22包围针，并沿着针的长度从针尖下方的一定距离向针尖上方的一定距离轴向移动。当板22处于其最低位置时，针杆转轮1可以自由旋转以允许颜色变化。一旦所需的针杆7就位，将板22提升到其上部位置，在缝纫过程中将所有未使用的针杆向上携带并固定住松动的线尾。

[0067] 图6A‑图6C示出了一种通过使用线制动器24来固定和重新定位松动的线尾的替代方法，该线制动器24可用于收回和锁定存在于辅助针杆中的线，并防止线尾干扰缝制或零件扫描过程。制动器有缺口，使得使用中的针杆不与制动器接合。图6A为松开的线制动器24，图6B为接合的线制动器，图6C为接合的线制动器和收回的线制动器。

[0068] 图13‑图17示出了另一种固定从空闲针杆7突出的松散线尾的替代方法。在最后一针后，机头100停止缝纫，在转轮驱动或旋转之前，滑臂34从其起始位置顺时针旋转(相对于图13‑图17或箭头127的方向)以接合或捕获连接在针和正在缝制的零件128的最后一针之间的顶部线。接合后，滑臂34沿着箭头127的方向继续顺时针旋转，直至线与弹簧夹35接合，弹簧夹35卡住线。一旦线被卡住，滑臂逆时针旋转(相对于图13‑图17或箭头129的方向)至能够用剪刀130修剪线的位置。一旦修剪，从针的上部线仍然由弹簧固定夹35约束，而滑臂34返回到起始位置。针杆转轮1现在可以旋转为随后的线的颜色或针的数量变化。

[0069] 滑臂34的旋转通过滑臂气缸131实现，该滑臂气缸131旋转固定于滑臂34的轴133。

[0070] 图13A是沿着图13的线13A‑13A的视图，图13示出了在其两侧具有弹簧固定夹35的弹簧夹臂132。针杆组件的每个针杆7具有相关联的弹簧夹臂132，该弹簧夹臂132通过轴134单独固定到针杆转轮组件44的转轮1，使得转轮的旋转将旋转每个弹簧夹臂132，这些至少图29也被示出了。

[0071] 本文讨论的概念考虑了实时完成跟踪特征位置的自动重新定位、修剪和扫描所必需的组件的现有包装要求。该概念还考虑了在自动3D零件缝制过程中遇到的零件表面的上方和下方的典型空间要求。

[0072] 此概念可用于平缝或链式缝纫。

[0073] 根据本公开的各种非限制性实施例，转轮型针杆架1可与机器人缝纫头100一起使用。此外，根据本公开的各种非限制性实施例，转轮式针杆架可用于将缝线应用于组件，并且在一个非限制性实施例中，该组件可以是车辆或汽车的内饰组件。

[0074] 转轮针杆架1还可以配置为管理位于每根针杆末端的单针夹25、位于每根针杆末端的双针夹，或配置为单针夹的一个或多个针杆的组合，而其余针杆配置为双针夹。

[0075] 当转轮针杆架配置为管理单针杆夹和双针杆夹的组合时，现在可以在相同的工艺周期内在同一部件上缝制单针和双针装饰性缝线图案，而无需交换缝制头或在多个缝制单元或工位之间移动该部件。

[0076] 图11和图12示出修改为通过自动禁用/启用两个活套中的一个来管理一条或两条线的下柱组件26。活套臂组件包括固定臂27和活动臂28，该固定臂27和活动臂28各支撑一个活套，当仅使用一根针时，活动臂降低。活动臂的降低是由位于下柱组件26的底座附近的气动缸29完成的。活动臂28由一对导轨30支撑，该导轨30允许活动臂相对于固定臂27在箭头132的方向上并沿着固定臂27的长度进行垂直运动。减小活动臂28的高度可防止从现在不活动的活套32突出的松散线尾31被缝入由活动活套33产生的针迹中。活套套袋32a用于帮助容纳松散的线尾。

[0077] 当从双针切换到单针时，旋转转轮针杆架1，直到具有单针的针杆7处于适当位置。同时，降低活套臂的一半以使第二活套失效。同样地，当从单针切换到双针时，转轮旋转带有双针的针杆进入位置，同时将不活动的活针抬起回到缝纫位置。针杆转轮和活套臂一半的运动都是通过机器控制器自动激活的。

[0078] 另外，针杆支架内的针杆可以被配置为管理单个转轮内的多种线尺寸。135tex和210tex的线尺寸通常用于装饰性汽车缝合制品。

[0079] 在一个工序周期内，在一个缝纫头内自动改变尺寸、线的颜色和线的数量的能力现在实际上是可行的。

[0080] 图30是根据本公开的实施例的缝制头100的一部分的俯视图。如上所述，上部线或顶部线120从单个线轴10通过管道11馈送，该管道11从线轴10运行到转轮组件44的导向件122。

[0081] 图31是根据本公开的实施例可操作地联接到具有机器人135的手臂或其他等效结构138的缝制头100的机器人136的示意性视图。该机器人136和缝纫头100位于笼140内。同样，所示的是由缝制头100所缝制的零件128。此外，所示的第二未缝制部件128’等待由该缝制头100进行缝制。所缝制的部件128和所未缝制的零件128’位于可在箭头144所示的方向中至少一个方向上旋转的夹具142上。

[0082] 还显示了计算机的人机界面146，其中用户148可以提供有关所需线颜色的输入。还提供零件条形码扫描仪150来扫描未缝制零件128’的条形码标签。当零件128被缝制时，未缝制的零件128’被装载在位于单元笼140外部的夹具142上。零件缝制完成后，从计算机(PC)146的人机界面(HMI,human machine interface)向缝制头100发送信号，指示未缝制零件所需的线颜色。

[0083] 一旦未缝制的零件128'被装入但在旋转到机器人笼140之前，由零件条形码扫描仪150扫描未缝制的零件128'上的条形码标签，以验证零件128的皮肤颜色与计算机(PC)146的人机界面(HMI)上选择的所需配方(例如，线色和针型(双或信号))是否匹配。

[0084] 图32是根据本公开的缝纫操作的工艺流程图170。在步骤或方框172中，操作员从夹具142中移除缝制的零件128，并加载新零件128'。然后确定新零件当前的针线颜色是否正确。这是用方框或步骤174和176来说明的。如果当前的缝线颜色正确，机器人136离开原来的位置，开始第一个工艺循环或缝纫路径。这是用方框或步骤178表示的。如果当前的缝线颜色不正确，缝纫头100通过旋转转轮切换到正确的缝线。这是用方框或步骤180表示的。

[0085] 在方框或步骤182处，机器人136以具有缝制头100的第一缝线路径进入零件128。在方框或步骤184处，缝制头100在当前路径上完成第一部分缝线。如有必要，并根据正在缝制的部件的轮廓和在方框或步骤186处，机器人136通过升降机构降低和提高下臂。然后在方框或步骤188，机器人136缝合当前路径的其余部分。

[0086] 如有必要并根据所缝制的部件的轮廓和在方框或步骤190处，机器人136通过升降机构再次降低和升高下臂。如果当前缝线路径是最后一条路径(方框或步骤192)，则缝制头100退出零件128，机器人返回。这由方框或步骤192和194表示。

[0087] 然而，如果当前缝线路径不是最后一条路径(方框或步骤196)，则机器人136将缝制头100移动到下一条路径(方框或步骤198)。

[0088] 如果当前缝线颜色正确，机器人136在当前缝线路径上开始第一工艺循环。用方框或步骤200和184表示。如果当前的缝线颜色不正确(框或步骤202)，缝纫头100通过旋转转轮切换到正确的缝线。这由方框或步骤204表示。然后，机器人136在当前缝线路径上开始第一加工循环。这由方框或步骤184表示。

[0089] 术语“约”意在包括与基于提交申请时可用的设备的特定数量的测量相关的误差程度。例如，“约”可以包括给定值的±8％或5％或2％的范围。

[0090] 本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“所述”意图也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，指定所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素组件和/或组的存在或添加。

[0091] 虽然本公开已经参照一个或多个示例性实施例进行了描述，但本领域技术人员将理解，可以进行各种变化并且可以替换其元件的等价物，而不会偏离本公开的范围。此外，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导，而不偏离其基本范围。因此，意图本公开不限于作为执行本公开所设想的最佳方式而公开的特定实施例，而是本公开将包括落在权利要求范围内的所有实施例。