运动轨迹规划方法及其装置、贴袋机和存储介质
技术领域
本发明涉及缝制设备数控技术领域。尤其是涉及一种运动轨迹规划方法及其装置、贴袋机和存储介质。
背景技术
全自动贴袋机主要应用于牛仔服及衬衫口袋的缝制设备，传统缝纫机由送布牙实现自动送布功能，全自动贴袋机采用X、Y两个直线模组实现送布，缝制过程中，X、Y送布电机需要频繁的做启停控制，因此，运动轨迹的规划显得尤为重要。如果规划的不好，则电机会出现抖动，设备会出现震动，会划坏布料损坏机针，甚至减少电机的使用寿命。而如果规划的好，设备会运行平稳，提高定位精度，缝制线迹及缝制工艺效果好。
而目前市场上出现的设备，像花样机等都是通过上位机打板软件做轨迹规划的处理，通常数采用三次B样条曲线求解，对运动轨迹进行规划。但是该运算的运算量不大，规划后运动轨迹定位精度不高，仍然存在设备不平稳、电机抖动等问题。
发明内容
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运动轨迹规划方法及其装置、贴袋机和存储介质，用于满足现有技术中存在的运动轨迹规划不佳，定位精度不高等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种运动轨迹规划方法，应用于贴袋机，所述方法包括：获取包含待缝制物的缝制轨迹规划的ISO缝制文件，并依据所述ISO缝制文件提取坐标信息；将所述坐标信息按一定针距进行分割，并依据上针位、下针位、及进步点信息将所述坐标信息进行离散以得到所述坐标信息分别对应到机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息；利用五次样条曲线算法对所述X轴、及Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理，以分别得到对应X轴、及Y轴的平滑运动轨迹。
于本发明的一实施例中，所述利用五次样条曲线算法对所述X轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理的方法包括：其中，X(n)表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的位移关系；Zn表示为由所述机针与所述旋梭形成的Z轴的运动轨迹的离散坐标信息；X(n)、及X(n+1)表示为X轴的运动轨迹上两个连续节点与Z轴的位移关系；a0～a5表示为五次多项式系数；X′(n)表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的速度关系；X″(n)表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的加速度。
于本发明的一实施例中，所述利用五次样条曲线算法对所述Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理的方法包括：其中，Y(n)表示为Y轴的运动轨迹上与Z轴的位移关系；Zn表示为由所述机针与所述旋梭形成的Z轴的运动轨迹的离散坐标信息；Y(n)、及Y(n+1)表示为Y轴的运动轨迹上两个连续节点与Z轴的位移关系；b0～b5表示为五次多项式系数；Y′(n)表示为Y轴的运动轨迹上与Z轴的速度关系；Y″(n)表示为Y轴的运动轨迹上与Z轴的加速度。
于本发明的一实施例中，所述X轴与Y轴上的起点坐标的速度、起点坐标的加速度、终点坐标的速度、及终点坐标的加速度均为零。
于本发明的一实施例中，所述一定次数的插补处理为二次插补处理。
于本发明的一实施例中，所述方法还包括：对所述机针、及旋梭进行直线的运动轨迹规划。
于本发明的一实施例中，所述依据所述ISO缝制文件提取坐标信息的方法包括：提取所述ISO缝制文件中用于表示缝制轨迹规划的G代码指令中包含缝制位置的信息，以得到所述坐标信息。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种运动轨迹规划装置，所述装置包括：获取模块，用于获取包含待缝制物的缝制轨迹规划的ISO缝制文件，并依据所述ISO缝制文件提取坐标信息；处理模块，用于将所述坐标信息按一定针距进行分割，并依据上针位、下针位、及进步点信息将所述坐标信息进行离散以得到所述坐标信息分别对应到机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息；以及用于利用五次样条曲线算法对所述X轴、及Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理，以分别得到对应X轴、及Y轴的平滑运动轨迹；所述处理模块与所述获取模块电性连接。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种贴袋机，所述贴袋机包括：存储器、处理器、及通信器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如上所述的运动轨迹规划方法；所述通信器用于通信连接外部设备。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的运动轨迹规划方法。
如上所述，本发明的一种运动轨迹规划方法及其装置、贴袋机和存储介质，通过获取包含待缝制物的缝制轨迹规划的ISO缝制文件，并依据所述ISO缝制文件提取坐标信息，然后将所述坐标信息按一定针距进行分割，依据上针位、及下针位等信息将所述坐标信息进行离散以得到所述坐标信息分别对应到机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息，最后利用五次样条曲线算法对所述X轴、及Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理，以分别得到对应X轴、及Y轴的平滑运动轨迹。
具有以下有益效果：
能够提高定位精度，使电机运动轨迹的速度、加速度曲线更加平滑，缝制针迹更加均匀，提高缝制工艺效果，以及增加电机的使用寿命。
附图说明
图1显示为本发明于一实施例中的运动轨迹规划方法的流程示意图。
图2a显示为本发明于一实施例中的X轴与Z轴的坐标信息示意图。
图2b显示为本发明于一实施例中的插补后的X轴与Z轴的坐标信息示意图。
图3a显示为本发明于一实施例中的Y轴与Z轴的坐标信息示意图。
图3b显示为本发明于一实施例中的插补后的Y轴与Z轴的坐标信息示意图。
图4显示为本发明于一实施例中的运动轨迹规划装置的结构示意图。
图5显示为本发明于一实施例中的贴袋机的结构示意图
元件标号说明
S101～S103方法步骤
400 可编程自动缝制装置
401 获取模块
402 处理模块
500 贴袋机
501 存储器
502 处理器
503 通信器
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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下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。
如图1所示，展示为本发明于一实施例中的运动轨迹规划方法的流程示意图。如图所示，所述方法应用于贴袋机，以完成对待缝制物运动轨迹更为平滑的规划和处理。所述方法包括：
步骤S101：获取包含待缝制物的缝制轨迹规划的ISO缝制文件，并依据所述ISO缝制文件提取坐标信息。
于本发明的一实施例中，所述ISO文件为ISO格式缝制文件，其内包含针对所述待缝制物的表示缝制轨迹的依据G代码编写的代码指令。通过在ISO文件上编写G代码的代码指令，对各个落针点进行自定义设置，从而实现缝制轨迹。
于本发明的一实施例中，所述依据所述ISO缝制文件提取坐标信息的方法包括：提取所述ISO缝制文件中用于表示缝制轨迹规划的G代码指令中包含缝制位置的信息，以得到所述坐标信息。
具体地，依据G代码的撰写规则，和缝制过程相关的指令一般以字母G开头，如G00、G01、G06、G200等，而以G开头的指令中一般包含待缝制物的落针点的坐标位置信息。例如，指令为：G00X5220Y2600，其表示坐标位置为X5220Y2600的点设为缝制起点。
因此，依据所述ISO缝制文件，尤其是包含缝制位置的信息的指令中，能够提取到关于所述待缝制物的坐标信息。
于本发明的一实施例中，所述ISO缝制文件的获取，可以是贴袋机的上位机通过TCP/IP通信方式下发到所述贴袋机的下位机控制器，还可以是接收外部设备或存储介质传输的所述ISO缝制文件。
步骤S102：将所述坐标信息按一定针距进行分割，并依据上针位、下针位、及进步点信息将所述坐标信息进行离散以得到所述坐标信息分别对应到机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息。
于本发明的一实施例中，所述针距是在实际缝制过程中，机针上下运动的一个运动周期到下一个运动周期的距离。由于依据所述ISO缝制文件所获取的所述坐标信息是进行设置的关键落针点坐标位置，这些点比较稀疏，仅能表示一个大概的待缝制物的轮廓，而按一定针距进行分割，将得到更多落针点的坐标信息，并且使得待缝制物的轮廓线或针迹线更为清晰。
于本发明的一实施例中，借助上针位、下针位、及进步点信息将分割后的所述坐标信息呈现于由机针、旋梭、X轴、及Y轴构成的三维空间中，并将这些坐标信息对应到所述机针、旋梭、X轴、及Y轴上，以得到在机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息。
其中，因为在实际缝制中，带动机针运动的机针轴与带动旋梭的旋梭轴属于同步控制，机针与旋梭的位置时刻一致保持，且不需要频繁的启停控制，这里将机针、及旋梭看作同一轴，如Z轴。那么由此，可将分割后的所述坐标信息呈现于XYZ的三维坐标系中。
于本发明的一实施例中，所述X轴、及Y轴主要指在贴袋机设备中控制送布电机以使布料水平移动的方向，即借指水平二维坐标系中的X轴、及Y轴。
步骤S103：利用五次样条曲线算法对所述X轴、及Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理，以分别得到对应X轴、及Y轴的平滑运动轨迹。
通常来说，轨迹规划处理中常采用的三次B样条曲线求解方程式，其包含3个多项式系数，因其运算量小，求解并插补后的运动轨迹中定位精度仍然不高，因此需要得到更高的定位精度。
另外，X轴和Y轴的运动不同于机针轴或旋梭轴，需要频繁的启停控制，速度、加速度曲线不平滑，机器会出现抖动，甚至是共振的现象，为了避免这种现象，设备采用样条曲线的方式，对X轴Y轴的是数据进行插补处理。
于本发明的一实施例中，因为在实际缝制中，带动机针运动的机针轴与带动旋梭的旋梭轴属于同步控制，机针与旋梭的位置时刻一致保持，且不需要频繁的启停控制，这里将机针、及旋梭看作同一轴，以Z轴表示。
于本发明的一实施例中，所述利用五次样条曲线算法对所述X轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理的方法包括：
其中，X(n)表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的位移关系；Zn表示为由所述机针与所述旋梭形成的Z轴的运动轨迹的离散坐标信息；X(n)、及X(n+1)表示为X轴的运动轨迹上两个连续节点与Z轴的位移关系；a0～a5表示为五次多项式系数；X′(n)表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的速度关系；X″(n)表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的加速度。
通过上述方程组，依据已知的X轴上离散坐标信息、及Z轴上离散坐标信息，可以求得a0～a5中相关系数的数值。
需要说明的是，得到的a0～a5中相关系数的数值，该数值仅对应该待缝制物，并不适用其他待缝制物。
于本发明的一实施例中，X(n)＝a5Z5+a4Z4+a3Z3+a2Z2+a1Z+a0，主要表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的位移关系。计算X(n)的导数，则得到X′(n)对应的公式，其表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的速度关系。再对X′(n)求导，则得到X″(n)，其表示为X轴的运动轨迹上与Z轴的加速度。
举例来说，带入(X2,Z2)和(X3,Z3)的坐标信息为(1048,52.20)和(1116,52.27)，通过计算上述公式，可以得到一插补方程为：
X＝-4.2693Z5+0.0198Z4，即得到a5＝-4.2693；a4＝0.0198。
依据得到的对应X轴的多项式系数，可对应X轴与Z轴上的离散坐标位置进行插补坐标值，以使运动轨迹曲线更加平滑，定位精度更高，从而保证轨迹起止点间位置、速度、加速度和加加速度均连续且曲线平滑。反映到设备运行，会使运行过程更加平稳，能够减轻结构的磨损以及运动过程中的振动和冲击，使缝制出来的线迹更加整齐美观。
于本发明的一实施例中，本发明所述的插补求解方法与常见求解方法不同，其更适用于贴袋机缝制的实际场景。
因本发明所述方法应用于贴袋机，并主要对缝制电机进行控制，本发明所述方法的应用场景不同于常见工业控制中一般机器人所运算的轨迹规划，不需要考虑X轴或Y轴上的起点坐标或终点坐标的速度、及加速度。故所述X轴上的起点坐标的速度、起点坐标的加速度、终点坐标的速度、及终点坐标的加速度均为零。
另外，本发明所述方法中的运动轨迹规划运算、及插补求解方程只与Z、X、Y有关，不用考虑扫描周期。
于本发明的一实施例中，所述利用五次样条曲线算法对所述Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理的方法包括：
其中，Y(n)表示为Y轴的运动轨迹上与Z轴的位移关系；Zn表示为由所述机针与所述旋梭形成的Z轴的运动轨迹的离散坐标信息；Y(n)、及Y(n+1)表示为Y轴的运动轨迹上两个连续节点与Z轴的位移关系；b0～b5表示为五次多项式系数；Y′(n)表示为Y轴的运动轨迹上与Z轴的速度关系；Y″(n)表示为Y轴的运动轨迹上与Z轴的加速度。
于本发明的一实施例中，所述Y轴上的起点坐标的速度、起点坐标的加速度、终点坐标的速度、及终点坐标的加速度均为零。
需要说明的是，得到的b0～b5中相关系数的数值，该数值仅对应该待缝制物，并不适用其他待缝制物。
于本发明的一实施例中，所述针对Y轴的相关运算及求解与X轴相似，故此处不再赘述。
于本发明的一实施例中，所述一定次数的插补处理为二次插补处理。
需要说明的是，进行一次插补处理同样能够使轨迹起止点间位置、速度、加速度和加加速度均连续且曲线平滑，但效果不如二次插补处理的效果。
如果进行三次插补处理，在实际操作中实际不需要那么精细，因此，综合实际应用的效果来看，优选地，分别针对X轴、及Y轴的离散坐标信息进行二次插补处理。
于本发明的一实施例中，所述方法还包括：对所述机针、及旋梭进行直线的运动轨迹规划。
于本发明的一实施例中，因为在实际缝制中，带动机针运动的机针轴与带动旋梭的旋梭轴属于同步控制，机针与旋梭的位置时刻一致保持，且不需要频繁的启停控制，这里将机针、及旋梭看作同一轴，因此，可看作直线进行运动轨迹的规划。
举例来说，如图2a、及2b展示为本发明于一实施例中的X轴、及Y轴与Z轴的坐标信息示意图。图中各离散位置点间隔距离较大。
再如图3a、及3b展示为本发明于一实施例中的插补后的X轴、及Y轴与Z轴的坐标信息示意图。图中各各离散位置相比于图2a、及2b中的间隔距离明显缩小了，定位精度明显提高。
于本发明的一实施例中，本发明所述方式适用于不同形状、材质的口袋缝制。
如图4所示，展示本发明于一实施例中的运动轨迹规划装置的结构示意图。如图所示，所述装置400包括：
获取模块401，用于获取包含待缝制物的缝制轨迹规划的ISO缝制文件，并依据所述ISO缝制文件提取坐标信息。
处理模块402，用于将所述坐标信息按一定针距进行分割，并依据上针位、下针位、及进步点信息将所述坐标信息进行离散以得到所述坐标信息分别对应到机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息；以及用于利用五次样条曲线算法对所述X轴、及Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理，以分别得到对应X轴、及Y轴的平滑运动轨迹；所述处理模块402与所述获取模块401电性连接。
可以理解的是，所述运动轨迹规划装置300通过各模块的运行，能够实现如图1所述的运动轨迹规划方法。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，处理模块402可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上处理模块402的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
如图5所示，展示本发明于一实施例中的贴袋机的结构示意图。如图所示，所述设备500包括：存储器501、处理器502、及通信器503；所述存储器501用于存储计算机程序；所述处理器502用于执行所述存储器501存储的计算机程序，以实现如图1所述的运动轨迹规划方法；所述通信器403用于通信连接外部设备。
所述存储器501可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
所述处理器502可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
所述通信器503用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信连接。所述通信器403可包含一组或多组不同通信方式的模块，例如，与CAN总线通信连接的CAN通信模块。所述通信连接可以是一个或多个有线/无线通讯方式及其组合。通信方式包括：互联网、CAN、内联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、无线网络、数字用户线(DSL)网络、帧中继网络、异步传输模式(ATM)网络、虚拟专用网络(VPN)和/或任何其它合适的通信网络中的任何一个或多个。例如：WIFI、蓝牙、NFC、GPRS、GSM、及以太网中任意一种及多种组合。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图1所述的运动轨迹规划方法。
所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，本发明的一种运动轨迹规划方法及其装置、贴袋机和存储介质，通过获取包含待缝制物的缝制轨迹规划的ISO缝制文件，并依据所述ISO缝制文件提取坐标信息，然后将所述坐标信息按一定针距进行分割，并依据上针位、下针位、及进步点信息将所述坐标信息进行离散以得到所述坐标信息分别对应到机针、旋梭、X轴、及Y轴上的离散坐标信息，最后利用五次样条曲线算法对所述X轴、及Y轴的离散坐标信息分别进行一定次数的插补处理，以分别得到对应X轴、及Y轴的平滑运动轨迹。
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。
