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智能套结机花样缝制的实现简介

随着服装制造行业对自动化与智能化生产需求的不断提升，智能套结机作为缝制设备的重要组成部分，已广泛应用于衬衫、夹克、裤子等服装的加固缝制和装饰缝制中。传统套结机主要实现单一、固定的缝制花样，而现代智能套结机则通过电子控制系统的升级，实现了多样化、个性化缝制花样的自动切换与精准执行。

智能套结机花样缝制的实现，主要依赖于计算机控制系统、伺服驱动技术和多轴联动技术的综合应用。通过内置的嵌入式系统或工业PC，操作人员可以在触摸屏上选择预设的缝制花样db4403／t 205-2021 城市供水厂运行管理技术规程，或自行设计、导入新的花样图案。控制系统将花样数据转化为针距、针向和缝纫路径的控制指令，精确驱动缝纫机的刺针、送料牙和旋梭等部件协同工作，从而实现复杂图案的自动缝制。

此外，智能套结机还具备自动识别布料厚度、调节缝纫张力、断线自动检测与报警等功能，大大提高了缝制效率与产品质量。借助物联网技术，设备还可实现远程监控与故障诊断，提升设备管理的智能化水平。

总之，智能套结机通过数字化控制和柔性化生产方式，不仅提升了缝制工艺的灵活性与精度，也满足了现代服装生产对个性化定制与高效制造的双重需求，是缝制设备智能化发展的重要方向。

套结机工作过程包括主轴机针的上下运动，送布 机构的平面运动，剪线电磁铁和松线电磁铁的吸合与 松开。整个工作循环如图1所示。

图1套结机工作循环图

从图可以看出，主轴电机带动机针上下运动； 主轴转动一周，机针完成一次上下运动，X、Y轴电 机带动送布机构进行送料。带动布料运动的X、Y轴 电机称送布电机。当机针扎进布料的时候，送布电机 都必须停止运动；只有在主轴机针离开缝制平面到再 次扎进缝制平面的间隙送布电机才可以运动。在主轴

运动一周完成一次上下运动过程中，有半周机针位于 送布机构平面之下，另外半周机针则位于送布平面之 上。基于安全方面的考虑，送布运动时间限制在机针 位于送布平面以上的150°的时间内。 根据以上的分析，要实现缝制功能，需要主轴 和送布电机之间的协调配合。根据他们之间的配合关 系，目前主要有以下三种协同控制模式3： (1)主轴间歇模式：在禁止送布区主轴单独运动，在 送布启动点停止；到送布启动点时，三轴同时开 始运动，到送布停止点时停止；如此往复。见图2。 (2)主轴变速模式：在送布区主轴根据送布电机移动 所需的时间，降低转速；在非送布区主轴以设定 转速旋转。见图3。 (3)主轴匀速模式：主轴按照设定速度匀速转动，到 达送布启动点，则启动送布电机；送布电机在送 布停止点必须保证停止。见图4。

经过实验表明，主轴间歇模式效率太低，而且震 动、噪音大；主轴变速控制模式控制精度不高，主轴频 繁升降速增加了控制难度，也有一定的震动。因此，本 系统采用主轴匀速运动。在此基础上，再合理控制送布 步进电机的加/减速和速度，可满足设计要求。

套结机针线的缝制需要三轴协调配合，而花样轨 迹则依靠送布电机的运动得到实现，缝制花样能否达 到要求需要送布步进电机的准确运动。

3.1送布电机的控制与检测

本系统采用主轴匀速模式，对于送布的步进电 机，要求能够在给定的时间内精确完成相应的运动。 一般步进电机的工作转速都要高于电机的极限启动 频率，所以不应直接以工作转速启动，避免造成丢步 甚至堵转。而到达终点时如果马上停止发送脉冲 则电机由于惯性会向前转动一定角度，造成过冲[4。 以此，在步进电机工作过程中，采用“加速一 匀 速 一减速”的控制方法，如图5。

图5步进电机加减速控制

然而由于步进电机采用开环控制方式，在实际工 作中，通过步进电机进行升降速控制并不能完全避免 步进电机的丢步或过冲。本文对步进电机增加反馈环 节，以检测电机实际运动位置。 光电传感器是目前应用最广泛的电机位置传感 器。它由光栅盘和光电检测装置组成。当电机转动 时，光栅盘与电机同速转动，光栅盘一侧的光源透过

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光栅盘在另外一侧形成亮暗交替的光，通过光电检测 装置形成脉冲信号，如图6所示。

光电编码器可分为增量式、绝对式以及混合式三 种。增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组 方波脉冲A、B和Z相。A、B两组脉冲用于相对位置的 标示，相位差90度，可以据此判断出运动轴的转动方 向。Z相通常每转输出一个脉冲，用于基准点定位。 这种编码器具有构造简单，机械平均寿命长，抗干扰 能力强，可靠性高，而且价格相对较低等优点。基于 成本考虑，本系统采用增量式编码器。

3.2送布电机的偏差修正

应用于本系统送布机构的步进电机都有光电编码 器，在步进电机工作过程中，可以不断读取编码器的 值，通过与理想花样的脉冲数比较，得到电机运动的 偏差。以送布电机的X轴为例，假设第n针步进电机 需要运动的脉冲数为Countl。，称为指令脉冲；通过 读取编码器，用编码数值可以计算出第n针步进电机 实际运动的等效脉冲数为Count2。，称为实际脉冲。 则两者之间的差为：

该脉冲称为偏差脉冲。 如果步进电机过冲，则Count3<0；如果步进电 机丢步，则Count3>0。该值通常都很小。 当机针完成缝制，送料电机开始第n+1针的送布 运动。此时电机的初始指令脉冲为Countl+。为消除 偏差，通过计算运动偏差Count3，修正步进电机在 该步的指令脉冲为：

Count1=Count1.,+Count3

依照此方法，步进电机在每一次运动中都修正了上一 次运动中出现的偏差，消除了花样缝制中的累积误 差，提高了花样的精确性。

本文以第5号花样图案作为测试图案，花样尺寸

为10mm×2mm，如图7：花样数据如表1所示。

BATR ■智能套结机花样缝制的实现

■智能套结机花样缝制的实现

图9加入偏差修正缝制效果图

表1测试花样坐标数据

通过连续读取X，Y轴编码器的值，得到X，Y轴 系列运动坐标，从而可以绘制出花样图案。

通过连续读取X，Y轴编码器的值，得到X，Y轴 的系列运动坐标，从而可以绘制出花样图案。

该花样X轴电机运动范围为±0.7928弧度，Y轴 电机运动范围为土0.1562弧度。步进电机编码器均为 200刻线，经过8细分后步进电机每周得到的编码数 为1600。所以读取到该花样X方向编码范围为：

0.7928 ×1600=202

0.1562 x1600=40 2π

为便于对比，分别测试送布电机送布前后缝制 效果（主轴转速都为1000r/min)，图8为不加入偏差修 正得到的效果图样，图9为加入偏差修正后得到的图 样。实际缝制轨迹也与该图案相同。

图8不加偏差修正缝制效果

通过该对比可以发现，在加入偏差修正前缝制 效果并不理想。在X方向上，针迹与理想轨迹基本吻 合；而在Y方向上，针迹出现一定的偏差，花样总体 向Y的正方向偏移。 这说明步进电机在运动中并没有按照给定的脉冲 输出。出现的原因主要由于电机的频繁换向，导致电 机在改变方向时丢脉冲。这种偏差出要出现在一个方 向上，每次出现的偏差很小，但是若经过多次出现之 后db64∕696-2011 建筑外墙外保温工程防火技术规程，整体就产生一个较大的偏差，最后不能达到理想 的工作效果。在本文所示花样中，由于X方向电机仅 有3次换向，即使出现偏差也很微小；而Y方向换向高 达18次，经过多次偏差积累，整体出现明显偏移。经 过偏差修正后，送布电机出现的累积误差得到消除 花样与理想轨迹吻合。

套结机作为一种专业、专用的缝纫机，其花样缝 制不仅过程需要三轴协调配合，花样轨迹更依赖送布 电机的精确定位。本文通过采用合理控制步进电机运 动曲线，并配合编码器读取运动反馈，对运动过进行 修正，取得良好效果。

谢小辉博士，2005年毕业于哈尔滨工业大学机器人研 究所。在微操作、医疗机器人、时滞系统控制、 基于互联网的遥操作及力觉临场感遥操作方面有 丰富研究经验。目前主要研究的项目包括：多轴 控制花样套结系列缝纫机的开发、肝脏介入治疗 图像导航系统及其关键技术的研究。

谢小辉博士，2005年毕业于哈尔滨工业大学机器人研 究所。在微操作、医疗机器人、时滞系统控制、 基于互联网的遥操作及力觉临场感遥操作方面有 丰富研究经验。目前主要研究的项目包括：多轴 控制花样套结系列缝纫机的开发、肝脏介入治疗 图像导航系统及其关键技术的研究。

建筑水电安装施工组织设计先进技术研究通报 TAWETINCIF ADVANHEDTEGINOIROTGY

陈坚泽客座学生。 马翠硕士，研究助理。分别于2005年、2007年获得 武汉大学电子信息学院测控技术及仪器专业学 士、硕士学位。主要参与的项目：药物制造过程 在线监控系统，智能网页监控系统，多轴控制花 样套结机的研发。 孙强硕士，研究助理，2006年6月获西北农林科技大 学机械设计制造及自动化和计算机科学与技术双 学士学位，2009年6月获山东大学机械设计及理 论硕士学位。目前项目工业智能缝纫机的机构设 计与优化，运动控制方法优化。 杜如虚作者简介见本期封2页。

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