工业缝纫机挑线机构的运动学研究

摘要：近年来，我国的综合国力发展迅速，缝纫机挑线机构运动分析过程复杂，容易出错。为了提高运动分析的精确性，减少错误，通过解析法对缝纫机针头、挑线机构的运动进行求解;利用解析法，得到曲柄旋转一周针头在任一位置的运动参数，并做出相应的折线图;使用Creo进行实体建模和运动分析，将运动分析结果与解析法结果进行对比，误差小于0.43%。说明结果是正确的，这两种方法的组合可以有效提高结果的精确性，减少错误。

关键词：工业缝纫机;挑线机构;运动学研究

引言

挑线机构在整个缝制过程中起着非常重要的作用，挑线机构的好坏直接影响着缝制的质量与缝纫机的优良。目前挑线机构主要有凸轮和四连杆机构，由于四连杆机构磨损小、噪音低、寿命长、转速高等优点，在高速缝制过程中被广泛的应用。挑线机构与穿针机构、送料机构、旋梭机构有一定的运动关系，完成机针所需缝线和每个线迹所需的线量。所以，挑线机构必须以优质的运动轨迹来实现所需线量的提供。目前对挑线机构运动特性的研究主要通过图解法、解析法和试验法，但计算精度不高。本文分析了连杆式挑线机构的原理，推导了末端点坐标和不同时刻点的坐标与构件的角度、并对其参数进行计算，得到了挑线末端的坐标轨迹形状，最后通过仿真分析了四连杆挑线机构的末点的轨迹、位移和速度。

1软件设计

系统的各种缝制功能以及控制策略的实现，主要靠系统软件来完成，因此，可靠的硬件设计是基础，软件设计才是核心。主程序只完成系统内核和外设的初始化任务，完成与操作面板的握手通讯，然后处于等待状态，等待进入超级循环，等待脚踏板输入的相应处理，并且当中断到来时，进行相应的中断服务子程序。其中主要的几个中断服务子程序主要包括PWM定时中断、通讯中断、零脉冲捕获中断以及模块的功率中断。完整的磁场定向控制控制算法用PWM定时中断服务程序中实现。在定时器T3中断周期内，从五路光电编码信号即可计算转子位置角和转速，当完成所有反馈通道计算后，再调用正向通道中电压超前角的计算模块函数，完成PMSM的转子位置定位算法。最后在PWM中断定时器T1周期内，调用T3中断中的位置计算结果，结合SVP-WM算法输出三相逆变器的空间矢量PWM波信号，完成一次速度环和位置环的控制。通讯中断程序主要用来接收并刷新控制参数，同时设置运行模式;光电编码器零脉冲捕获中断程序可实现对编码器反馈零脉冲精确地捕获，从而得到交流永磁同步电机矢量变换定向角度的修正值;功率驱动保护中断程序则用于检测智能功率模块的故障输出，当出现故障时，DSP的PWM通道将被封锁，从而使输出变成高阻态。

2挑线机构运动学特征与计算

挑线机构在线迹形成过程中交替提供和收回适量的线，并使面线和底线在缝料中间抽紧。以杰克缝纫机股份有限公司的单针电脑平缝机A4为例，其挑线机构总体是一个四连杆机构。目前大部分平缝机都采用连杆式挑线机构，该结构由美国胜家公司发明，与凸轮式挑线机构相比，连杆式挑线机构的主要特点是摩擦、磨损小，结构简单，寿命长，运转时机器的噪声低，尤其适用于高转速工作，所以目前几乎所有的工业高速平缝机都采用连杆式挑线机构。工作时，曲柄AB顺时针匀速转动，带动连杆BC做平面运动、带动摇杆CD做往复摆动。连杆BC的周期性平面运动带动BC上的点E形成挑线轨迹。现给定AB转速n=5 000r/min，方向与角速度ω相同，以A点为原点建立坐标系，以Z轴正方向为初始角度（顺时针方向为正），初始时AB沿Z轴正向。挑线轨迹大致呈“柳叶状”，挑线孔E点的运动轨迹需要根据实际缝纫机的供线和收线线量及不同时间段挑线速度和连杆BC受力要求来设计。而“柳叶状”轨迹保证了挑线杆能够迅速地放线收线，一方面能滿足缝纫机关键时段的挑线、供线量和相应的速度要求，另一方面，挑线杆快速摆动，会使缝纫线的张力瞬时增大，是引起张力变化的主因。通过分析各曲线变化范围、快慢等信息来综合评定机构是否满足设计需求。同时可直接改变程序中控制参数的值，实现自动、快速更改曲线变化范围和快慢，直至满足使用要求，提高设计精度和效率。

3控制系统当中的硬件设计

工业缝纫机伺服节能电机的电机控制器是以单片机为基础的设计，借助单片机和外围电路充分、有机的结合，使得工业缝纫机在功能性上更有保证，同时单片机的升级使得硬件系统有了更好的发展支撑。单片机的应用给整个控制系统的发展注入了新的能量，使其电路更加的简单，投入的成本更低，此外运行的可靠性也在这一过程中得到了显著的提升。

在系统的设计当中，硬件电路是采用结构化系统设计的方式，这种方法一方面可以十分有效的确保设计电路能够朝着标准化、模块化的方向发展。在硬件电路设计的过程中，最为重要的一个内容就是科学合理的选择单片机，同时还要选择与之相配的外围芯片，这样也就使得所设计的系统一方面具有非常强的经济性，另一方面又具有非常强的性能。

在单片机系统运行的过程中，系统复位一直都是一个非常重要的基础性工作。在单片机应用的时候，界面一般有输入和结果的显示，在这一过程中采用LED显示可以有效的延长其使用寿命，成本的投入也不是很高，和单片机接口连接具有非常高的便利性，LED数码管按照连接方法的差异可以分为共阴和共阳两种方式，一般来说，将若干LED的阴极连接在一起就是共阴式，将多只LED的阳极连接在一起就是共阳式。其在发光原理上具有非常明显的相似性，如果某一个发光二极管的负极低电平的时候，其对应的二极管就会点亮。

显示器一般情况下采用的是七段数码显示器的形式，LED数码管动态显示应用在多位LED显示当中，为了对线路进行简化处理，同时还要控制成本，我们需要将所有的段选位选线采用并联的方式去连接，同时还要在这一过程中将所有的段位都连在一起，由一个8位的I/O接口进行控制，共阴极点或者是共阳极点分别由;另外的一组I/O接口进行控制。

由于所有的段选码皆由一个I/O控制，因此，在每个瞬间，每个LED只能显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式，即在每一瞬间只有某一位显示相应字符，在此瞬间，段选码控制I/O口输出相应字符段码，位选码控制I/O口在该显示位送入选通电平以保证该位显示相应字符。如此轮流，使每位显示该位显示字符，并保持延时一定时间，以造成视觉暂留效果，不断循环送出相应的段选取码、位选码，就可以获得视觉稳定的显示状态。动态扫描的频率有一定的要求，频率太低，LED将出现闪烁现象。

结语

采用有限元分析方法将曲柄AB的一个循环周期均匀离散，然后进行参数化计算，通过直接修改连杆长度、铰接点位置来实时、快速、精确控制曲线变化趋势、范围，为机构的设计、优化、评价提供理论参考依据，保证设计的可行性，最后通过仿真分析了四连杆挑线机构的末点的轨迹、位移和速度。

参考文献

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作者简介：陈磊，陕西省西安市，身份证号：61012319830426****。