System and method for three-dimensional sewing

Abstract

A 3D sewing system and method therefor is disclosed, the 3D sewing system comprises: a sewing subsystem including a needle(20) configured to perform sewing on at least an upper fabric(UF) and a lower fabric(LF) partially overlapped; a fabric feeding subsystem configured to feed each of the fabrics in at least two perpendicular directions; a tension adjustment subsystem configured to apply a desired tension in each of the fabric; and a control subsystem configured to control the fabric feeding subsystem to feed the fabrics according to a predetermined path and control the tension adjustment subsystem to apply the desired tension in one or each of the fabrics.

Description

SYSTEM AND METHOD FOR THREE-DIMENSIONAL SEWINGTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates to garment industry, and in particular to a 3D sewing system and a 3D sewing method.

[0002] TECHNICAL BACKGROUND

[0003] Three-dimensional sewing (or 3D sewing) is a technique that involves sewing curved seams to create a three-dimensional shape in a garment article. This technique is necessitated in the production of a wide range of clothing, such as suits, jackets, dresses, intimate apparels, and sportswear, where a close fit with the human body and ease of movement are of high importance. Taking T-shirts as an example, collars, sleeves and hems are typical portions that require sewing along curved contours so that the resultant shape will confirm to and fit comfortably with the wearer. Many other fashion accessories including handbags, footwear and leather goods also involve substantial 3D sewing operations in their production flows.

[0004] Up to now, sewing is still primarily performed by human workers in garment factories. Although automation is becoming more prevalent in the garment industry, the sewing operations that can be effectively automated are often limited to two-dimensional (2D) sewing with typical use of custom-designed clamps and / or fixtures, where stitching is performed on a two-dimensional plane along pre-formed guiding slots or tracks on the clamp / fixture. This method is less applicable to three-dimensional sewing processes because such processes require fabric parts or sub-assemblies to be frequently maneuvered in different directions according to the three-dimensional geometries desired. It is thus more prevalent that three-dimensional sewing tasks are executed by skilled human workers who have been adequately trained to perform such. Nevertheless, the reliance on manual labor leads to constrained productivity and increased production costs, rendering the garment  industry susceptible to the impacts of labor shortage and rising wages.

[0005] Therefore, there is a need for improving the 3D sewing system and the 3D sewing method.SUMMARY OF THE INVENTION

[0006] The present invention relates to an automated sewing system for constructing three-dimensional shapes by joining fabric pieces with respect to the contours of the cut edges.

[0007] In one embodiment, the 3D sewing system comprises (1) a sewing subsystem including a needle configured to perform sewing on at least an upper fabric and a lower fabric partially overlapped; (2) a fabric feeding subsystem configured to feed each of the fabrics in at least two perpendicular directions; (3) a tension adjustment subsystem configured to apply a desired tension in each of the fabric; and (4) a control subsystem configured to control the fabric feeding subsystem to feed the fabrics according to a predetermined path and control the tension adjustment subsystem to apply the desired tension in one or each of the fabrics.

[0008] With the 3D sensing system according to the present disclosure, the feeding subsystem may feed the fabrics along a predetermined path, esp. a curve path, the path may have a constant distance from the edge of one or each of the fabrics so that the needle may stitch the fabrics along a path parallel to the edge of the fabrics under close loop control of control subsystem. In addition, with the tension adjustment subsystem, the fabric is straightened and formation of wrinkles which may otherwise disrupt the sewing operation can be avoided.

[0009] In another embodiment, the sewing system may comprise (i) a sewing subsystem for sewing the fabrics, (ii) a fabric feeding mechanism which may  comprise multiple active omni-wheels with a surface optimized for frictional contact with fabrics, (iii) an actuation mechanism that drives rotatable components of the omni-wheels (including main wheels and the sub-rollers) , (iv) a work table assembly on which the subject fabric pieces are slidably supported, (v) a laser position sensing subsystem based on barcodes that detects the edge positions (or cut lines) of the fabrics, (vi) a control subsystem that provides closed-loop controls over the position and tension of fabric using the edge position signal and sewing speed, respectively.

[0010] With the 3D sewing system according to the present disclosure, the tension adjustment subsystem and the fabric feeding subsystem can share the omnidirectional wheel and the main feeder, by which the structure of the whole system can be simplified.

[0011] In another embodiment of the present disclosure, a 3D sewing method is proposed, the method comprises performing sewing on at least an upper fabric and a lower fabric partially overlapped; feeding the upper and lower fabrics along a predetermined path to stitch the fabrics together; and applying a desired tension in one or each of the fabrics.

[0012] BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0013] While the specification concludes with claims particularly pointing out and distinctly claiming what are regarded as embodiments of the invention, the advantages of embodiments of the disclosure may be more readily ascertained from the description of certain examples of the embodiments of the disclosure when read in conjunction with the accompanying drawings, in which:

[0014] FIG. 1 is a schematic view showing the 3D sewing system according to one embodiment of the present disclosure;

[0015] FIG. 2 is a top view of the 3D sewing system of FIG. 1;

[0016] FIG. 3A to FIG. 3C are schematic views showing the examples of omnidirectional  wheels;

[0017] FIG. 4 shows the operation principle of an omnidirectional wheel according to the present disclosure in which at least one active sub-roller is incorporated;

[0018] FIG. 5 shows a side view of the active feeding subsystem comprising omnidirectional wheels with active sub-rollers;

[0019] FIG. 6 is a schematic view showing the sensing subsystem;

[0020] FIG. 7A and FIG. 7B exemplifies two possible placements of the barcodes on the surfaces of the middle plate, base plate and / or the post bed;

[0021] FIG. 8 and FIG. 9 show schematic block diagrams illustrating the system architecture and controller of the 3D sewing system;

[0022] FIG. 10 is a flowchart showing the method for feeding the fabric; and

[0023] FIG. 11 shows correction to the distance between the fabric cut line and the stitch line through controlled rotations of the active omnidirectional wheel.

[0024] DETAILED DESCRIPTION ON THE INVENTION

[0025] Example methods, systems, and devices are described herein. Any example embodiment or feature described herein is not to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or features. The example embodiments described herein are not meant to be limiting. It will be readily understood that certain aspects of the disclosed systems and methods can be arranged and combined in a wide variety of different configurations, all of which are contemplated herein.

[0026] Furthermore, the particular arrangements shown in the Figures should not be viewed as limiting. It should be understood that other embodiments might include more or less of each element shown in a given Figure. Further, some of the illustrated elements may be combined or omitted. Yet further, an example embodiment may include elements that are not illustrated in the Figures.

[0027] Hereinafter, the technical scheme of the disclosure will be described in detail  with specific embodiments of the disclosure. In the following description and claims, the directional terms, e.g. “forward” , “lateral” , “front” , “rear” , “left” , “right” , “up” and “down” etc. are used for clearly describing the invention and making the description understood by the person skilled in the art, but not for limitation. In the following description and figures, the subsystem or element for the upper fabric will be indicated by a reference numeral with U suffix, and for the lower fabric will be indicated by the reference numeral with L suffix, while will be indicated by the reference numeral without suffix when it is unnecessary to distinguish between for the upper fabric or for the lower fabric.

[0028] According to the present disclosure, a 3D sewing machine or system is proposed, the sewing machine or system is capable of performing three-dimensional (3D) sewing by automatically aligning the seam lines of fabric pieces based on their cut edges, so that the control algorithm and method and the control system therefor can be simplified. The 3D sewing system according to the present disclosure includes a sewing subsystem configured to performing sewing on fabrics; a feeding subsystem configured to feed the fabrics to be sewed in at least two perpendicular directions, e.g. forwardly and laterally, under control of a control system or control module, a sensing subsystem configured to detecting the edge of the fabric and providing detecting result to the control system or module, and the control subsystem or module configured to receive the detecting result from the sensing system and control the feeding system to feed the fabrics.

[0029] In one embodiment, the fabrics includes two pieces of fabrics which are at least partially overlapped and will be sewed together along the edges of the two fabrics. And the feeding subsystem includes an upper feeding subsystem for feeding the upper fabric and a lower feeding subsystem for feeding the lower fabric. In one embodiment, each of the feeding subsystems includes at least two active wheels, one of the active wheels is an omnidirectional wheel configured to feed the fabrics in the  two directions, and the other is a feeding wheel or a main feeder configured to feed the fabrics in one of the two directions, called main feeding direction, or forward direction. However, the present application is not limited thereto, the main feeder may include a passive roller foot and a feed dog which cooperate to feed the fabric forwardly.

[0030] In one embodiment, the 3D sewing machine or system further includes a tension adjustment subsystem configured to apply a desired tension in at least one of the fabrics, preferably, both the fabrics, it is important for proper stitch formation and wrinkle elimination in the fabrics. Thus, the tension adjustment subsystem includes an upper tension adjustment subsystem for the upper fabric and a lower tension adjustment subsystem for the lower fabric, hereinafter, they will be called tension adjustment subsystem collectively when it is unnecessary to differentiate the upper and lower tension adjustment subsystem. the tension adjustment subsystem may share the omnidirectional wheel, to be exactly, the active sub-rollers of the omnidirectional wheel and the main feeder with the feeding subsystem, however the present disclosure is not limited thereinto, and an independent tension adjustment subsystem can be provided.

[0031] In one preferable embodiment, the omnidirectional wheel includes a main wheel body rotatable along a main rotation axis, and a plurality of active rim elements (or sub-rollers) arranged along the circumference of the main wheel body and rotatable along an axis oblique with respect to the main rotation axis, thus, the rotation of the main wheel body feeds the fabric in a direction, e.g. laterally and the rotation of the rim elements feeds the fabric in another direction preferably perpendicular to the direction in which the main wheel body feeds, e.g. forwardly. The tension may be applied by the main feeder and the rim elements or sub-rollers of the omnidirectional wheel.

[0032] In one embodiment, the sensing subsystem includes an upper sensing subsystem for the upper fabric and a lower sensing subsystem for the lower fabric. Each of the upper and lower sensing subsystem includes a sensor for detecting the edge of the fabric with aid of a marker. In one preferable embodiment, the sensor is a laser sensor, and the marker is a barcode. However, the present disclosure is not limited thereto.

[0033] Hereinafter, the 3D sewing machine or system will be described in detail with reference to the figures.

[0034] FIG. 1 is a schematic view showing the 3D sewing system according to one embodiment of the present application, and FIG. 2 is a top view of the 3D sewing system of FIG. 1. In FIG. 1 and FIG. 2, the reference orientations of X, Y and Z are defined and illustrated therein. These orientations provide a standardized framework for referencing the spatial directions within the context of the given descriptions. Where the + or -is not specified, any X / Y / Z direction mentioned in the content include both + or -senses. For example, the term “X direction” includes both X (+) and X (-) directions.

[0035] As shown in FIG. 1, the system includes a sewing machine that features a raised post bed 10 (also called post head) beneath the sewing needle 20. Two cut pieces of fabric (not shown in FIG. 1 and FIG. 2) are loaded onto a worktable assembly, which comprises a base plate 30 and a middle plate 40 where the fabrics are slidably supported on the X-Y plane. The fabric piece residing on top of the middle plate 40 is referred to as upper fabric (UF) , whereas the one located between the middle plate 40 and the base plate 30 is referred to as lower fabric (LF) . The base plate 30 of the worktable assembly is preferably levelled with the top plane of the post bed 10.

[0036] Feeding Subsystem

[0037] The sewing machine further includes a feeding subsystem for feeding the fabrics, the feeding subsystem includes an upper feeding subsystem for the upper fabric (UF) and a lower feeding subsystem for the lower fabric (LF) , the upper feeding subsystem and the lower feeding subsystem is substantially mirrored with each other about the post bed, and thus, in the following description, only the upper feeding subsystem is described and the same can be applied into the lower feeding subsystem, and also will be called feeding subsystem when it is unnecessary to distinguish the upper feeding subsystem or the lower feeding subsystem.

[0038] The feeding subsystem includes e.g. (i) a roller foot or (ii) a wheel feed, in the vicinity of the sewing needle 20. Roller foot is a kind of passive roller that operates together with a built-in feed dog of the sewing machine. During sewing, the feed dog moves the fabric forward and the roller foot presses on the fabric to secure the fabric in the course of its advancement. Alternatively, wheel feed is an active roller device that operates in sync with the sewing needle 20 to feed the fabrics forward. Where a wheel feed is present, a feed dog is normally not required. As shown in FIG. 1, in a preferable embodiment of the present disclosure, the feeding subsystem includes an active roller (the main feeder) 80, however, the present application is not limited thereto and the passive roller foot and feed dog can also be used. For simplicity’s sake, the roller device nearby the sewing needle 20 is referred to as the “main feeder” in the following text. The main feeder 80 feeds fabrics in the positive Y direction, hereafter also called the forward direction.

[0039] Incorporating with the main feeder 80, one of more active omnidirectional wheel feeder 50U, 50L (or omnidirectional wheel) is provided. During sewing, the main feeder 80 provides a traction point on the fabrics and the omnidirectional wheel 50U, 50L provides another traction points, allowing application of desired tensions in the upper and lower fabrics. The post bed 10 and the machine body are configured to  provide a mechanical support for a worktable assembly.

[0040] Upon setting into position, the upper and lower fabrics can respectively be maneuvered in multiple directions by the active feeding subsystem. As shown in FIG. 2, the omnidirectional wheel 50 is positioned behind the needle drop point preferably in such a way that their main axes MA of rotation lie between a zone d delimited by the lines subtended along the negative Y direction by (i) the fabric contact point of the main feeder 80 and (ii) the needle drop point O. The omnidirectional wheels of the upper and lower feeding subsystem are brought into physical contacts with the subject fabrics and are spring loaded to exert a pressing force upon the fabrics.

[0041] The omnidirectional wheel 50 will be described with reference to FIG. 3A to FIG. 3C, in which three examples of the omnidirectional wheel 50 are shown.

[0042] As illustrated in FIG. 3A, the omnidirectional wheel 50 is a Mecanum wheel which includes a main wheel body 51 and a plurality of rim elements 52 in the shape of barrel which are rotatably mounted on the circumference of the wheel body 51. A special feature of these barrel-shaped rollers 52 is that their rotational axes are obliquely aligned, typically at 45 degrees to the broad plane of the wheel 50 and 45 degrees to the axle of the wheel 50. Thus, the rotation of the main wheel body 51 will feed the fabric in a first direction, and the rotation of the rim elements or sub-rollers 52 will feed the fabric in a second direction perpendicular to the first direction.

[0043] As shown in FIG. 3B which shows a second design of the omnidirectional wheel 50’, the omnidirectional wheel 50’ includes a main wheel body 51’ and a plurality of rotatable rim elements or sub-rollers 52’ in the shape of cylinder, each of the rim element has a rotational axis lying parallel to the broad plane of the main wheel body 51’ and 90 degrees to the axis of rotation of the main wheel body 51’. The rotation of the main wheel body 51’ will feed the fabric in a first direction and the  rotation of the rim elements 52’ will feed the fabric in a second direction perpendicular to the first direction. The omnidirectional wheels as shown in FIG. 3A and FIG. 3B are characterized by a geometrical feature that the outer perimeters of these wheels contain ditched portions and deviate from a circular shape.

[0044] Another example of omnidirectional wheel 50” design is illustrated in FIG. 3C. As shown in FIG. 3C, the omnidirectional wheel includes a main wheel body 51” and a plurality of rotatable rim elements or sub-rollers 52” assuming the shape of barrel each with an outer edge tracing a circular arc profile. By using such omnidirectional wheels with a suitably designed wheel frame, it is possible to form a configuration where the overall perimeter of the wheels traces a circular profile as shown in FIG. 3C.

[0045] FIG. 4 shows the operation principle of an omnidirectional wheel 50, the omnidirectional wheel 50’ can be one as shown in FIG. 3B and includes a main wheel body 51’ and active rim elements 52’ (or active sub-rollers) which can undergo controllable degrees of rotation. This active omnidirectional wheel has a mechanism that transmits power in the poloidal direction by meshing. The mechanism consists of three elements: a circular rail 53 whose cross-sectional shape rotates in a poloidal direction all the way around, a slider 54 that slides along the circular cross-sectional shape, and a slit 55 on the slider to avoid interference with the spokes 59 for fixing the rail. Here, by input for the rim elements and input for the main wheel body 51’ which are independently rotated by e.g. motors (not shown) , the active omnidirectional wheel provides rotary motions in two independent directions, i.e., one about the axle of the main wheel body 51’ and the other about axles of the sub-rollers 52’, leading to two degrees of freedom of movement. The further details of the omnidirectional wheel 50’ can be found from the prior published patent applications, e.g. CN3064626A1, US3789947, US10589950B2, US20230009594A1, these applications are incorporated therein in entity by reference.

[0046] While the description of the omni-wheel design with active sub-rollers provided above serves as an embodiment, it should be understood that the invention encompasses other variations and configurations of omnidirectional wheels as long as they incorporate the essential feature of active sub-rollers. The specific embodiment mentioned earlier is intended to illustrate the concept and should not be construed as limiting the scope of the invention.

[0047] FIG. 5 shows a side view of the active feeding subsystem comprising omnidirectional wheels 50 with active sub-rollers, where the stacking sequence of the fabric pieces UF / LF, middle plate 40, base plate 30, and omnidirectional wheels 50U, 50L are illustrated in detail. As shown in FIG. 5, the surface of the active omnidirectional wheel includes a plurality of corrugated features 56 to provide a non-slip surface texture. These features give rise to enhanced surface friction and in turn higher traction forces when engaging the fabrics. Suitable surface materials for the active sub-rollers include, but are not limited to, elastomeric materials such as rubber and silicone, and sponge materials. Each of the upper and lower omni-wheels is driven by two motors 57U, 57L and is further connected to a tensioner 58U, 58L which is actuated by a solenoid (upper / lower actuator) (not shown) . The movement of the solenoid is operable to activate a linkage connecting the corresponding omnidirectional wheel 50U, 50L such that the omnidirectional wheel can press against the fabric with a desired level of normal force acting on it.

[0048] Once the upper and lower fabrics UF / LF are made in place between the middle plate 40 and the corresponding omnidirectional wheel 50U, 50L, the fabrics may then be maneuvered independently on and against the middle plate 40. The feeding actions of the omnidirectional wheel 50U, 50L are two-fold. Firstly, by effecting rotation of the omnidirectional wheel 50U, 50L about its main axle along the Y direction, the engaged portion of fabric can be fed laterally in the X direction and  rotated around the sewing needle, which acts approximately as the centre of rotation of the fabric. Secondly, by effecting rotation of the sub-rollers of the omnidirectional wheel 50U, 50L to produce a tangential motion parallel to the Y direction, the engaged portion of fabric can be stretched with respect to the sewing needle and the main feeder 80, thereby allowing tensions to be developed in the fabric through antagonistic actions. The ability of applying tension to the fabric while sewing is instrumental to proper stitch formation and wrinkle elimination. The middle plate is designed to have a flat and smooth surface finish on both sides to facilitate low-friction sliding of fabric pieces.

[0049] Tension Adjustment Subsystem

[0050] As above described, in the present disclosure, for each of upper fabric UF and lower fabric LF, a tension adjustment subsystem is provided. The tension adjustment subsystem will be described taking the one for the upper fabric UF as example, and it can be understood that the same can applied for the lower fabric LF.

[0051] The tension adjustment subsystem includes the main feeder 80 and the omnidirectional wheel 50, to be exactly, the active sub-rollers of the omnidirectional wheel. When the fabric is fed by the main feeder 80, the sub-roller may be rotated in a speed at which the fabric is fed at a speed lower than at which the main feeder 80 feeds, or in other word, there is a speed difference between the linear speed of the main feeder 80 and the linear speed of the sub-rollers, thus, a tension is generated in the fabric. It can be appreciated that the sub-rollers can be stationary or even can be rotated in opposite direction, to generate tension in the fabric as desired.

[0052] Preferably, the outer shapes of our sub-rollers of the omnidirectional wheel 50 are designed in such a way as to maximize physical contact and thus traction with the fabrics, thus, the active sub-rollers of the omnidirectional wheel 50 have a curvature substantially conforming to the circumference of the main wheel.  Alternatively or additionally, by controlling the pressure applied on the fabric by the omnidirectional wheel 50 by means of e.g. the solenoid for the upper fabric UF and lower fabric LF, the tension forces in the fabrics can be varied.

[0053] In addition, the sub-rollers may be formed from elastically soft materials such as rubber or textiles, or the surface of the sub-rollers are coated with such material. Alternatively, a coating for increasing friction or a roughen treatment can be applied on the surface of the sub-rollers.

[0054] By sharing the main feeder 80 and the omnidirectional wheel 50 between the feeding subsystem and the tension adjustment subsystem, the structure of the whole system can be simplified.

[0055] However, the present disclosure is not limited thereto, an independent tension applying or adjustment subsystem can also be incorporated. In addition, a tension sensor may be provided to sense the tension in the fabric and send a signal representative of the tension in the fabric to a controller (to be described later) , and the controller, based at least partially on the signal received from the tension sensor to adjust the speed of the sub-rollers or the pressure of the solenoid, to apply the tension in the fabric as desired.

[0056] Positional Sensing Subsystem

[0057] The 3D sewing system further includes sensing subsystem 70 to detect the edge position of the upper and lower fabrics. As shown in FIG. 6 which shows a preferable embodiment of the sensing subsystem, the sensing subsystem includes optical sensors 71 that detect the edge positions of the upper and lower fabrics. Each sensor includes a laser source 72 configured to generate a beam of laser, a scanning mechanism 73 configured to scan a laser towards the fabric and a marker 74, e.g. a barcode, and a detector, e.g. a photodiode, configured to receive laser reflected from  the fabric and the barcode. Thus, the sensor 71 performs reflective laser sensing with reference to the barcode. The barcode can be printed on a tape which is attached to a stationary surface. Specifically, as shown in FIG. 6, the laser source scans the laser along X direction and the photodiode 75 detects the optical signals reflected from the surface containing the barcode. A piece of fabric is positioned in such a way that one of its cut edges overlaps with a portion of the barcode. The barcode consists of black and white bars of equal width, and the laser reads the number of those bars that are not occluded by the fabric to determine the position of the edge of the fabric. The width of the bars in the barcode can be changed or narrowed to improve sensing resolution. With the sensing subsystem 70 according to the present disclosure, it is unnecessary for precise placement or calibration of laser sources 72 or photodiodes 75 against the fabrics, and the structure of the sensing subsystem 70 is simplified.

[0058] The marker 74 can be printed on a variety of media such as paper, and affixed to different locations of the sewing system, depending on the size of fabric pieces and the manner by which the laser sensors are installed. As shown in FIG. 1, two sensing subsystems 70U, 70L including the laser sensors are positioned above and below the worktable assembly respectively to detect the edge positions of the upper and lower fabrics. In another embodiment, both laser sensors are installed above the worktable assembly to detect the subject fabrics.

[0059] FIG. 7A and FIG. 7B exemplifies two possible placements of the barcodes 74U, 74L on the surfaces of the middle plate 40, base plate 30 and / or the post bed 10, where the marker (barcodes 74U, 74L) can be read by laser sensors placed above the fabrics. The locations of the sewing needle 20, main feeder 80 and omnidirectional wheel feeders are shown together in the figure. Note that the position of the lower omni-wheel has been slightly offset for illustration purpose. It is shown in FIG. 7A that the barcode for measuring the position of the upper fabric can be placed on a distal edge of the middle plate 40, and that for the lower fabrics placed on the base  plate 30. A characteristic of this arrangement is that one of the barcodes (but not both) may reside out of the region of middle plate 40. In another arrangement illustrated in FIG. 7B, where the barcodes 74U, 74L are both positioned in the interior region of the middle plate 40, the barcode 74U for measuring the position of the upper fabric can be placed on top of the middle plate 40, whereas the barcodes 74L for the lower fabrics is placed on the base plate 30 and exposed to the laser through an open window of the middle plate 40. Actual arrangements of the barcodes 74L could be either of or a combination of the above options. Where smaller sized fabric pieces are involved, the barcodes 74L may also be placed on the post bed instead of the base plate 30, there is no limitation thereon.

[0060] Although in the above description, laser sensor and barcode are used for sensing the edge of the fabric, the present application is not limited thereto, other sensing subsystem, e.g. magnetic sensing subsystem, the sensing subsystem applying Hall Effect, or the like can be conceived under the teaching of the present disclosure.

[0061] Control Subsystem and Method

[0062] FIG. 8 and FIG. 9 show schematic block diagrams illustrating the system architecture and controller of the 3D sewing system. The control system with the present invention serves two main functions, specifically (i) fabric position control via lateral feeding and (ii) tension control.

[0063] As shown in FIG. 8 and FIG. 9, the control subsystem includes a control unit 81 configured to receive the sensing result of the sensing subsystem 70 and send signals respectively to the motors for driving the upper and lower omnidirectional wheels. In addition, the control subsystem may also include a sewing machine controller 82 configured to control the sewing machine to perform sewing on the fabric. The sewing machine controller 82 may control the speed of main feeder 80 so as to feed the upper and lower fabrics forwardly, and also may control the needle to  perform sewing. The control unit 81 and the sewing machine controller 82 may be communicated with each other. Although in FIG. 8 and FIG. 9, the control unit 81 and the sewing machine controller 82 are shown as two independent units, the present disclosure is not limited thereto, the two units 81 and 82 can be formed integrally. The control unit 81 and / or the sewing machine controller 82 may be embodied by a general IC, or ASIC, or even by the discrete electronic members, the present disclosure is not limited thereto. The control unit 81 and / or the sewing machine controller 82 may also embodied as a processor including a CPU, a memory for storing the program, the data received from the sensing system, or the like, and the I / O interface communicating with the outer peripherals.

[0064] For starting the sewing, the sewing machine controller 82 and / or the control unit 81 may control the main feeder 80 and / or the omnidirectional wheel 50 to feed the upper and lower fabrics forwardly according to a predetermined speed, and also control the needle 20 to performing sewing.

[0065] The present system is operable to stitch the upper and lower fabric pieces together according to the profiles of their cut edges, e.g. curved edges. In doing so, the stitch line can be controlled to follow a path parallel to the cut lines, i.e., by maintaining a constant margin with respect to the cut edge, or alternatively, a path with a pre-programmed variable margin with respect to the edge. An exemplary control flow chart is illustrated in FIG. 10 which maintains a predetermined distance (gap) between the sewing needle and the respective edges of the upper and lower fabric pieces.

[0066] As shown in FIG. 10, the control unit 81 receives the signals from the upper and lower sensing subsystem, the signal indicates the number of bars which are not covered by the fabric, thus, the position of the edge of the fabrics can be known. The number of bars that are in the appropriate fabric position is recorded in advance, and  feedback is provided in accordance with deviations from that number. Based on the feedback signal, the rotation of the omnidirectional wheel 50 is activated about its Y axle to bring the edge of the corresponding fabric to the predetermined position in the lateral direction (X direction) . As an example of feedback control algorithm, Classical PID control can be used, however, the present disclosure is not limited thereto, other control algorithm, e.g. fuzzy control algorithm, or other modern control based on accurate models is also applicable.

[0067] In the case of an offset on the X-Y plane in the relative positions of the barcode and the sewing needle drop point, which acts approximately as the fabric’s centre of rotation, the stitch line may deviate from the intended path depending on, in particular, the y component of such offset, see FIG. 11. This error can be mitigated by introducing a correction to the distance between the fabric cut line and the stitch line through controlled rotations of the active omnidirectional wheel 50, or to be exact, the main wheel body, about its Y axle, to offset the fabric in the X direction.

[0068] For tension control, the method is to apply a suitable antagonistic force between the fabric region bounded by the main feeder 80 (nearby the sewing needle) and the omnidirectional wheel 50, with an aim of straightening the fabric and preventing the formation of wrinkles. Such force can be derived from the kinetic friction (or sliding friction) between the sub-rollers of the omnidirectional wheel 50 and the engaged fabric. The coefficient of sliding friction (COSF) between two surfaces is dependent of surface area, normal reaction force, and / or sliding speed for elastically soft materials such as rubber or textiles. It has been believed that the COSF increases with sliding speeds when elastically soft materials slide on smooth surfaces. Thus, by controlling the speed of rotation of the rim elements or sub-rollers of the omnidirectional wheel 50, the tension forces in the fabrics can be varied. Preferably, the outer shapes of sub-rollers of the omnidirectional wheel 50 are designed in such a way as to maximize physical contact and thus traction with the fabrics, thus, the active  sub-rollers of the omnidirectional wheel 50 have a curvature substantially conforming to the circumference of the main wheel. Alternatively or additionally, by controlling the pressure applied on the fabric by the omnidirectional wheel 50, the tension forces in the fabrics can be varied.

[0069] Given a forward feeding speed of the fabric Vf, and a tangential speed of the sub-rollers Vsr, an antagonistic effect can in principle be established as long as Vsr <Vf when measured along the positive Y direction. The value of the rotation speed Vsr may be varied from below Vf to zero, and from zero to negative values (i.e. counter-rotations) , through which a variable range of frictional force and in turn tension could be generated on / in the fabric.

[0070] The forward feeding speed of the fabric Vf is primarily determined by the main feeder 80 of the sewing machine. Once the sewing speed of the sewing machine is registered by the sewing machine controller, the controller will output a speed control signal to the corresponding motor and vary the Vsr accordingly. Depending on the types and properties of fabric to be sewn, the straightening effect on the fabric can be experimentally determined beforehand or varied in real-time through a speed selector for the sub-rollers of the omnidirectional wheel 50. Alternatively, a tension sensing mechanism can be provided additionally to detect the tension in the fabric and send a signal representative of the tension to the control unit, the control unit then control the speed of the sub-rollers of the omnidirectional wheel 50 to control or vary the tension of the fabric according to a predetermined value.

[0071] The present disclosure is not to be limited in terms of the particular embodiments described in this application, which are intended as illustrations of various aspects. Many modifications and variations can be made without departing from its spirit and scope, as will be apparent to those skilled in the art. Functionally equivalent methods and apparatuses within the scope of the disclosure, in addition to  those enumerated herein, will be apparent to those skilled in the art from the foregoing descriptions. Such modifications and variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

[0072] The above detailed description describes various features and functions of the disclosed systems, devices, and methods with reference to the accompanying figures. In the figures, similar symbols typically identify similar components, unless context dictates otherwise. The example embodiments described herein and in the figures are not meant to be limiting. Other embodiments can be utilized, and other changes can be made, without departing from the spirit or scope of the subject matter presented herein. It will be readily understood that the aspects of the present disclosure, as generally described herein, and illustrated in the figures, can be arranged, substituted, combined, separated, and designed in a wide variety of different configurations, all of which are explicitly contemplated herein.

[0073] A block that represents a processing of information may correspond to circuitry that can be configured to perform the specific logical functions of a herein-described method or technique. Alternatively or additionally, a block that represents a processing of information may correspond to a module, a segment, or a portion of program code (including related data) . The program code may include one or more instructions executable by a processor for implementing specific logical functions or actions in the method or technique. The program code and / or related data may be stored on any type of computer readable medium such as a storage device including a disk or hard drive or other storage medium.

[0074] The particular arrangements shown in the figures should not be viewed as limiting. It should be understood that other embodiments can include more or less of each element shown in a given figure. Further, some of the illustrated elements can be combined or omitted. Yet further, an example embodiment can include elements that  are not illustrated in the figures.

[0075] While various aspects and embodiments have been disclosed herein, other aspects and embodiments will be apparent to those skilled in the art. The various aspects and embodiments disclosed herein are for purposes of illustration and are not intended to be limiting, with the true scope being indicated by the following claims.

Claims

1.A 3D sewing system comprising:a sewing subsystem including a needle configured to perform sewing on at least an upper fabric and a lower fabric partially overlapped;a fabric feeding subsystem configured to feed each of the fabrics in at least two perpendicular directions;a tension adjustment subsystem configured to apply a desired tension in each of the fabric; anda control subsystem configured to control the fabric feeding subsystem to feed the fabrics according to a predetermined path and control the tension adjustment subsystem to apply the desired tension in one or each of the fabrics.2.The 3D sewing system according to claim 1, further comprises a sensing subsystem configured to detect position of the edge of each of the fabrics and send a signal representative of the position to the control subsystem, the control subsystem is further configured to control the fabric feeding subsystem to feed the fabrics according to the position sensed by the sensing subsystem.3.The 3D sewing system according to claim 1 or 2, wherein the predetermined path is a curve path.4.The 3D sewing system according to claim 3, wherein the curve path has a constant distance from the edge of one or each of the fabrics; orthe curve path has a variable distance from the edge of one or each of the fabrics.5.The 3D sewing system according to any one of claims 1 to 4, wherein the fabric feeding subsystem includes a main feeder to feed the upper fabric and the lower fabric in a first direction;an upper omnidirectional wheel configured to feed the upper fabric in the first direction and a second direction perpendicular to the first direction; anda lower omnidirectional wheel configured to feed the lower fabric in the first direction and the second direction.6.The 3D sewing system according to claim 5, wherein each of the omnidirectional wheel includes a main wheel body which is rotated about a rotation axial parallel with the first direction to feed the fabric in the second direction and a plurality of active sub-rollers which are rotatably mounted around the circumference of the main wheel body, and the rotation of the active sub-rollers push the fabric along the first direction.7.The 3D sewing system according to claim 6, wherein the plurality of active sub-rollers have a curvature substantially conforming to the circumference of the main wheel body.8.The 3D sewing system according to claim 6 or 7, wherein the surfaces of the sub-rollers are textured or roughened; and / orThe sub-rollers are coated with or formed from elastically soft materials such as rubber or textiles.9.The 3D sewing system according to any one of claims 6 to 8, wherein the rotation axis lies between a zone delimited by the lines subtended along the first direction by (i) the fabric contact point of the main feeder and (ii) a needle drop point on the fabric, and preferably the rotation axis extends through the needle drop point.10.The 3D sewing system according to any one of claims 5-9, wherein the tension adjustment subsystem at least includes the main feeder, the upper omnidirectional wheel and the lower omnidirectional wheel, esp. the active rollers in the upper omnidirectional wheel and the active sub-rollers in the lower omnidirectional wheel,  the tension is applied in the fabric by the speed difference between the main feeder and the sub-rollers.11.The 3D sewing system according to claim 10, further comprising a tension detection subsystem configured to detect the tension in the fabric and send a signal representative of the tension in the fabric to the control subsystem, the control subsystem is further configured to vary the rotation speed of the sub-rollers according to the signal received from the tension detection subsystem.12.The 3D sewing system according to claim 10 or 11, further comprising a solenoid to be activated to place the omnidirectional wheel onto the fabric, the control subsystem is further configured to drive the solenoid to change the pressure applied on the fabric by the omnidirectional wheel to change the tension in the fabric.13.The 3D sewing system according to any one of claims 2-12, wherein the sensing subsystem includes at least an upper sensing subsystem for the upper fabric and a lower sensing subsystem for the lower fabric, each of the upper and lower sensing subsystem includes a sensor and a marker, the sensor is configured to detect the position of the edge of the fabric with respect to the marker.14.The 3D sewing system according to claim 13, wherein the sensor is a laser sensor, and the marker is a barcode, the sensor is configured to detect the number of bars in the barcode not covered by the fabric.15.The 3D sewing system according to claim 14, wherein the barcode can be attached or imprinted to a work surface on which the fabric is placed.16.The 3D sewing system according to claim 14 or 15, wherein the control subsystem is configured to receive a signal representative of the number of bars from the sensor,  compare the detected number with a predetermined number, and control the omnidirectional wheel to feed the fabric in the second direction according to the error between the detected number and the predetermined number.17.A 3D sewing method by using the 3D sewing system according to any one of claims 1-16, comprising:performing sewing on at least an upper fabric and a lower fabric partially overlapped; feeding the upper and lower fabrics along a predetermined path to stitch the fabrics together; andapplying a desired tension in one or each of the fabrics.18.The 3D sewing method according to claim 17, where feeding each of the upper and lower fabrics includes:feeding each of the upper and lower fabrics in a first direction; andfeeding each of the fabrics in a second direction perpendicular to the first direction so as to feed the fabrics along a curve path.19.The 3D sewing method according to claim 17 or 18, wherein feeding each of the upper and lower fabrics includes:sensing the position of edge of the fabric;comparing the detected position of the edge with a predetermined position;adjusting the amount of the feeding in the second direction according to the compare result.20.The 3D sewing method according to claim 19, wherein sensing the position of edge of the fabric includes:placing a barcode on a work surface on which the fabric is placed;detecting the number of bars in the barcode not covered by the fabric.21.The 3D sewing method according to any one of claims 17 to 20, wherein applying a desired tension in one or each of the fabrics includes:adjusting the speed difference between the main feeder and the sub-rollers of the omnidirectional wheel.22.the 3D sewing method according to any one of claims 17-21, wherein applying a desired tension in one or each of the fabrics includes:adjusting the pressure applied on the fabric by the omnidirectional wheel.

Images