紡織復(fù)合材料單邊縫合機(jī)械手系統(tǒng)及其縫合行為研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)雙面縫合技術(shù)在加工三維空間形狀復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)件的過程中，縫合位置及靈活性受到限制的問題，本文圍繞單邊縫合技術(shù)及相應(yīng)的機(jī)器人縫合系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要研究工作如下:
　　針對(duì)紡織復(fù)合材料單邊縫合線跡形成方法進(jìn)行了研究，并對(duì)相應(yīng)的單邊縫合機(jī)械手末端縫合設(shè)備的本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。分析計(jì)算了縫合動(dòng)作的工作空間;采用復(fù)數(shù)矢量法建立了單邊縫合設(shè)備引線、鉤線及挑線機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，得到了各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并根

2、據(jù)設(shè)計(jì)要求加工出了一臺(tái)單邊縫合設(shè)備樣機(jī)。
　　針對(duì)單邊縫合機(jī)械手的縫合行為進(jìn)行了研究，基于接觸力學(xué)和強(qiáng)度理論，從縫針力學(xué)行為角度，研究了縫針參數(shù)的設(shè)計(jì)方法;在分析縫合線穩(wěn)態(tài)線環(huán)成形機(jī)理的基礎(chǔ)上，確定了形成理想形態(tài)線環(huán)所需的縫線長度及縫針穿刺距離;為保證縫合動(dòng)作的順利完成，針對(duì)單邊縫合設(shè)備中各機(jī)構(gòu)在時(shí)間上的動(dòng)作配合關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)與規(guī)劃，通過分析機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角與針桿位移的一般關(guān)系確定了曲柄轉(zhuǎn)角之間的相位差;同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)縫合線跡的成形質(zhì)量

3、控制，基于控制縫線供需平衡以保證縫合線跡穩(wěn)定成形的思想，建立了縫線瞬時(shí)需線量分析模型以及相應(yīng)的供線量分析模型，為連續(xù)縫合線跡的成形質(zhì)量控制提供了理論依據(jù)，并通過仿真計(jì)算和單個(gè)周期的縫合實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　針對(duì)空間自由型面線縫的機(jī)器人縫合路徑規(guī)劃及離線編程技術(shù)進(jìn)行了研究，基于有理B樣條曲線理論，對(duì)待縫合線縫的針跡輪廓線進(jìn)行了擬合提取，并編制了對(duì)輪廓線進(jìn)行離散的程序?；诳p合面單元的思想，對(duì)單邊縫合機(jī)械手的縫針坐標(biāo)系進(jìn)

4、行了路徑規(guī)劃，并建立了機(jī)器人的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，搭建了縫合機(jī)械手系統(tǒng)工作站，在離線編程模塊中對(duì)自由曲面預(yù)制件的縫合路徑規(guī)劃進(jìn)行了縫合動(dòng)作仿真。
　　加工出的單邊縫合設(shè)備樣機(jī)與工業(yè)機(jī)械臂相結(jié)合，經(jīng)過裝配與集成調(diào)試后，組成了單邊縫合機(jī)械手系統(tǒng)，并搭建了相應(yīng)的控制系統(tǒng)組件。分別以二維平面織物和三維空間形狀預(yù)制件為實(shí)驗(yàn)對(duì)象對(duì)其縫合能力進(jìn)行了測試，同時(shí)針對(duì)縫合線跡形態(tài)的影響因素進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文研制開發(fā)的單邊縫合機(jī)械手系統(tǒng)具有良