纖維鋪放機(jī)器人及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、纖維復(fù)合材料由于其高比強(qiáng)度、高比模量、耐燒蝕和抗侵蝕等一系列優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代大型飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)用材，我國(guó)啟動(dòng)的大飛機(jī)項(xiàng)目中明確規(guī)定要大量使用纖維復(fù)合材料，因此飛機(jī)復(fù)合材料零件的“高性能”制造是我們亟待解決的問(wèn)題。纖維鋪放技術(shù)是實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料高性能制造的重要手段之一，同時(shí)也是近年來(lái)發(fā)展最快、最有效的先進(jìn)制造技術(shù)。
　　 纖維鋪放機(jī)器人技術(shù)通過(guò)帶有一個(gè)鋪放頭的機(jī)器人去加工預(yù)浸纖維絲制作復(fù)合材料部件，提供了許多傳統(tǒng)纖維鋪放技術(shù)所沒(méi)有的重

2、要的功能和優(yōu)勢(shì)。此外，機(jī)械手的使用增加了纖維鋪放過(guò)程的柔性，同時(shí)允許制造更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。本論文主要對(duì)機(jī)器人纖維鋪放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋪放控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、鋪放軌跡規(guī)劃等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 為了提高鋪放設(shè)備的加工能力，特別是為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜型面管狀零件的加工，研制了七自由度纖維鋪放機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由六自由度機(jī)器人、旋轉(zhuǎn)的主軸和紗架三部分組成。六自由度機(jī)器人帶有鋪放頭，鋪放頭安裝在手腕末端，能夠獨(dú)立控制各路絲束的央緊、重送和切斷。旋轉(zhuǎn)的

3、主軸增加一個(gè)自由度，可以鋪放復(fù)雜型面管狀零件。紗架具有張力控制裝置，對(duì)張力進(jìn)行精確控制。
　　 研究了開放式結(jié)構(gòu)的機(jī)器入纖維鋪放控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)控制、絲束控制和張力控制三個(gè)部分。運(yùn)動(dòng)控制采用IPC和PMAC開放式結(jié)構(gòu)，控制著8軸的運(yùn)動(dòng)。即機(jī)器人的6軸，重送電機(jī)軸和芯模的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。絲束控制采用PMAC內(nèi)置PLC，通過(guò)光電隔離輸出電路控制外部電磁閥進(jìn)而對(duì)氣缸進(jìn)行控制。絲束張力控制系統(tǒng)采用PLC作為主控制器，交流伺服電機(jī)作為