基于KUKA機器人的纖維纏繞工作站設計.pdf

1、復合材料殼體具有質(zhì)量輕、強度高、耐腐蝕及可設計等優(yōu)點，使其在石油天然氣輸送、船舶、海洋鉆井平臺、電力傳輸、壓力容器等領域獲得廣泛應用。復合材料殼體多采用濕法纏繞成型工藝制造，傳統(tǒng)的纏繞機分為機械式和數(shù)控機床式，存在自由度低，芯模裝卡不便，制品適應性及柔性差，且無法實現(xiàn)復雜形狀復合材料殼體自動纏繞成型等問題。本文設計的基于KUKA機器人的纖維纏繞工作站具有七個自由度，具有抓取芯模纏繞和抓取纖維纏繞兩種纏繞模式，可實現(xiàn)復雜形狀復材殼體快速、

2、高效、優(yōu)質(zhì)纏繞成型。
　　為滿足復材殼體纖維纏繞工藝及制品性能要求，根據(jù)環(huán)向、螺旋和縱向纏繞基本規(guī)律，分析了圓柱體、錐形體以及橢球體復合材料殼體芯模測地線纏繞模型和落紗點軌跡，分別基于包絡纏繞和定長纖維纏繞兩種導絲頭軌跡約束確定出紗點軌跡。基于 MATLAB軟件進行纏繞線型及軌跡計算，并分析了各軸運動、切點順序和主軸轉(zhuǎn)速等因素對纏繞軌跡的影響，給出可用于生產(chǎn)的定長自由纖維、主軸恒轉(zhuǎn)速及測地線纏繞的優(yōu)化出紗點運動軌跡。本文設計了基于

3、KUKA KR210機器人的纖維纏繞工作站，采用外部擴展軸實現(xiàn)芯模旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，通過機器人手抓取芯模或纖維兩種方式纏繞實現(xiàn)復材殼體快速成型。根據(jù)復材殼體纏繞需求，設計工作站機械結(jié)構，并搭建控制系統(tǒng)硬件平臺，系統(tǒng)軟件采用上、下位機結(jié)構。通過將出紗點軌跡坐標轉(zhuǎn)換為機器人可執(zhí)行代碼，控制機器人末端按照指定軌跡纏繞。
　　本文設計的機器人纏繞工作站可適用于濕法/干法纏繞的帶纏繞及纖維纏繞工藝。機器人載荷：210KG；纏繞行程：2000mm；纏