纖維鋪放機器人及其關鍵技術研究.pdf

1、纖維復合材料由于其高比強度、高比模量、耐燒蝕和抗侵蝕等一系列優(yōu)點已經(jīng)成為現(xiàn)代大型飛機的主要結構用材，我國啟動的大飛機項目中明確規(guī)定要大量使用纖維復合材料，因此飛機復合材料零件的“高性能”制造是我們亟待解決的問題。纖維鋪放技術是實現(xiàn)復合材料高性能制造的重要手段之一，同時也是近年來發(fā)展最快、最有效的先進制造技術。
　　 纖維鋪放機器人技術通過帶有一個鋪放頭的機器人去加工預浸纖維絲制作復合材料部件，提供了許多傳統(tǒng)纖維鋪放技術所沒有的重

2、要的功能和優(yōu)勢。此外，機械手的使用增加了纖維鋪放過程的柔性，同時允許制造更復雜的結構。本論文主要對機器人纖維鋪放系統(tǒng)結構設計、鋪放控制系統(tǒng)設計、鋪放軌跡規(guī)劃等關鍵技術進行了研究。
　　 為了提高鋪放設備的加工能力，特別是為了實現(xiàn)復雜型面管狀零件的加工，研制了七自由度纖維鋪放機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由六自由度機器人、旋轉的主軸和紗架三部分組成。六自由度機器人帶有鋪放頭，鋪放頭安裝在手腕末端，能夠獨立控制各路絲束的央緊、重送和切斷。旋轉的

3、主軸增加一個自由度，可以鋪放復雜型面管狀零件。紗架具有張力控制裝置，對張力進行精確控制。
　　 研究了開放式結構的機器入纖維鋪放控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括運動控制、絲束控制和張力控制三個部分。運動控制采用IPC和PMAC開放式結構，控制著8軸的運動。即機器人的6軸，重送電機軸和芯模的轉動軸。絲束控制采用PMAC內(nèi)置PLC，通過光電隔離輸出電路控制外部電磁閥進而對氣缸進行控制。絲束張力控制系統(tǒng)采用PLC作為主控制器，交流伺服電機作為