基于机器人的复合材料容器缠绕系统动力学分析

• 作 者: 李兆博
• 机 构: 哈尔滨理工大学
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 机器人 缠绕系统 动力学分析 纤维复合材料

纤维复合材料非对称形体容器因其结构的特殊性往往采用人工缠绕，但人工缠绕生产出的容器缺点极其明显，不仅外观粗糙、强度低、成本高，而且性能难以保证，这一现状一直制约着整个复合材料行业的发展，实现非对称形体容器自动缠绕是复合材料行业的发展趋势。从上世纪七十年代至今国内外对于自动缠绕，无论是理论基础还是实际应用，发展都非常迟缓。现有的复合材料容器缠绕设备具有活动范围小，灵活度低、未考虑张力影响等缺点，众所周知机器人以其灵活性高的特点广泛应用于各个行业，所以将机器人应用于容器的自动缠绕势在必行。本文主要围绕以下几个方面进行研究。　　首先，以缠绕容器的形状结构为基础，结合缠绕过程中的速度、加速度等参数，对复合材料容器在缠绕过程中纤维所受到的变张力进行分析，并由机器人各关节驱动力矩与移动耗能的关系，推导出机器人优化位姿判据。其次，根据缠绕机器人六自由度的机械结构，搭建出机器人的虚拟模型，对机器人的三个位姿进行规划，根据位姿的差异分别推导出运动学正逆方程，对机器人坐标系进行建立和分析，并针对在缠绕过程中预设的缠绕轨迹进行编程。最后，将纤维的变张力加载到机器人模型中，使机器人在受变张力和不受张力的情况下沿设计轨迹运动，用 ADAMS测量出机器人三个位姿的各关节的参数变化，分析机器人的最优位姿。　　本文对六自由度机器人在受变张力和不受张力的情况下进行实验，使机器人模型沿预设轨迹进行运动，通过测量两种情况下的各个位姿六个关节的力矩曲线，并将实验数据与力矩耗能关系相结合，分析出在缠绕过程中机器人的优化位姿。