论文部分内容阅读
铺丝机器人作为铺放碳纤维复合材料的设备,已被广泛应用于铺放变刚度复合材料层合板中。铺丝装置作为铺丝机器人的末端执行器,具有工艺尺寸大、质量大、系统复杂等特性。但是在实际工程应用中,铺丝装置会产生振动,造成铺丝机器人运动轨迹精度下降和定位不准确。在铺丝机器人的作业过程中,如何控制铺放轨迹精度和设备稳定性,已成为铺丝机器人应用领域中热点问题。因此对铺丝机器人进行轨迹规划和振动特性分析研究具有十分重大的意义。根据铺丝机器人的结构参数,完成了运动学模型的建立。在工业机器人结构特性和铺放空间要求的基础上正确获得了一组运动学逆解,为接下来的轨迹规划奠定基础。借助SolidWorks提供的二次开发平台,完成了对铺丝机器人离线仿真环境的搭建,为验证规划后轨迹的合理性与正确性提供了平台。考虑到自动铺丝设备工艺要求和碳纤维预浸料窄带的物理特性约束,在有限元受力分析的基础上,根据对角线上下偏差允许范围内的最大主应力点位,反求三次非均匀B样条曲线,获得顺应层合板最大应力方向的C2光顺的变刚度铺放基准线轨迹,并利用B样条曲率公式验证该基准线的曲率变化范围是否在要求的范围之内。采用控制点平移法完成对铺放基准轨迹线的平移,拟定出相邻的下一条轨迹。利用黄金分割法搜索计算相邻轨迹线间最短距离,并基于重叠压覆工艺要求,采用控制点平移的方法修正该条轨迹。如此循环,直至完成整个变刚度复合材料层合板的轨迹规划。通过对铺丝机器人振动特性的实验研究,确定了在关机和工作两种状态下,铺丝头装置不同位姿点处的一阶和二阶频率。以工件放置的x、y坐标范围为优化参数、在一阶频率不变,铺放装置的二阶固有频率最大为目标函数、机器人的实际工作空间以及工件的具体尺寸为约束条件,利用测试点处的振动频率优化工件的摆放位置。达到减小铺丝头装置振动和提高铺放轨迹位置精度的目的。基于以上工作,可以实现在满足铺丝机器人铺放工艺和铺放质量的前提下,尽可能提高铺放的效率。实现了基于最大主应力的层合板三次B样条曲线变刚度铺放轨迹规划,达到铺丝机器人稳定、平顺、快速完成铺放任务的要求。