一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，属于纤维缠绕机技术领域。该七轴纤维缠绕机包括六轴机械臂、末端执行机构以及导轨，所述六轴机械臂通过末端执行机构设与导轨连接。所述末端执行机构内设置有机械人纤维缠绕系统。所述机械人纤维缠绕系统包括顺序连接的数据输入子系统、纤维缠绕线型设计子系统、机械人运动轨迹设计子系统、数据输出子系统和显示子系统。本发明专利技术七轴纤维缠绕机可以实现复杂异形结构的纤维缠绕。

A seven axis filament winding machine based on mechanical arm

【技术实现步骤摘要】
一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机
本专利技术涉及一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，属于纤维缠绕机

技术介绍
纤维缠绕工艺是生产纤维增强复合材料制品的一种重要成型工艺之一，纤维缠绕机是纤维缠绕成型工艺中的关键设备。纤维缠绕机经历了机械控制的缠绕机、数字控制的缠绕机、微机控制的纤维缠绕机三个阶段后采用通用数控系统的第四代缠绕机出现。德国的Bear公司、BSD公司、英国的Pultrex有限公司等均成功开发了采用通用数控系统的缠绕机。为提高生产效率，多主轴的缠绕机陆续出现，即一台缠绕机可同时缠绕多个零件。这对复合材料制品及玻璃钢制品质量性能的提高，对复合材料制品工艺的发展起到了很大的促进作用。随着微电子技术迅猛发展和运动控制卡的趋于成熟，由工业控制计算机和运动控制卡组成的四坐标以上缠绕机开始出现，五座标以上缠绕机的出现使得以前只能用人工手糊或半人工手糊的异型结构件如三通、弯管、S管等使用机器缠绕成为可能。同时为提高缠绕精度，多轴数控缠绕机可进行树脂自动分配、质量自动控制等，并配备了精密张力控制系统。目前纤维缠绕机只能完成轴对称的制品缠绕，七轴及七轴以上的缠绕机可以实现以前智能用人工手糊或半人工手糊的异形结构件，如三通、弯管、S管等使用机器进行缠绕。但是目前纤维缠绕机缠绕效率低，对于产品性能高的纤维缠绕制品，目前的缠绕工艺效率非常低，高效率的大张力纤维缠绕目前无法实现。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，可以实现复杂异形结构的纤维缠绕。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案：一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，包括六轴机械臂、末端执行机构以及导轨，所述六轴机械臂通过末端执行机构设与导轨连接。所述末端执行机构内设置有机械人纤维缠绕系统。所述机械人纤维缠绕系统包括顺序连接的数据输入子系统、纤维缠绕线型设计子系统、机械人运动轨迹设计子系统、数据输出子系统和显示子系统。所述六轴机械臂的水平运动速度为0-20米/分钟。所述六轴机械臂为库卡的标准机械臂KR150。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术取代了原有的机床式的多轴联动结构，除主轴旋转外，张力控制系统等全部采用机器人来实现。2、本专利技术具备运动平稳、各轴调速范围宽、抗干扰能力强、缠绕效率高，能实现各种复杂制品的缠绕的特点。附图说明图1为本专利技术缠绕机软件系统组成图。图2为本专利技术控制软件操作界面图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。本专利技术缠绕机主要由六轴机械臂、末端执行机构以及导轨组成七轴纤维缠绕系统。通过软件计算出异形结构的最优缠绕路径并形成G代码，由缠绕机执行进行异形结构复合材料制品进行纤维缠绕。六轴机械臂，水平运动速度为0-20米/分钟；水平运动行程在保证最大缠绕长度能力的前提下，不小于1000mm。最大伸臂行程：900mm（以主轴回转中心为基准）。6轴机械臂选择库卡的标准机械臂KR150。末端执行机构重量不大于50Kg，执行器能实现在凹凸模具顺利铺设。铺设过程中能实时显示温度、湿度、压力。机器人缠绕软件系统对各功能的排序为线形设计（CAD）->机器人运动轨迹规划（CAM）->仿真->其他辅助功能。软件系统的结构可如图1所示。其核心功能为缠绕制品的模具建模、显示、路径规划，最后生成机器人的运动轨迹控制程序，按照：模型导入->CAD（缠绕线形设计）->CAM（机器人轨迹）->导出机器人控制程序的流程进行。软件的基本界面可如图2所示。软件分别由文件，建模，视图，缠绕CAM，缠绕CAM，仿真及输出菜单组成。主界面是图形显示。软件操作的流程由建模->缠绕CAD->缠绕CAM->仿真->输出几部分组成，从模具与缠绕环境的基本信息的管理开始，到缠绕线形的CAD设计，再到机器人运动轨迹的CAM设计，最后通过仿真测试，完成机器人程序的输出。建模：由压力容器，修改模具，导入文件组成。压力容器为最基本的形式，通过调整筒身长度及封头形式等参数，实现不同的容器样式模型。可以通过修改模具菜单实现已有的压力容器修改，也可使用导入已有的DXF文件获得模具。模具生成与布带缠绕一样，可以通过多组多项式来表达复杂芯模的母线。模具修改可以通过选取不同线段的芯模线框及其数学表达式完成修改。对于建模，可以通过数学描述，或者导入AutoCAD中的DXF文件等方式进行，从而完成1、缠绕、铺放曲面的数学形式（点位信息）；2、基于OpenGL的图形显示。缠绕CAD：缠绕CAD为缠绕线形的规划，通过初始的约束条件，如初始角度、理想缠绕角范围以及摩擦系数等实现纤维在模具表面稳定缠绕的线形排布。确定所需的相应参数后，也可以选择环向缠绕轨迹，螺旋缠绕等等，或者多种缠绕方式间的过渡转换。缠绕CAM：包括设置机器人的运动参数，如导向、高度等数据，根据之前所获得的缠绕CAD线形，计算机器人的运动轨迹。仿真：仿真功能根据机器人的运动轨迹，对缠绕过程进行仿真，可以观察丝嘴的移动与纤维的排布。输出：将机器人的运动轨迹处理，生成的机器人控制程序传输至控制器，完成纤维缠绕的准备工作。张力及质量控制方法包括多张力控制器的选型与数据采集，质量控制器对环境温度、湿度、工作温度等多参数采集与显示策略研究。张力控制系统由张力输入装置、张力电机伺服控制器组成，PLC对张力输入系统输入的预张力和实际的张力进行运算并将运算的结果发送给伺服控制器完成张力控制，质量控制系统负责采集各纱团张力及缠绕总张力，生成过程工艺曲线，采集缠绕过程中的环境温度、湿度，采集胶槽的工作温度等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，其特征在于，包括六轴机械臂、末端执行机构以及导轨，所述六轴机械臂通过末端执行机构与导轨连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，其特征在于，包括六轴机械臂、末端执行机构以及导轨，所述六轴机械臂通过末端执行机构与导轨连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，其特征在于，所述末端执行机构内设置有机械人纤维缠绕系统。


3.根据权利要求2所述的一种基于机械臂的七轴纤维缠绕机，其特征在于，所述机械人纤维缠绕系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝龙云，
申请(专利权)人：镇江奥立特机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32