【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纺织，具体涉及一种复杂型面多模式协同仿形控制方法及系统。
技术介绍
1、随着航空航天技术的发展，对用于特定应用的高强度轻质材料的需求不断增长，纤维增强的预制体织物变得越来越重要，为适应在复杂环境下的工作要求，对织物结构的多样性需求也不断提高，立体织物逐步向大尺寸、复杂异形结构方向发展。在织物制备过程中，型面仿形精度决定了织物均匀性；在型面修整过程中，型面仿形精度直接影响织物表观质量，因此对于复杂异型织物的制备与修整，型面仿形控制效果直接决定织物质量。传统采用人工控制型面仿形，存在控制精度低、质量一致性波动大、效率低等问题。
2、专利号为201810119922.2的专利技术专利公开了一种针刺机器人路径规划方法，适用于开放式自由曲面预制体的仿形针刺路径规划；专利号为202211663441.0的专利技术专利公开了一种类回转预制体机器人针刺轨迹规划方法，采用六轴机械手与外部轴联动的方式，实现外部轴驱动织物回转的同时机器人进行针刺，可以满足针刺点位姿的高效运动合成要求；专利号为202211714787.9的专利技术专利公开了一种用于复合材料转筒制备的机器人缠绕方法及装置，可以实现高自由度、高柔性、复杂异形件的成型需求。
3、现有技术针对异型复杂织物型面主要利用工业机器人进行轨迹规划实现型面仿形控制，但此方式在多品种、少批量的织物研制过程中，其成本高、编程周期长，难以满足快速响应多品种、少批量、低成本研制产品需求。因此本专利技术提出一种低成本、快速、高精度仿形控制方法及系统，能够实现复杂异型织物制备
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种复杂型面多模式协同仿形控制方法及系统，满足仿形精度高、适应性强、响应速度快、成本低的要求。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1：设计用于控制织物旋转运动的旋转轴r、用于控制仿形机构沿织物轴向运动的纵向轴x、用于控制仿形机构沿织物径向仿形运动进给轴y，确定旋转轴r、纵向轴x、进给轴y三轴零点，建立旋转轴r、纵向轴x、进给轴y的运动坐标系；
5、步骤2：根据产品工艺参数要求，确定仿形协同控制模式：当选择压力模式时，设计织物型面仿形压力期望值f1与压力误差范围δf；选择位移模式时，设计织物型面仿形位移期望值d1与位移误差范围δd，并将压力期望值f1设为0；
6、步骤3：建立旋转轴r与纵向轴x同步关系，基于同步关系进行旋转轴r与纵向轴x的运动控制；
7、步骤4：压力模式下，根据期望值f1，计算进给轴y扭矩值n1；进给轴y在扭矩值n1下运动，实现进给轴y以一定的预紧力快速贴合织物型面，且贴合预紧力为期望值f1的85％～95％；位移模式下，根据期望值d1，计算进给轴y运动距离，使进给轴y末端运动至距离织物型面d1处；
8、步骤5：实时检测并反馈实际仿形压力值f2和进给轴y末端距离型面距离d2；
9、步骤6：旋转轴r与纵向轴x同步运动时，在压力模式下，根据实际仿形压力值f2与仿形压力期望值f1的偏差量δf1，计算位移量dz，调节进给轴y位移量dz，采用迭代补偿方法，即重复步骤4-6，闭环修正织物所受仿形压力，直至在误差范围δf内，建立接触状态下压力、位移、扭矩多模式协同控制；
10、在位置模式下，根据实际测量型面仿形距离d2与仿形位移期望值d1的偏差量δd1，计算位移量dz，调节进给轴y位移量dz，采用迭代补偿方法，即重复步骤4-6，闭环修正织物所受仿形位移，直至在误差范围δd内，建立非接触状态下精确仿形位移模式控制；
11、步骤7：当仿形任务完成时，进给轴y自动退回到零位置，回位完成后纵向x轴回到起始坐标点，等待下一次仿形任务。
12、进一步地，所述旋转轴r与纵向轴x同步关系的同步耦合系数k为
13、
14、a为方向系数，当a＝-1时，旋转轴r与纵向轴x反向同步；当a＝1时，旋转轴r与纵向x轴正向同步；dr为旋转r轴的位置参数；dx为纵向x轴的位置参数。
15、进一步地，进给y轴扭矩值n1为；
16、n1＝β*额定扭矩
17、其中β为力矩系数，与压力期望值范围有关，确保织物仿形贴合预紧力小于并接近于期望值f1。
18、进一步地，所述压力模式下，偏差量δf1与微小位移量dz为：
19、
20、
21、所述位移模式下，偏差量δd与位移量dz为：
22、δd＝|d2-d1|
23、dz＝γδd
24、其中，n为扫描周期t内压力采样次数，δf为仿形允许的误差范围，dδ为固定的微小位移量，根据织物密度不同而变化，一般取值范围为0.1～0.5mm。γ为位移系数，为避免型面突变导致进给轴y与型面物体碰撞，0.5＜γ＜0.95；在压力模式下，当时，提示仿形压力预警，自动锁定与记录异常仿形压力状态下的扭矩、位移、压力信息，将进给y轴回零，待异常状态确认完毕后可重复步骤4～6，重新仿形运动。
25、一种复杂型面多模式协同仿形控制系统，包含三坐标一体化运动控制单元、织物运动控制单元、仿形控制单元，具体如下：
26、三坐标一体化运动控制单元分别与所述织物运动控制单元、仿形控制单元连接，用于建立复杂异型织物、仿形机构两者之间的运动匹配关系；
27、织物运动控制单元由复杂异型织物、旋转轴r和旋转轴r控制机构组成，用于控制织物旋转运动；
28、所述仿形控制单元包括纵向轴x、纵向轴x控制机构、进给轴y、进给轴y控制机构与压力/位移检测单元，用于控制仿形机构沿织物轴向运动、径向仿形运动，实现复杂型面仿形动作；
29、进一步的，所述三坐标一体化运动控制单元采用一体化运动控制器作为cpu，支持多伺服多模式同步运动，支持ethernet、canopen等现场总线通讯。
30、进一步的，所述一体化运动控制器建立织物运动控制单元的旋转轴r、仿形控制单元的纵向轴x同步插补关系，以旋转轴r为主轴，纵向轴x为从轴。
31、进一步的，所述旋转轴r控制机构、纵向轴x控制机构和进给轴y控制机构由带抱闸的绝对型伺服驱动器与伺服电机组成。
32、进一步的，所述压力/位移检测单元为拉压力传感器与激光位移测距传感器，通过模拟量模块传输至所述三坐标一体化运动控制单元。
33、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
34、(1)相对于基于机械手轨迹规划方法，提供了一种低成本、快速响应的仿形控制方法，更适用于多品种、少批量的立体织物快速研制；
35、(2)利用扭矩、位移、压力多模式组合协同控制方法，实现复杂异型织物型面恒压力/恒位移仿形，保证织物仿形精度，满足产品质量要求；
36、(3)本专利技术能够本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，旋转轴R与纵向轴X的同步关系通过同步耦合系数k建立，同步耦合系数k为：
3.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述压力模式下，偏差量ΔF1与位移量Dz为：
4.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述步骤4中的扭矩值N1为：N1＝β*额定扭矩，其中β为力矩系数，其与压力期望值范围有关。
5.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述旋转轴R、纵向轴X、进给轴Y通过带抱闸的绝对型伺服驱动器与伺服电机进行运动控制。
6.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述实际仿形压力值F2通过压力传感器测量；所述实际仿形位移值D2通过激光位移测距传感器测量。
7.一种基于权利要求1-6任一所述复杂型面多模式协同仿形控制方法的系统，其特征在于，包括三坐标一体化运动
8.根据权利要求7所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制系统，其特征在于，所述三坐标一体化运动控制单元采用一体化运动控制器作为CPU，支持多伺服多模式同步运动，同时支持Ethernet、CANopen现场总线通讯。
9.根据权利要求7所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制系统，其特征在于，所述旋转轴R控制机构、纵向轴X控制机构和进给轴T控制机构均由带抱闸的绝对型伺服驱动器与伺服电机组成。
10.根据权利要求7所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制系统，其特征在于，所述压力/位移检测单元为拉压力传感器与激光位移传感器，测量的压力与位移信号通过模拟量模块传输至所述三坐标一体化运动控制单元。
...【技术特征摘要】
1.一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，旋转轴r与纵向轴x的同步关系通过同步耦合系数k建立，同步耦合系数k为：
3.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述压力模式下，偏差量δf1与位移量dz为：
4.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述步骤4中的扭矩值n1为：n1＝β*额定扭矩，其中β为力矩系数，其与压力期望值范围有关。
5.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述旋转轴r、纵向轴x、进给轴y通过带抱闸的绝对型伺服驱动器与伺服电机进行运动控制。
6.根据权利要求1所述的一种复杂型面多模式协同仿形控制方法，其特征在于，所述实际仿形压力值f2通过压力传感器测量；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑龙海，秦霞，代满意，张波，江伟，韩青青，
申请(专利权)人：南京玻璃纤维研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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