基于KUKA機(jī)器人的纖維纏繞工作站設(shè)計(jì).pdf

1、復(fù)合材料殼體具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕及可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，使其在石油天然氣輸送、船舶、海洋鉆井平臺(tái)、電力傳輸、壓力容器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。復(fù)合材料殼體多采用濕法纏繞成型工藝制造，傳統(tǒng)的纏繞機(jī)分為機(jī)械式和數(shù)控機(jī)床式，存在自由度低，芯模裝卡不便，制品適應(yīng)性及柔性差，且無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀復(fù)合材料殼體自動(dòng)纏繞成型等問題。本文設(shè)計(jì)的基于KUKA機(jī)器人的纖維纏繞工作站具有七個(gè)自由度，具有抓取芯模纏繞和抓取纖維纏繞兩種纏繞模式，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀復(fù)材殼體快速、

2、高效、優(yōu)質(zhì)纏繞成型。
　　為滿足復(fù)材殼體纖維纏繞工藝及制品性能要求，根據(jù)環(huán)向、螺旋和縱向纏繞基本規(guī)律，分析了圓柱體、錐形體以及橢球體復(fù)合材料殼體芯模測(cè)地線纏繞模型和落紗點(diǎn)軌跡，分別基于包絡(luò)纏繞和定長纖維纏繞兩種導(dǎo)絲頭軌跡約束確定出紗點(diǎn)軌跡。基于 MATLAB軟件進(jìn)行纏繞線型及軌跡計(jì)算，并分析了各軸運(yùn)動(dòng)、切點(diǎn)順序和主軸轉(zhuǎn)速等因素對(duì)纏繞軌跡的影響，給出可用于生產(chǎn)的定長自由纖維、主軸恒轉(zhuǎn)速及測(cè)地線纏繞的優(yōu)化出紗點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡。本文設(shè)計(jì)了基于

3、KUKA KR210機(jī)器人的纖維纏繞工作站，采用外部擴(kuò)展軸實(shí)現(xiàn)芯模旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，通過機(jī)器人手抓取芯?；蚶w維兩種方式纏繞實(shí)現(xiàn)復(fù)材殼體快速成型。根據(jù)復(fù)材殼體纏繞需求，設(shè)計(jì)工作站機(jī)械結(jié)構(gòu)，并搭建控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，系統(tǒng)軟件采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)。通過將出紗點(diǎn)軌跡坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人可執(zhí)行代碼，控制機(jī)器人末端按照指定軌跡纏繞。
　　本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人纏繞工作站可適用于濕法/干法纏繞的帶纏繞及纖維纏繞工藝。機(jī)器人載荷：210KG；纏繞行程：2000mm；纏