纖維鋪放機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著復(fù)合材料在工業(yè)化生產(chǎn)中的大量使用，為了提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和復(fù)合材料的利用率，復(fù)合材料制品的自動(dòng)化制造技術(shù)也隨之產(chǎn)生。纖維增強(qiáng)塑料作為復(fù)合材料中的一種，具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，加工成形方便，抗腐蝕性能好，抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣泛，目前在工業(yè)化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　 纖維鋪放技術(shù)是一種新型的復(fù)合材料自動(dòng)化制造技術(shù)，它是通過鋪放頭壓輥傳遞一定的正壓力將纖維鋪放在旋轉(zhuǎn)芯模表面上形成復(fù)合材料殼體結(jié)構(gòu)。纖維鋪放技術(shù)特別

2、適合于復(fù)雜曲面復(fù)合材料零件的加工。纖維鋪放機(jī)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸都是在數(shù)控系統(tǒng)控制下協(xié)同運(yùn)動(dòng)的，這樣數(shù)控系統(tǒng)可以控制鋪放機(jī)的鋪放頭到達(dá)空間的任意位置進(jìn)行鋪放。目前，纖維鋪放技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，而國內(nèi)對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的研究還處于起步階段。
　　 近二十年來，機(jī)械手技術(shù)發(fā)展非常迅速，各種用途的機(jī)械手在各個(gè)領(lǐng)域廣泛獲得應(yīng)用。我國在機(jī)械手的研究和應(yīng)用上與發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距，因此，設(shè)計(jì)和研究各種用途的機(jī)械手，并推廣機(jī)械手的

3、應(yīng)用十分重要?？紤]到機(jī)械手的諸多優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于纖維鋪放領(lǐng)域是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。本文結(jié)合項(xiàng)目的要求，設(shè)計(jì)了一種固定在移動(dòng)裝置上以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的五自由度串聯(lián)機(jī)械手臂。首先針對(duì)機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)要求提出了多個(gè)方案，對(duì)其進(jìn)行分析比較，選擇其中最優(yōu)的方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，用D-H方法建立了坐標(biāo)變換矩陣，推算了運(yùn)動(dòng)方程的正、逆解。然后借助坐標(biāo)變換矩陣進(jìn)行工作空間分析，繪制了工作空間的軸剖圖。這些工作為機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制提供了依

4、據(jù)。
　　 本文完成了纖維鋪放機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用Pro/ENGINEER的三維建模功能對(duì)所設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行了三維實(shí)體建模和裝配；利用Pro/ENGINEER中的機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行了鋪放機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，模擬機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況；利用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行了纖維鋪放機(jī)構(gòu)關(guān)鍵零部件的有限元分析，主要是對(duì)纖維鋪放機(jī)中機(jī)械手的大臂和小臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，即對(duì)大臂和小臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，對(duì)大臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，得出分析結(jié)果并進(jìn)行結(jié)果分析