復(fù)合材料切割機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、綜觀世界復(fù)合材料市場(chǎng)，復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展的新階段，以高性能碳纖維復(fù)合材料為典型代表的先進(jìn)復(fù)合材料作為結(jié)構(gòu)、功能或結(jié)構(gòu)/功能一體化零件材料，在飛機(jī)、導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭和衛(wèi)星飛行器上發(fā)揮著不可替代的作用。
　　 復(fù)合材料在使用過(guò)程中需切割修整加工，但其加工性能差，給切割帶來(lái)困難。復(fù)合材料超聲切割技術(shù)是近十幾年內(nèi)在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)工藝技術(shù)，目的在于更有效和精確地加工越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空航天制造領(lǐng)域的復(fù)合材料，超聲切割具有切口

2、光滑、牢靠，切邊準(zhǔn)確，不會(huì)變形，不翹邊、不抽絲、等優(yōu)點(diǎn)。目前還沒(méi)有在復(fù)合材料的切割過(guò)程中使用機(jī)械手這一裝置，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和加工制造業(yè)的飛速發(fā)展，機(jī)械手被廣泛使用，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的智能化和自動(dòng)化，為了充分發(fā)揮其諸多優(yōu)點(diǎn)，以及解決復(fù)合材料切割困難的問(wèn)題，將工業(yè)機(jī)械手進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，應(yīng)用于復(fù)合材料的切割方面顯得尤為重要。
　　 本文設(shè)計(jì)研究了基于復(fù)合材料切割控制系統(tǒng)，采用主流的PC機(jī)+PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制卡的開(kāi)放式控制方式。PC機(jī)作為上

3、位機(jī)完成系統(tǒng)級(jí)的控制任務(wù)如上下位機(jī)的通訊、狀態(tài)監(jiān)控，人機(jī)界面管理等;PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡作為下位機(jī)主要完成切割過(guò)程實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡控制及相關(guān)邏輯控制功能。在切割過(guò)程中，根據(jù)D-H方法建立坐標(biāo)矩陣，對(duì)切割軌跡上的點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析求解，最終通過(guò)優(yōu)化計(jì)算得出機(jī)械手各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，使用Robotics Toolbox工具箱對(duì)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)及軌跡建模仿真，驗(yàn)證機(jī)械手設(shè)計(jì)合理性，為機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)。控制系統(tǒng)通過(guò)PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡控制各關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)

4、過(guò)相應(yīng)的角度從而使機(jī)械手末端到達(dá)指定的位姿，對(duì)機(jī)械手各關(guān)節(jié)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)檢測(cè)裝置將機(jī)械手的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋給PMAC卡，經(jīng)PMAC計(jì)算后，獲得補(bǔ)償信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)相應(yīng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來(lái)減小誤差，實(shí)現(xiàn)精確切割。
　　 根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，開(kāi)發(fā)出系統(tǒng)的應(yīng)用程序軟件。本系統(tǒng)的應(yīng)用軟件分為人機(jī)交互平臺(tái)和PMAC運(yùn)動(dòng)控制程序兩部分。系統(tǒng)的人機(jī)界面是基于Windows操作平臺(tái)，使用Visual Stdio2008作為程序開(kāi)發(fā)工具