[發(fā)明專利]一種基于雙臂協(xié)作的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人及鋪絲方法

在審

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• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115476528A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李淼;劉勝;李祥利;雷自偉
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

1.一種基于雙臂協(xié)作的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：包括鋪絲機(jī)械臂、輔助機(jī)械臂、鋪絲裝置、深度相機(jī)和控制裝置；

所述鋪絲裝置和深度相機(jī)安裝于鋪絲機(jī)械臂的執(zhí)行末端，且所述深度相機(jī)相對安裝在鋪絲裝置鋪絲路徑的前側(cè)，所述輔助機(jī)械臂的執(zhí)行末端安裝用于鋪絲的芯模；所述輔助機(jī)械臂和鋪絲機(jī)械臂相對設(shè)置，使得鋪絲機(jī)械臂能攜帶鋪絲裝置在芯模上移動進(jìn)行鋪絲；

所述控制裝置用于接收深度相機(jī)監(jiān)測到鋪絲路徑上的曲率信息，通過曲率信息控制鋪絲機(jī)械臂和輔助機(jī)械臂分別調(diào)整鋪絲裝置和芯模的姿態(tài)，使得鋪絲裝置相對于芯模保持最佳鋪絲姿態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：所述鋪絲機(jī)械臂和輔助機(jī)械臂均為已經(jīng)標(biāo)定好工具坐標(biāo)系和機(jī)械臂基坐標(biāo)系的多軸機(jī)械臂。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：所述鋪絲機(jī)械臂、輔助機(jī)械臂及深度相機(jī)均和控制裝置建立實時通訊機(jī)制，所傳輸信息均帶有時間戳。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：所述鋪絲機(jī)械臂和輔助機(jī)械臂的執(zhí)行末端均設(shè)有用于校正位姿的姿態(tài)傳感器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：所述鋪絲裝置包括鋪絲頭、設(shè)于鋪絲頭內(nèi)沿送絲路徑依次布置的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)、張力檢測傳感器、剪切機(jī)構(gòu)以及設(shè)于鋪絲頭外部出絲口處的壓緊輪；所述壓緊輪的鋪絲方向前側(cè)設(shè)于非接觸式的加熱裝置，壓緊輪后側(cè)設(shè)于用于檢測鋪絲質(zhì)量的缺陷檢測裝置；待鋪絲依次通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、送絲機(jī)構(gòu)、張力檢測傳感器、剪切機(jī)構(gòu)后，在送絲機(jī)構(gòu)的送絲力作用下從鋪絲頭的出絲口送出，同時通過壓緊輪壓緊在芯模上，壓緊同時通過加熱裝置對壓緊處絲加熱，完成鋪絲動作，鋪絲后通過缺陷檢測裝置檢測鋪絲是否具有缺陷。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：所述控制裝置包括工控機(jī)和顯示器，所述工控機(jī)用于接收深度相機(jī)監(jiān)測的點云信息，計算出芯模曲率，然后通過鋪絲機(jī)械臂控制鋪絲裝置按照設(shè)定路徑鋪絲并調(diào)整鋪絲裝置的姿態(tài)，通過輔助機(jī)械臂控制芯模姿態(tài)調(diào)整，所述顯示器用于顯示路徑信息。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于：所述鋪絲裝置通過三維姿態(tài)調(diào)整裝置安裝在鋪絲機(jī)械臂的執(zhí)行末端，所述芯模通過三維姿態(tài)調(diào)整裝置安裝在輔助機(jī)械臂的執(zhí)行末端。

8.一種基于雙臂協(xié)作的復(fù)合材料鋪絲方法，采用權(quán)利要求1-7任意一項所述的復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、搭建復(fù)合材料鋪絲機(jī)器人，將芯模安裝在輔助機(jī)械臂的執(zhí)行末端，在鋪絲裝置內(nèi)裝入待鋪絲材；

步驟2、坐標(biāo)系校正，建立世界坐標(biāo)系，將鋪絲機(jī)械臂和輔助機(jī)械臂的末端工具坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系進(jìn)針轉(zhuǎn)換標(biāo)定，以實現(xiàn)鋪絲機(jī)械臂和輔助機(jī)械臂的執(zhí)行末端姿態(tài)在世界坐標(biāo)系下實時跟蹤顯示；

步驟3、開啟鋪絲裝置，利用鋪絲機(jī)械臂攜帶鋪絲裝置按照設(shè)定路徑進(jìn)行鋪絲；

步驟4、在鋪絲過程中通過深度相機(jī)實時監(jiān)測路徑上芯模曲率變化，控制裝置根據(jù)曲率變化通過調(diào)整鋪絲裝置姿態(tài)保證鋪絲裝置對所送絲材的壓緊方向處于該處芯模的法線方向，直至鋪絲結(jié)束。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料鋪絲方法，其特征在于，步驟4中，控制裝置通過鋪絲機(jī)械臂調(diào)整鋪絲裝置按照鋪絲路徑行走，并且根據(jù)芯模曲率變化調(diào)整鋪絲裝置的姿態(tài)，當(dāng)芯模曲率變化大于閾值時，通過輔助機(jī)械臂調(diào)整芯模姿態(tài)，保持鋪絲裝置姿態(tài)保證送絲方向處于該處芯模的法線方向。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料鋪絲方法，其特征在于，步驟4中，控制裝置在通過鋪絲機(jī)械臂調(diào)整鋪絲裝置的姿態(tài)同時，實時通過輔助機(jī)械臂調(diào)整芯模姿態(tài)，使得深度相機(jī)監(jiān)測到鋪絲路徑曲率變化處于允許閾值內(nèi)。