[發明專利]一種基于雙臂協作的復合材料鋪絲機器人及鋪絲方法

在審

• 申請號: 202211077194.6
• 申請日: 2022-09-05
• 公開（公告）號: CN115476528A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 李淼;劉勝;李祥利;雷自偉
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B29C70/38
• 分類號: B29C70/38
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種基于雙臂協作的復合材料鋪絲機器人及鋪絲方法，機器人包括鋪絲機械臂、輔助機械臂、鋪絲裝置、深度相機和控制裝置；鋪絲裝置和深度相機安裝于鋪絲機械臂的執行末端，輔助機械臂的執行末端安裝芯模；鋪絲時，通過控制裝置控制輔助機械臂按照設計鋪絲路徑在芯模上鋪絲，并且通過深度相機實施監測待鋪絲區域芯模曲率，根據曲率變化實時調整鋪絲裝置姿態，當曲率變化過大時，通過輔助機械臂控制調整芯模姿態，使得鋪絲裝置始終保持最佳鋪絲姿態。本發明通過兩個機械臂分別調整鋪絲裝置和芯模姿態，使得鋪絲裝置的能始終保持在最佳鋪絲角度，大大提高了鋪絲效率和鋪絲質量，對于曲率變化大的工件制備，具有效率和質量上的絕對優勢。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，涉及一種航空材料鋪放機器人，具體涉及一種基于雙臂協作的復合材料鋪絲機器人及鋪絲方法。

背景技術

近年來，機器人在工業、農業和服務業快速發展，同時在航空領域也已得到推廣應用，特別是飛機復合材料鋪放機器人近年來發展迅速。目前，飛機零部件復合材料的鋪放主要以人工鋪放和自動鋪帶技術為主。人工鋪放主要依賴作業人員的操作技術與工作經驗，鋪放質量不能控制、生產周期長且成本高。自動鋪帶技術雖然成型率高，但其應用范圍因帶寬和芯模復雜程度而受到限制。國際上，以美國為首的西方軍事強國中，自動鋪絲技術已成為大、小型復雜復合材料零部件的典型制造工藝技術，是影響航天航空制造效率的“卡脖子”技術。國內研究起步較晚，國產自動鋪絲設備的鋪放效率還無法達到世界先進水平，在機器人鋪絲領域的研究較為薄弱。

國內對于自動鋪絲機器人的研究主要針對的是飛機上大尺寸、小曲率、鋪放面積大的零部件。在小尺寸、大曲率零件的鋪放方面與國外存在較大差距，對于機器人鋪絲機的研究較少，尤其是多機器人協同自動鋪絲技術。

發明內容

鑒于上述現有的復合材料鋪放機器人研究的不足，本發明的目的在于提供一種基于雙臂協作的復合材料鋪絲機器人，其能夠獨立面對不同復雜程度芯模進行鋪放作業。利用鋪絲裝置控制復合材料的纖維絲束數量、長度和軌跡的優點，利用協作機械臂運行平穩、可控性高、動作靈活的優點，本發明所述的雙臂協作的復合材料鋪絲機器人具有材料利用率高、人工成本低、生產效率快、質量可控及適應曲率變化能力強的特點，對航天領域有巨大應用價值。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于雙臂協作的復合材料鋪絲機器人，其特征在于：包括鋪絲機械臂、輔助機械臂、鋪絲裝置、深度相機和控制裝置；

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

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

進一步地，所述鋪絲機械臂和輔助機械臂均為已經標定好工具坐標系和機械臂基坐標系的多軸機械臂，兩個機械臂分別安裝在各自的底座上。

進一步地，所述多軸機械臂優選為六軸機械臂。

進一步地，所述控制裝置包括工控機和顯示器，所述工控機用于接收深度相機監測的點云信息，計算出芯模曲率，然后通過鋪絲機械臂控制鋪絲裝置按照設定路徑鋪絲并調整鋪絲裝置的姿態，通過輔助機械臂控制芯模姿態調整，所述顯示器用于顯示路徑信息。

進一步地，所述鋪絲機械臂、輔助機械臂及深度相機均和工控機建立實時通訊機制，所傳輸信息均帶有時間戳。

進一步地，工控機能夠實時獲取鋪絲機械臂所有關節的關節角信息及鋪絲機械臂末端工具坐標系在鋪絲機械臂基座標系下的位姿信息。

進一步地，所述輔助機械臂的執行末端設有用于固定芯模的芯模夾持裝置，便于芯模拆卸更換。