阅读说明：本技术 基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统 (Multi-axis fiber winding system based on intelligent robot ) 是由 祝龙云 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统,包括六轴机器人、丝嘴、纱架、拓展轴、控制系统和上位机,所述的上位机内封装有模块化软件,所述的模块化软件包括工艺设计模块、仿真模块和CAM模块,所述的控制系统由运动控制模块、张力控制模块、质量控制模块和传动及伺服驱动模块组成；本发明中采用智能机器人作为纤维缠绕的主体,通过上位机实现人机交互、PLC管理、图形显示和运动仿真,通过控制系统实现对电机的位置与速度的实时控制、插补运算、曲线轨迹计算等工作,具有较强的运动控制功能和灵活的多轴运动控制效果；模块化的设计使得控制系统和上位机都具有较强的开放性和拓展性,便于升级更新和自主设计。(The invention discloses a multi-axis fiber winding system based on an intelligent robot, which comprises a six-axis robot, a yarn nozzle, a creel, an expansion shaft, a control system and an upper computer, wherein modular software is packaged in the upper computer, the modular software comprises a process design module, a simulation module and a CAM module, and the control system consists of a motion control module, a tension control module, a quality control module and a transmission and servo driving module; the intelligent robot is used as a main body for winding fibers, man-machine interaction, PLC (programmable logic controller) management, graphic display and motion simulation are realized through an upper computer, the real-time control of the position and the speed of a motor, interpolation operation, curve track calculation and other work are realized through a control system, and the intelligent robot has a strong motion control function and a flexible multi-axis motion control effect; due to the modularized design, the control system and the upper computer have strong openness and expansibility, and are convenient to upgrade, update and design autonomously.)

基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统

技术领域

本发明具体涉及一种基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统。

背景技术

纤维增强复合材料有着重量轻、抗疲劳、耐腐蚀、有高的比强度与比模量、各向异性和可设计性及易于大面积整体成型等一系列优异的技术性能。目前，纤维增强复合材料正向着结构复杂化、异型化的方向发展，对限位缠绕符合材料的工艺装备技术性能提出了更高的要求，但是目前国内的数控纤维缠绕机受到技术和设备生产能力的约束，设备的技术水平仅局限在四轴联动领域，且由于设备设计性能较差、自动化程度低，无法保证高性能与复杂结构纤维缠绕复合材料制品的质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统，包括六轴机器人、丝嘴、纱架、拓展轴、PLC、控制系统和上位机，所述的上位机内封装有模块化软件，所述的模块化软件包括工艺设计模块、仿真模块和CAM模块，所述的工艺设计模块由几何模型建立软件和缠绕线型设计软件构成，所述的仿真模块由缠绕线型仿真软件和丝嘴位姿仿真软件构成，所述的CAM模块由缠绕路径规划软件、缠绕速度规划软件和执行文件生成软件构成；

所述的控制系统由运动控制模块、张力控制模块、质量控制模块和传动及伺服驱动模块组成；所述的运动控制系统接收上位机生成的执行文件中的控制指令，将位置和速度结合，完成实时控制、插补运算、曲线轨迹计算工作，并向伺服控制器发出运动指令；所述的张力控制系统由张力输入装置、张力电机伺服控制器组成，通过PLC对张力输入装置输入的预张力和实际张力运算并将运算结果发送给伺服控制器完成张力控制；所述的质量控制系统采集各纱团张力及缠绕总张力发送至上位机，采集缠绕过程中的环境温度、湿度和胶槽的工作温度；所述的传动及素服驱动模块接收伺服控制器的指令并驱动各自的伺服电机协同控制器完成各坐标轴的联动动作。

为了更好地保障机器人的缠绕效率与精度，优选地，所述质量控制系统采集的各纱团及缠绕总张力发送至上位机，并通过上位机的工艺设计模块生成对应的工艺曲线。

优选地，所述的路径规划软件的路径规划方法包括如下步骤：

S1：根据离散落纱点轨迹、缠绕过程中悬纱长度约束来求出纱点；

S2：通过计算相邻的纱点位置，得到机器人基坐标下离散缠绕路径；

S3：根据精度要求，通过判断相邻两路径点之间的距离与阈值，选择性地对路径点进行插补规划，并进行直线插补、NURBS曲线插补处理；

S4：将所有基坐标的路径点转换为由每个轴的转角组成的关节坐标。

优选地，所述的上位机内设有多CPU进行多任务处理。采用多CPU进行多任务处理可以防止机器人失控。

有益效果：本发明中采用智能机器人作为纤维缠绕的主体，通过上位机实现人机交互、PLC管理、图形显示和运动仿真，通过控制系统实现对电机的位置与速度的实时控制、插补运算、曲线轨迹计算等工作，具有较强的运动控制功能和灵活的多轴运动控制效果；模块化的设计使得控制系统和上位机都具有较强的开放性和拓展性，便于升级更新和自主设计；有着纤维缠绕的精度高、适应性及自由度高、通用性强的优点。

附图说明

图1是一种基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统的结构示意图；

图2是上位机的模块分类示意图；

图3是控制系统的模块分类示意图；

图中：1、六轴机器人，2、丝嘴，3、纱架，4、拓展轴。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1-3所示，一种基于智能机器人的多轴纤维缠绕系统，包括六轴机器人1、丝嘴2、纱架3、拓展轴4、PLC、控制系统和上位机，所述的上位机内封装有模块化软件，所述的模块化软件包括工艺设计模块、仿真模块和CAM模块，所述的工艺设计模块由几何模型建立软件和缠绕线型设计软件构成，所述的仿真模块由缠绕线型仿真软件和丝嘴位姿仿真软件构成，所述的CAM模块由缠绕路径规划软件、缠绕速度规划软件和执行文件生成软件构成；

所述的控制系统由运动控制模块、张力控制模块、质量控制模块和传动及伺服驱动模块组成；所述的运动控制系统接收上位机生成的执行文件中的控制指令，将位置和速度结合，完成实时控制、插补运算、曲线轨迹计算工作，并向伺服控制器发出运动指令；所述的张力控制系统由张力输入装置、张力电机伺服控制器组成，通过PLC对张力输入装置输入的预张力和实际张力运算并将运算结果发送给伺服控制器完成张力控制；所述的质量控制系统采集各纱团张力及缠绕总张力发送至上位机，采集缠绕过程中的环境温度、湿度和胶槽的工作温度；所述的传动及素服驱动模块接收伺服控制器的指令并驱动各自的伺服电机协同控制器完成各坐标轴的联动动作。

为了更好地保障机器人的缠绕效率与精度，优选地，所述质量控制系统采集的各纱团及缠绕总张力发送至上位机，并通过上位机的工艺设计模块生成对应的工艺曲线。

优选地，所述的路径规划软件的路径规划方法包括如下步骤：

S1：根据离散落纱点轨迹、缠绕过程中悬纱长度约束来求出纱点；

S2：通过计算相邻的纱点位置，得到机器人基坐标下离散缠绕路径；

S3：根据精度要求，通过判断相邻两路径点之间的距离与阈值，选择性地对路径点进行插补规划，并进行直线插补、NURBS曲线插补处理；

S4：将所有基坐标的路径点转换为由每个轴的转角组成的关节坐标。

优选地，所述的上位机内设有多CPU进行多任务处理。采用多CPU进行多任务处理可以防止机器人失控。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。