本發(fā)明屬于機器人自動鋪絲，具體涉及一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)有的自動鋪絲領(lǐng)域中，隨著復(fù)合材料應(yīng)用的不斷擴大，特別是在高技術(shù)行業(yè)，對鋪絲技術(shù)的需求日益增加。然而，傳統(tǒng)的自動鋪絲系統(tǒng)面臨著一系列挑戰(zhàn)，如機器人操作的限制性、鋪絲過程中的材料浪費、以及系統(tǒng)整合的復(fù)雜性。當前的鋪絲系統(tǒng)主要依賴于六軸或更多軸的機器人來執(zhí)行任務(wù)，這些系統(tǒng)雖然在一定程度上實現(xiàn)了自動化，但仍存在操作靈活性不足和系統(tǒng)重構(gòu)困難等問題。此外，這些系統(tǒng)往往缺乏有效的鋪絲質(zhì)量監(jiān)控與控制，鋪絲質(zhì)量極大地依賴于機器人的精準控制與操作人員的經(jīng)驗。

2、針對這些問題，本文提出的一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)及其控制方法，利用先進的六軸工業(yè)機器人與末端執(zhí)行系統(tǒng)的高度集成，實現(xiàn)了更高效率和精度的自動鋪絲。此系統(tǒng)通過總控單元整合了機器人運動控制與末端鋪絲執(zhí)行動作，顯著提升了系統(tǒng)的操作靈活性和自動化程度。末端執(zhí)行系統(tǒng)配備了剪切、夾緊、重送、加熱、滾壓等裝置，結(jié)合實時張力控制與溫度自適應(yīng)控制，大幅優(yōu)化了鋪絲過程的穩(wěn)定性和纖維材料的利用率，從而在保障鋪絲質(zhì)量的同時，降低了材料成本。此外，系統(tǒng)的安全輔助裝置還為操作人員提供了強有力的安全保障。這種創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計不僅適應(yīng)了復(fù)雜形狀的鋪絲需求，也為復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造提供了可靠的技術(shù)支持。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)及其控制方法，本發(fā)明通過六軸工業(yè)機器人和高度自動化的末端執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)了精確控制鋪絲動作，提高了操作效率和鋪絲質(zhì)量。同時，通過實時監(jiān)控和自適應(yīng)控制技術(shù)，確保了鋪絲過程的穩(wěn)定性和材料的最優(yōu)使用，從而解決了生產(chǎn)效率低下和高材料成本的問題。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)，包括六軸工業(yè)機器人、設(shè)置在六軸工業(yè)機器人上的末端執(zhí)行組件和總控單元，所述總控單元與六軸工業(yè)機器人和末端執(zhí)行組件相連，所述六軸工業(yè)機器人根據(jù)總控單元的指令運行鋪放軌跡并耦合送紗電機執(zhí)行送紗指令；所述末端執(zhí)行組件用于自動鋪放執(zhí)行動作；所述總控單元用于控制六軸工業(yè)機器人和末端執(zhí)行組件，并監(jiān)控六軸工業(yè)機器人和末端執(zhí)行組件的運行過程。

4、優(yōu)選的，所述末端執(zhí)行組件包括鋪絲頭基座，所述鋪絲頭基座上設(shè)置有張力控制裝置、夾緊裝置、重送裝置、剪切裝置、滾壓裝置和加熱裝置；所述張力控制裝置用于監(jiān)測和調(diào)整纖維張力；所述夾緊裝置用于在剪切前固定纖維束；所述重送裝置用于在剪切后重新送纖維束到工件表面；所述剪切裝置用于調(diào)整纖維束寬度；所述滾壓裝置用于將纖維束緊貼在工件表面；所述加熱裝置用于控制纖維束的黏度。

5、優(yōu)選的，所述總控單元包括裝有總控軟件的計算機和plc控制柜，所述總控軟件用于短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)的控制和過程監(jiān)控，所述plc控制柜包括plc控制器和io模塊，用于接收上位機指令并控制六軸工業(yè)機器人和末端執(zhí)行組件的動作。

6、優(yōu)選的，還包括安全輔助裝置，所述安全輔助裝置包括監(jiān)控組件和安全圍欄。

7、優(yōu)選的，所述監(jiān)控組件包括系統(tǒng)運行監(jiān)控模塊、鋪放過程監(jiān)控模塊和環(huán)境溫度監(jiān)控模塊，所述系統(tǒng)運行監(jiān)控模塊包括5個網(wǎng)絡(luò)球形攝像機，分布于安全圍欄四周，操作人員在操作間的監(jiān)控界面觀察系統(tǒng)運行情況；所述鋪放過程監(jiān)控模塊包括1個單目相機，用于實時采集鋪放表面圖像并上傳至總控單元；所述鋪放溫度監(jiān)控模塊包括1個紅外測溫儀，用于實時監(jiān)測鋪絲表面當前鋪放區(qū)域的溫度并實時上傳至總控單元。

8、一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

9、步驟一、系統(tǒng)自檢；

10、步驟二、鋪放準備；

11、步驟三、軌跡加載；

12、步驟四、通過擬合出鋪放溫度和鋪放速度之間的關(guān)系，并在總控單元中編程實現(xiàn)，來根據(jù)鋪放過程中的鋪放速度自適應(yīng)控制鋪放溫度；

13、步驟五、通過控制電磁式張力控制器的電流來控制張力；

14、步驟六、配置數(shù)據(jù)庫，建立數(shù)據(jù)表，用于記錄存儲系統(tǒng)運行過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)；

15、步驟七、由人工將鋪放完成的預(yù)制件從模具上脫模，進行后續(xù)工序。

16、優(yōu)選的，所述步驟一中，系統(tǒng)自檢包括以下步驟：

17、步驟11、通訊狀態(tài)自檢：將總控單元和六軸工業(yè)機器人的ip地址設(shè)置為同一網(wǎng)段，讀取總控單元和六軸工業(yè)機器人之間的通訊狀態(tài)；

18、步驟12、通訊狀態(tài)若正常，運行自檢程序，自檢程序是一段簡單的鋪放軌跡程序，其僅包含末端執(zhí)行組件動作，不包含六軸工業(yè)機器人本體動作；

19、步驟13、執(zhí)行完成后將結(jié)果反饋至總控單元。

20、優(yōu)選的，所述步驟二中，鋪放準備：工作前，由工人將鋪絲模具安裝至指定位置的指定工裝處。

21、優(yōu)選的，所述步驟三中，軌跡加載，包括以下步驟：

22、步驟31、離線編制軌跡文件，所述軌跡文件包括定義六軸工業(yè)機器人的運動路徑、操作速度和待處理工件的空間坐標；

23、步驟32、通過網(wǎng)絡(luò)、usb設(shè)備或其他數(shù)據(jù)傳輸方式將軌跡文件傳輸?shù)搅S工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中；

24、步驟33、在六軸工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中的操作界面上，選擇“導(dǎo)入軌跡文件”功能，瀏覽并選擇傳輸?shù)搅S工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的軌跡文件。

25、優(yōu)選的，所述步驟四中包括以下步驟：

26、步驟41、六軸工業(yè)機器人的鋪放速度通過總控單元實時讀取，末端執(zhí)行組件安裝有非接觸式溫度傳感器用于測量實時鋪絲溫度，采集不同鋪放速度 v下的最佳鋪放溫度 t數(shù)據(jù)點，設(shè)收集到的一組數(shù)據(jù)點為，其中；

27、步驟42、選擇線性模型作為鋪放溫度和鋪放速度關(guān)系的擬合模型，其中和 b為待求參數(shù)；

28、步驟43、采用最小二乘法求解出參數(shù)和 b；

29、步驟44、繼續(xù)采集20組鋪放速度v下的最佳鋪放溫度t，代入模型中驗證模型的準確性；

30、步驟45、在總控單元中定義溫度和速度變量，實時獲取溫度和速度值，用st語言或者梯形圖編輯鋪放溫度和鋪放速度公式。

31、優(yōu)選的，所述步驟43中，參數(shù)求解：

32、；

33、；

34、其中，、 b為待求參數(shù)；n為采集到的數(shù)據(jù)點的數(shù)量； v為鋪放速度； t為鋪放溫度。

35、優(yōu)選的，所述步驟五中，包括以下步驟：

36、步驟51、彈性元件符合胡克定律，張力與彈性元件壓縮量的關(guān)系為f=k*x，其中f為絲束的張力，k為彈性系數(shù)，x為彈性元件的壓縮量；

37、步驟52、經(jīng)過前期實驗測得目標張力為，根據(jù)步驟51中的關(guān)系，計算目標壓縮量，其中 k為彈性系數(shù)；

38、步驟53、通過控制電磁式張力控制器的電流來控制張力：電磁式張力控制器是通過主動抵消張力的方式來減小絲束張力，當增大電流時，抵消力會增大，反之減小；當前壓縮量 x與目標壓縮量的差值，設(shè)置閾值為，當時，通過增大或減小電磁式張力控制器的電流來控制張力，使其在目標范圍內(nèi)；

39、步驟54、在總控單元中定義壓縮量和電流變量，實時獲取壓縮量值和電流值，用st語言或者梯形圖編輯以上公式。

40、本技術(shù)方案的有益效果如下：

41、一、本發(fā)明提供的一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)，采用了先進的六軸工業(yè)機器人和綜合的末端執(zhí)行裝置，通過高度集成的總控單元，有效提升了自動鋪絲的精確度和操作靈活性。系統(tǒng)具備剪切、夾緊、重送、加熱、滾壓和張力控制等多功能執(zhí)行機構(gòu)，配合精確的溫度和張力自適應(yīng)控制技術(shù)，實現(xiàn)了對鋪絲過程中纖維張力和溫度的精確管理，極大地優(yōu)化了材料的使用效率和降低了浪費。此外，本發(fā)明還引入了實時數(shù)據(jù)監(jiān)控和反饋機制，保證了生產(chǎn)過程中鋪絲質(zhì)量的一致性和重復(fù)性，顯著提升了復(fù)材件生產(chǎn)的自動化水平和生產(chǎn)效率，有效滿足了高技術(shù)行業(yè)對復(fù)合材料產(chǎn)品精確性和可靠性的嚴苛要求。

42、二、本發(fā)明提供的一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)，末端執(zhí)行組件集成了剪切、夾緊、重送、加熱、滾壓等功能，這使得末端執(zhí)行組件能夠處理各種不同復(fù)雜程度的鋪絲任務(wù)，提高了設(shè)備的適用范圍和靈活性。

43、三、本發(fā)明提供的一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)，引入了先進的監(jiān)控組件，可以實時監(jiān)測和記錄鋪絲過程中的關(guān)鍵參數(shù)，如環(huán)境溫度、機器狀態(tài)、材料張力等。這些數(shù)據(jù)的實時反饋能夠幫助操作者及時調(diào)整生產(chǎn)過程，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

44、四、本發(fā)明提供的一種短傳紗自動鋪絲系統(tǒng)的控制方法，通過引入自適應(yīng)鋪放溫度控制和張力控制技術(shù)，系統(tǒng)能夠根據(jù)實時工作條件自動調(diào)整鋪放參數(shù)。這不僅保證了鋪放過程的精度，還優(yōu)化了材料的利用效率，降低了生產(chǎn)成本。