緊功能。如圖7a、圖 8所示，該模塊的主要零部件包括：絲束102,用于夾緊絲束102的夾緊裝置29,用于絲束 102輸送的重送裝置27,帶有切刀的剪切裝置26,用于提供動(dòng)力的氣缸3,帶有送壓縮風(fēng)和 冷卻風(fēng)的風(fēng)道的絲束導(dǎo)向塊30。其功能實(shí)現(xiàn)原理為：當(dāng)絲束需要剪切時(shí)，夾緊氣缸33伸出， 通過末端的滾輪將絲束壓緊在絲束導(dǎo)向塊30,同時(shí)剪切氣缸35帶動(dòng)剪切刀26做剪切運(yùn)動(dòng)， 剪切刀26與圖8中的矩形絲束導(dǎo)向塊30形成切割副，切斷絲束；當(dāng)需要絲束重送時(shí)，重送 氣缸34伸出，將絲束壓緊到重送軸上，同時(shí)夾緊氣缸33和剪切氣缸35縮回，重送軸40轉(zhuǎn) 動(dòng)，將絲束重送到壓漉101處，W待重新鋪放；夾緊實(shí)現(xiàn)為，當(dāng)一根絲束不需要使用時(shí)，或者 該絲束重新輸送結(jié)束時(shí)，相應(yīng)的夾緊氣缸33伸出，通過氣缸末端的滾輪將絲束壓緊到絲束 導(dǎo)向塊30上，達(dá)到固定絲束的目的。
[0042] 在本實(shí)用新型中，驅(qū)動(dòng)模塊G用于給重送軸40提供動(dòng)力，如圖化所示，該模塊的 主要零部件包括：直流伺服電機(jī)25,用于連接重送軸40和電機(jī)25的聯(lián)軸器28,連接在重送 軸40上的齒輪55。該模塊使用直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過行星齒輪減速器減速后為重送軸 40提供轉(zhuǎn)矩，減速器軸與重送軸40通過聯(lián)軸器連接在一起，電機(jī)固定在剪切、夾緊、絲束重 新輸送模塊E的側(cè)板圖中隱藏了上。具有結(jié)構(gòu)簡答，控制方便的特點(diǎn)。
[0043] 在本實(shí)用新型中，壓漉101和加熱器F，如圖7c所示，該模塊的主要零部件包括： 壓漉101的中屯、為一根剛性軸，外面套有一層彈性材料，采用紅外線加熱器。壓漉101的主 要作用是，通過6軸機(jī)器人的帶動(dòng)，將絲束壓緊到工件模具的表面，并保持一定的壓力，然 后通過機(jī)器人的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)鋪層運(yùn)動(dòng)。壓漉最外層是柔性材料，有一定的變形能力，目的是 適應(yīng)工件模具表面微小的曲率變化，是絲束更好的貼合工件模具的表面，提高鋪層質(zhì)量。加 熱器F用于加熱已鋪過的絲束，提高后續(xù)鋪層的質(zhì)量，也是為了滿足鋪層工藝的要求。
[0044] 在本實(shí)用新型中，正常鋪放過程開始之前，需要安裝絲卷，并且手工將絲束從絲卷 2引導(dǎo)到壓漉101處。因?yàn)槁懵兜慕z道設(shè)計(jì)和簡單的結(jié)構(gòu)，運(yùn)一過程十分簡單。具體的過程 為：由圖2所示，8根絲束從絲卷2處開始，從下方或上方繞過收襯紙模塊D并將襯紙從絲 束上分離后固定到收襯紙?zhí)淄?上；然后繞過張力檢測模塊B并繼續(xù)到絲束轉(zhuǎn)向模塊A，見 圖化，經(jīng)過絲束轉(zhuǎn)向模塊A的導(dǎo)向輪20,絲束集成為上下兩排；然后送往剪切、夾緊、絲束重 新輸送模塊E，該模塊的絲道如圖8所示，然后將絲束沿絲道引導(dǎo)至壓漉101處，完成絲束的 引導(dǎo)過程，引導(dǎo)完成后的絲束如圖7a中的102所示。
[0045] 在本實(shí)用新型中，絲束引導(dǎo)完成后在壓漉處匯集為連續(xù)的一排，其結(jié)構(gòu)上的實(shí)現(xiàn) 原理為：如圖7d所示，上下兩排絲道交錯(cuò)排列，在壓漉處匯集為連續(xù)的一排。
[0046] 在本實(shí)用新型中，絲束的運(yùn)動(dòng)有正常鋪放過程、單根絲束剪切過程W及單根絲束 重送過程。各個(gè)運(yùn)動(dòng)的具體實(shí)現(xiàn)為，絲束的正常鋪放過程為：鋪絲頭在6軸機(jī)器人的帶動(dòng) 下，具有沿坐標(biāo)系移動(dòng)和繞坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)6個(gè)自由度，鋪絲頭的末端壓漉101貼合在工件模具 表面，并保持一定的壓力，然后按照預(yù)先規(guī)劃的路徑將絲束鋪設(shè)到工件模具表面；為滿足鋪 放過程的工藝要求，需要控制器控制絲束中的張力在合適的范圍，并且控制加熱器的加熱 溫度。絲束的剪切功能實(shí)現(xiàn)過程為：因?yàn)殇亴咏Y(jié)構(gòu)的需求，需要把單根或多根絲束剪斷，如 圖7曰所示，剪切過程開始時(shí)，夾緊氣缸33伸出，夾緊滾輪將絲束壓緊在絲束導(dǎo)向塊30上， 完成剪切時(shí)的準(zhǔn)備工作；然后剪切氣缸35伸出，帶動(dòng)剪切刀26做剪切運(yùn)動(dòng)，剪切刀26與絲 束導(dǎo)向塊30上的凹槽形成切割副，切斷絲束；剪切氣缸35縮回，完成絲束的剪切過程。絲 束重新輸送功能實(shí)現(xiàn)過程為：如圖7c所示，重送過程開始時(shí)，夾緊氣缸33處于伸出狀態(tài)，然 后重送氣缸34伸出，通過氣缸末端的滾輪將絲束壓緊在重送軸40上，同時(shí)夾緊氣缸33縮 回，絲束在重送軸40的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下重新輸送要壓漉101處；然后夾緊氣缸33伸出，將絲束 重新壓緊在絲束導(dǎo)向塊30上，重送氣缸34縮回，完成絲束的重新輸送過程。
[0047] 在調(diào)節(jié)張力時(shí)，包括張力檢測部分和張力調(diào)節(jié)部分，其中， 柳48] 步驟一：張力檢測通過位置傳感器51實(shí)時(shí)檢測張力檢測軸18的位置，張力檢測控 制器W較高的采樣速度獲取運(yùn)個(gè)位置信息xO,將位置信息與時(shí)間信息的結(jié)合求解出張力檢 巧卿18的速度、加速度信息a;
[0049] 定義張力檢測軸18及包括它的可移動(dòng)質(zhì)量塊質(zhì)量為m，彈黃的彈性系數(shù)為k丙下 一彈黃初始位置無彈性，絲束在張力檢測軸18上的包角b，求絲束中的張力T巧U;
[0050] W張力檢測軸18為研究對(duì)象，得到：
[0051] 2 ?T測?cosb=m?a+k?x〇
[0053] 角b會(huì)隨著收襯紙軸上襯紙?jiān)絹碓蕉喽冃?，而且它還收絲束在張力檢測軸上的 位置影響，所W需要在建立控制器中對(duì)角b進(jìn)行修正，W減少絲束中張力檢測誤差；
[0054] 步驟二：張力調(diào)節(jié)部分具體的控制過程為：安裝一個(gè)PID控制器，W絲束張力T測 與T設(shè)的偏差為控制器的輸入量，且定義因工藝要求設(shè)定絲束中張力為T設(shè)且鋪絲機(jī)正常 工作時(shí)為勻速，穩(wěn)態(tài)時(shí)絲束的驅(qū)動(dòng)力矩為T驅(qū)，并且T驅(qū)〉T設(shè)，摩擦力矩T阻因系統(tǒng)的摩 擦阻力很小忽略不計(jì)，則磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)力矩T制動(dòng)為：
[0055] T制動(dòng)=T驅(qū)-T測 陽056] T巧Ij=T設(shè)
[0057] 可得，T制動(dòng)=T驅(qū)-T設(shè)
[0058] 而絲束鋪放過程因阻力變化、鋪放的開始和結(jié)束等會(huì)造成絲束的速度波動(dòng)，因而 絲卷等轉(zhuǎn)動(dòng)部分存在角加速度，此時(shí)，假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為M，角加速度為a，貝。 陽059]T驅(qū)-T測J-T審Ij云力=M曰 W60] 由上式可見，為調(diào)節(jié)使T測=T設(shè)，在T驅(qū)不變的情況下，需調(diào)節(jié)T制動(dòng)的大小，由 于角加速度a會(huì)因T制動(dòng)的改變而變化，則張力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性很差，則一個(gè)PID控 制器，W絲束張力T測與T設(shè)的偏差為控制器的輸入量，調(diào)節(jié)T制動(dòng)的大小，使T測=T設(shè)； 要求改控制器響應(yīng)快，不震蕩，穩(wěn)態(tài)誤差小；而控制器穩(wěn)態(tài)輸出由T制動(dòng)=T驅(qū)-T設(shè)決定， 為該控制器的靜態(tài)基礎(chǔ)；磁粉制動(dòng)器的控制原理為通過改變電流來改變制動(dòng)力矩T制動(dòng) 的大小，所W是控制器通過調(diào)節(jié)通入磁粉制動(dòng)器電流大小來調(diào)節(jié)T制動(dòng)的大小。
[0061] 本文所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型精神作舉例說明。本實(shí)用新型所述 技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可W對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的 方式替代，但并不會(huì)偏離本實(shí)用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于復(fù)合材料自動(dòng)鋪放的模塊化鋪絲頭，其特征在于，包括圓盤狀背板（100)， 以及設(shè)置在圓盤狀背板（100)上的： 周向均勻設(shè)置在圓盤狀背板（100)上的至少八個(gè)絲卷安裝模塊（C):包括用于調(diào)節(jié)絲 束張力的磁粉制動(dòng)器（1)，用于安裝軸承的軸承座（4)，用于軸承外圈定位的軸承端蓋（9)， 角接觸球軸承（5)，將軸承端蓋（9)和磁粉制動(dòng)器（1)連接在一起的墊環(huán)（13)，絲卷（2)，用 于安裝絲卷（2)的中間軸（6)，將磁粉制動(dòng)器（1)的扭矩傳遞給中間軸（6)的聯(lián)軸器（28)， 用于絲卷⑵定位的擋圈（10)，固定絲卷的螺母（11); 與絲卷安裝模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)的收襯紙模塊（D):包括用于收襯紙的套筒（8)，角接觸球軸 承（5)，軸承座（4)和軸承端蓋（3)，用于套套筒的軸（12)，固定套筒（8)用的螺母（7); 與絲卷安裝模塊數(shù)量對(duì)應(yīng)的張力檢測模塊（B):能夠自由地上下運(yùn)動(dòng)，包括固定整個(gè) 模塊用的基板（19)，滑軌（17)，在滑軌（17)上運(yùn)動(dòng)的滑塊（14)，固定在滑塊（14)上的連 接塊（16)，固定在連接塊（16)上且與滑塊（14)垂直的用于絲束導(dǎo)向的張力檢測軸（18)， 彈簧（50)，檢測張力檢測軸（18)位置的位置傳感器（51);所述彈簧（50) -端固定在基板 (19)上，另一端固定在滑塊（14)上； 一絲束轉(zhuǎn)向模塊（A):用于將沿圓盤狀背板走向的8束絲的方向改變?yōu)榇怪庇趫A盤狀 背板的方向，并且分為兩排，包括導(dǎo)向輪連接架，用于與圓盤狀背板（100)連接的連接板 (22) ，若干導(dǎo)向輪（20)，用于固定導(dǎo)向輪（20)的對(duì)稱的連接架（21)，固定連接架的螺栓 (23) ;所述導(dǎo)向輪（20)為上下兩排且上下兩排交錯(cuò)設(shè)置； 剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊（E):包括氣缸，用于夾緊絲束（102)的上下兩排夾緊 裝置（29)，用于絲束（102)輸送的上下兩排重送裝置（27)，帶有切刀的上下兩排剪切裝 置（26)，用于提供動(dòng)力的氣缸（33、34、35)，帶有送壓縮風(fēng)和冷卻風(fēng)的風(fēng)道的絲束導(dǎo)向塊 (30)； 加熱器（F):用于加熱絲束（102); 驅(qū)動(dòng)模塊（G):用于驅(qū)動(dòng)剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊（E); 以及一個(gè)設(shè)置在加熱器（F)下方的壓輥（101)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)合材料自動(dòng)鋪放的模塊化鋪絲頭，其特征在于， 所述剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊（E)采用三個(gè)氣缸（33、34、35)分別驅(qū)動(dòng)夾緊裝置（29)、 重送裝置（27)以及剪切裝置（26)運(yùn)動(dòng)； 所述夾緊裝置（29)包括與氣缸輸出軸配接的連接架以及通過銷軸與連接架連接的滾 輪； 所述剪切裝置（26)包括與氣缸輸出軸配接的連接架以及與連接架固定的切刀； 所述重送裝置（27)包括與氣缸輸出軸配接的連接架以及通過銷軸與連接架連接的滾 輪，以及設(shè)置在滾輪下方的上下兩根重送軸（40)，所述重送軸（40) -端均固定一個(gè)齒輪 (55)且兩個(gè)齒輪（55)相互嗤合；直流伺服電機(jī)（25)的電機(jī)軸通過聯(lián)軸器（28)與其中一 個(gè)齒輪（55)配接從而能夠帶動(dòng)兩個(gè)重送軸（40)轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于復(fù)合材料自動(dòng)鋪放的模塊化鋪絲頭，基于6軸機(jī)器人平臺(tái)設(shè)計(jì)，用于鋪設(shè)復(fù)合材料構(gòu)件。其主要特征是，鋪絲頭基于完全模塊化設(shè)計(jì)，包括絲卷安裝模塊(C)、收襯紙模塊(D)、張力檢測模塊(B)、絲束轉(zhuǎn)向模塊(A)、剪切、夾緊、絲束重新輸送模塊(E)，加熱器(F)，壓輥等；具有同時(shí)鋪設(shè)8束復(fù)合材料預(yù)浸絲的能力，每根絲束單獨(dú)控制，可以獨(dú)立的進(jìn)行絲束的剪切和剪切后的重新輸送；基于快速更換的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可方便的進(jìn)行鋪絲頭的安裝、拆卸，絲束的安裝、更換；基于裸露的絲道設(shè)計(jì)，可以方便的進(jìn)行鋪絲頭的清潔；使用的復(fù)合材料預(yù)浸絲束的寬度為3.17mm、6.35mm和12.7mm寬3種。
【IPC分類】B29C70/38
【公開號(hào)】CN205058644
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520066477
【發(fā)明人】王春喜, 廖道坤, 肖曉暉, 劉勝
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日