协作式复合材料制造（CCM）系统的操作

目前的自动铺丝设备只能制造大型、开放表面的构件，无法满足工业界对小型复杂结构日益增长的需求。通过采用旋转台、并联机器人和串联机器人，可显著提高铺丝设备在制造复杂复合材料构件时的灵活性。演示该操作流程的是我实验室的博士生 Pengcheng Li。

首先通过光学CMM的软件加载坐标系定义文件。点击“定位”并检测目标点，选择安装在并联机器人电机上的目标点。点击“接受”，将这些目标点用作整个系统的定位基准，并在实体列表中点击“基座坐标系”，然后选择将其设为参考坐标系原点。

为了定义末端执行器平台坐标系的跟踪模型，选择“跟踪模型”，单击“检测模型”，然后选择固定在并联机器人末端执行器平台上的目标点。单击“接受”，再单击“跟踪模型”。在下拉菜单中选择 UpPlatform，然后单击“上坐标系”（Up Frame）。

然后单击应用和文件，选择导出以及跟踪模型，并输入文件名以保存跟踪模型。为定义工具坐标系的跟踪模型，选择跟踪模型和检测模型，并选择固定在串联机器人工具坐标系上的目标点。单击接受，然后单击跟踪模型和SerTool。

然后，在下拉列表中选择 SerToolFrame，单击应用，保存定义的跟踪模型。为准备旋转台，将计算机 A 上基于事件驱动编程语言编写的集成控制界面加载，单击连接以连接旋转台的控制器。单击启用以连接旋转台的电机，并单击回零使旋转台移动到初始位置。

准备串联机器人时，先开启串联机器人控制器电源，然后在集成控制界面中点击“连接”以连接机器人服务器。准备光学坐标测量机（CMM）时，先开启光学CMM控制器电源，并等待控制器屏幕显示“就绪”。在集成控制界面中点击“连接”，通过应用程序编程接口连接光学CMM，并导入第一部分中建立的模型，包括串联机器人的基座模型、上平台模型和末端执行器模型。

单击“添加序列”，并根据需要添加模型之间的相对序列。然后单击“开始追踪”以追踪模型的姿态。为准备并联机器人，请开启并联机器人控制器的电源。

加载 SerialPort_Receive 程序，并选择正常模式。加载 Para Remote Control 程序，并选择外部模式。然后单击增量构建以连接到目标设备，并启动两个程序的仿真，以初始化并联机器人的控制器。

为生成离线路径，通过数值计算软件加载路径规划界面，点击“导入STL”以选择零件文件。点击“分割”和“添加工作区域”，并选择需提取圆柱面的区域。将滑块调整至100%，然后点击“提取圆柱面”和“添加工作区域”，以选择路径的起始分支。

单击“生成路径”，在弹出窗口中选择“恒定放置角度”。然后将所需的放置角度设置为90度，并选择红色圆点。要显示生成的路径，请在“选择路径”下拉菜单中选择该路径，然后保存文件。

要启动轨迹分解，请在数值计算软件中运行 Methode Jacobienne 函数，并打开所需的路径文件。输入所需的路径编号，系统将计算轨迹的第一个点。

然后选择机械臂到达该位姿所需的目标构型。当构型完成后，将显示一个图表，展示各关节值的变化过程，并生成包含串联机器人和旋转台轨迹信息的文件。若要执行一条无需路径修正算法的离线路径，请按下示教器上的“Select”按钮，并选择已导入文件的名称。

按回车键加载路径文件，并将机器人控制器的开关拨至自动模式。将示教器的开关拨至关闭状态，然后按下串行机器人控制器上的循环启动按钮以运行路径。随后在协同控制面板中点击协同移动。

要运行带有路径修改算法的离线路径，请先将串联机器人设置为执行刚刚演示的路径，然后在协同控制面板中点击 DPM Connect，以启用系统的在线路径修改功能。接着在协同控制面板中点击协同移动（Cooperative Move）。如演示所示，生成的90度铺层能够连续覆盖两个分支，且各条带之间的重叠和间隙可被最小化。

为了覆盖分支C，需考虑分支B和C以生成第二条轨迹。随后将生成另一条90度铺放路径，以覆盖分支A和C。此处展示了以恒定90度铺放角度连续缠绕Y形芯模两个分支的过程。如图所示，该芯模运动可分解为串联机器人的轨迹运动和旋转台以恒定90度铺放角度进行的旋转运动。

在本实验中，为制造发生关节腕部奇异性的Y形复合材料构件生成了离线规划路径。实验结果表明，所提出的方法能够对并联机器人进行位姿校正，并根据光学坐标测量机的反馈调整串联机器人的离线路径。通过这种方式，系统能够平滑地通过奇异点，并沿路径连续铺放纤维而无需中断，证实了所提出的CCM系统能够成功完成Y形结构的制造过程。

需要牢记的最重要事项是按照正确的顺序操作各个子系统。该协作系统通过协同六自由度的串联与并联机器人以及光学坐标测量机，具备制造复杂几何形状小型复合材料构件的潜力。