Эксплуатация системы совместного композитного производства (CCM)
1 октября 2019 г.
Разработана совместная композитная система производства для роботизированной укладки композитных ламинатов с использованием препредосвой ленты. Предлагаемая система позволяет производство композитных ламинатов с высоким уровнем геометрической сложности. В предлагаемом методе рассматриваются вопросы планирования пути, координации роботов и управления.
В настоящее время автоматизированные машины места волокна могут только произвести большие, open-surface части, которые не могут встретить растущий интерес в малых сложных структурах от индустрии. Используя вращательной стадии, параллельный робот, и серийные роботы, ловкость волокна размещения машины может быть значительно улучшена для производства сложных композитных частей. Демонстрация процедуры будет Pengcheng Ли, аспирант из моей лаборатории.
Начните с загрузки файла определения кадра через программное обеспечение оптического CMM. Нажмите Позиционирование и обнаружить цели, и выбрать цели, которые прикреплены на двигателях параллельного робота. Нажмите Принять использовать эти цели в качестве ссылки позиционирования всей системы, и, в списке Entities, нажмите Базовый кадр, и выберите Сделать этот эталонный кадр происхождения.
Чтобы определить модель отслеживания кадра платформы конечного эффектора, выберите модели отслеживания, нажмите модель Detect и выберите цели, зафиксированные на конечной платформе параллельного робота. Нажмите Принять, и нажмите Отслеживание моделей. Выберите UpPlatform в падении и нажмите Up Frame.
Затем нажмите модель Apply and File, Export и Tracking и введите имя файла, чтобы сохранить модель отслеживания. Чтобы определить модель отслеживания кадра инструмента, выберите модели отслеживания и обнаружения, а также выберите цели, зафиксированные на инструменте кадра серийного робота. Нажмите Принять, и нажмите на модели отслеживания и SerTool.
Затем выберите SerToolFrame в списке высадки, нажмите Apply, сохраните определенную модель отслеживания. Чтобы подготовить этап вращения, загрузите интегрированный интерфейс управления, запрограммированный языком программирования на основе событий, на компьютер A и нажмите Connect, чтобы подключить контроллер этапа вращения. Нажмите Включить для подключения двигателя вращения этапе, и нажмите Главная переместить вращательной стадии в положение дома.
Чтобы подготовить серийного робота, питание на серийный контроллер робота, и нажмите Connect на интегрированный интерфейс управления для подключения робота сервера. Чтобы подготовить оптический CMM, питание на оптический контроллер CMM, и ждать, пока экран контроллера показывает готов. Нажмите Connect на интегрированный интерфейс управления для подключения оптического CMM через интерфейс программирования приложений, а также импортировать модели, построенные в разделе 1, которые включают базовую модель, верхнюю модель платформы и модель конечного эффекта серийного робота.
Нажмите Добавить последовательность, и добавить относительную последовательность между моделями по мере необходимости. Затем нажмите Кнопку Отслеживание, чтобы отслеживать позу моделей. Чтобы подготовить параллельного робота, питание на параллельном контроллере робота.
Загрузите SerialPort_Receive и выберите нормальный режим. Загрузите программу дистанционного управления Para и выберите внешний режим. Затем нажмите Incremental Build, чтобы подключиться к цели, и нажмите Start Simulation из двух программ, чтобы инициализировать контроллер параллельного робота.
Чтобы создать автономный путь, загрузите интерфейс планирования пути через программное обеспечение для численных вычислений и нажмите Import STL, чтобы выбрать файл части. Нажмите Сегментация и Добавить Регион работы, и выберите регион по извлечению цилиндров. Отрегулируйте ползунок до 100% и нажмите На кнопку «Извлекаемые цилиндры» и «Добавить область работы», чтобы выбрать начальную ветвь пути.
Нажмите Generate Path и выберите угол постоянного размещения во всплывающем окне. Затем установите желаемый угол размещения до 90 градусов и выберите красную точку. Чтобы отобразить сгенерированный путь в меню высадки «Выберите путь», выберите путь, а затем сохраните файл.
Чтобы инициировать разложение траектории, запустите функцию Methode Jacobienne в численном вычислительном программном обеспечении и откройте нужный файл пути. Введите нужный номер пути. Будет рассчитана первая точка траектории.
Затем выберите конфигурацию интереса для манипулятора, чтобы достичь этой позы. Когда конфигурация будет завершена, будет отображаться график, показывающий эволюцию совместных значений, и будет создан файл, содержащий траекторию для серийного робота и стадию вращения. Чтобы запустить автономный путь без алгоритма изменения пути, нажмите Выберите кулон Teach и выберите название импортированного файла.
Нажмите Введите, чтобы загрузить файл пути, и включите переключатель контроллера робота в режим Auto. Включите кулон "Включить/выключить" и нажмите Cycle Start на контроллер серийного робота, чтобы запустить путь. Затем нажмите Кнопку Кооперативное Перемещение в панели управления кооператива.
Чтобы запустить автономный путь с алгоритмом изменения пути, установите серийного робота для запуска пути, как только что продемонстрировано, и нажмите DPM Connect в совместной панели управления, чтобы добавить возможность онлайн-модификации пути для системы. Затем нажмите Кнопку Кооперативное Перемещение в панели управления кооператива. Как было продемонстрировано, сгенерированный 90-градусный курсив может охватывать две ветви без каких-либо перерывов, а перекрытия и зазоры между лентами могут быть сведены к минимуму.
Для покрытия ветви C считаются ветви B и C для генерации второй траектории. Другой 90-градусный курсив будет затем создан для покрытия ветвей A и C.Here, процесс разложения непрерывно упаковка двух ветвей Y-образный мюнрел с постоянным углом размещения 90 градусов иллюстрируется. Мандал может быть разложен на траекторию серийного робота и вращающееся движение вращательной ступени с постоянным углом размещения 90 градусов, как показано на примере.
В этом эксперименте был создан автономный путь планирования для изготовления композитной части Y-формы, в которой возникает сингулярность суставного запястья. Эти экспериментальные результаты показывают, что предлагаемый метод может создать коррекцию позы для параллельного робота и настроить автономный путь серийного робота на основе оптических координат измерительных машин обратной связи. Таким образом, система может плавно пройти сингулярность и заложить волокно по пути без прекращения, подтверждая, что предлагаемая система СКК может успешно выполнить производственный процесс Y-образной структуры.
Самое главное помнить, это работать подсистемы в правильной последовательности. Эта совместная система имеет потенциал для производства небольших композитных компонентов сложной геометрии, сотрудничая шесть степень свободы, серийных и параллельных роботов, и оптические координаты измерительных машин.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
Разработана совместная система производства композитных материалов для роботизированного наложения композитных ламинатов с использованием предварительно отвержденной ленты. Эта система улучшает производство композитных ламинатов со сложной геометрией.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Производство композитных материалов
- Робототехника
- Автоматизация
Предыстория
- Современные автоматизированные машины для размещения волокон ограничены большими, открытыми частями.
- В промышленности растет спрос на малые, сложные структуры.
- Декстерность машин для размещения волокон может быть улучшена с помощью передовой робототехники.
- Исследование демонстрирует метод улучшения производства композитных деталей.
Цель исследования
- Разработать систему, которая позволяет производить сложные композитные ламинаты.
- Решить проблемы планирования траектории и координации роботов.
- Улучшить процесс производства композитных деталей.
Используемые методы
- Использование поворотной сцены и комбинации параллельных и последовательных роботов.
- Определение файлов описания рамки загрузки через оптическое программное обеспечение CMM.
- Позиционирование роботов с использованием обнаруженных целей для точной ориентации.
- Установление базовой рамки в качестве начала координат для роботической системы.
Основные результаты
- Предложенная система успешно улучшает ловкость машин для размещения волокон.
- Сложные композитные детали могут быть изготовлены с улучшенной точностью.
- Проблемы планирования траектории и координации были эффективно решены.
- Метод демонстрирует потенциал для промышленного применения.
Выводы
- Совместная производственная система представляет собой значительный прогресс в производстве композитных материалов.
- Улучшенная координация роботов приводит к лучшим результатам производства.
- Этот подход может удовлетворить спрос промышленности на сложные структуры.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Manufacturing complex composite structures remains a bottleneck in biopharma device development, where precision lay-up of biomaterials is critical for implantable scaffolds and diagnostic housings. The CCM system addresses this by enabling robotic fiber placement on intricate geometries through coordinated multi-axis control and real-time pose correction. This enhances reproducibility and reduces reliance on manual processes, supporting scalable production of high-complexity components.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables fabrication of biomimetic scaffolds with complex topographies for studying cell-material interactions in target validation assays.
- Operational Value: Reduces variability in scaffold production, improving consistency in preclinical screening outcomes.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Produces standardized composite substrates with controlled surface geometry for reproducible biomarker screening platforms.
- Operational Value: Supports high-fidelity replication of assay-compatible components across multiple runs and sites.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates production of patient-specific implant prototypes with anatomical fidelity for preclinical efficacy testing.
- Operational Value: Enables iterative design refinement through rapid, accurate manufacturing of complex test articles.
Pipeline & Workflow Integration
The CCM system integrates into the discovery workflow by enabling precise fabrication of composite-based tools and devices from early hypothesis testing through preclinical validation.
- Discovery Biology: Supports creation of intricate 3D culture systems that model complex tissue interfaces for mechanistic de-risking.
- Screening: Delivers dimensionally stable platforms for consistent immobilization of capture reagents in diagnostic assay development.
- Analytics: Provides geometric precision critical for aligning sensor arrays or microfluidic channels in diagnostic devices.
- Translational Research: Bridges design and validation by producing anatomically accurate prototypes for iterative preclinical evaluation.
- Enterprise Reuse: Functions as a adaptable fabrication capability across multiple projects requiring complex composite geometries.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence by enabling accurate reproduction of complex biomaterial structures.
- Operational Value: Enhances manufacturing consistency through vision-guided path correction and reduced manual intervention.
- Strategic Value: Accelerates development timelines by resolving geometric fabrication bottlenecks in device prototyping.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement by ensuring reliable production of high-complexity components for go/no-go decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in robotic programming, coordinate metrology, and composite material handling.
- Depends on integrated control interfaces, optical tracking systems, and path planning software for operation.
- Necessitates standardization of pose correction protocols across teams to ensure reproducible outcomes.
- Involves adaptation of path generation algorithms for varying mandrel geometries and fiber tow properties.
- Limited by the need for careful calibration to manage positioning errors and singularity avoidance in complex paths.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:45
Parallel Robot Base Frame Definition
2:13
System Preparation
4:01
Off-Line Path Generation
4:52
Individual Serial Robot and Rotational Stage Trajectory Decomposition
5:35
Off-Line Path Execution without and with Path Modification Algorithm
7:58
Results: Representative Collaborative CCM Manufacturing
9:24
Conclusion
