Drift af det kollaborative komposit fremstillings system (CCM)

Summary

Et samarbejdende komposit fremstillingssystem er udviklet til robot oplægning af komposit laminater ved hjælp af prepreg tape. Det foreslåede system giver mulighed for produktion af komposit laminater med høje niveauer af geometrisk kompleksitet. Spørgsmålene i Path planlægning, koordinering af robotter og kontrol er behandlet i den foreslåede metode.

Abstract

Den automatiserede tape placering og AFP-maskiner (Automated fiber placering) giver et sikrere arbejdsmiljø og reducerer arbejdernes arbejdskraftintensitet, end den traditionelle manuelle fiber placering gør. Således er produktionens nøjagtighed, repeterbarhed og effektivitet af komposit produktionen væsentligt forbedret. Men de nuværende AFP-systemer kan kun producere komposit komponenterne med store åbne overflader eller simple revolution dele, som ikke kan opfylde den stigende interesse i små komplekse eller lukkede strukturer fra industrien.

I denne forskning, ved at ansætte en 1-grad af frihed (DoF) roterende fase, en 6-RSS parallel robot, og en 6-DoF seriel robot, kan fingerfærdighed AFP systemet forbedres betydeligt for fremstilling komplekse komposit dele. Den roterende fase monteret på den parallelle robot er udnyttet til at holde dornen og den serielle robot bærer placeringen hoved til at efterligne to menneskelige hænder, der har nok fingerfærdighed at lægge fibrene til dornen med komplekse kontur.

Selv om CCM-systemet øger fleksibiliteten i komposit produktion, er det ganske tidskrævende eller endda umuligt at generere den gennemførlige off-line sti, som sikrer ensartet opsætning af efterfølgende fibre i betragtning af begrænsningerne som singularitet, kollisioner mellem fiber placering hoved og Mandrel, glatte fiberretning ændre og holde fiber placering hovedet langs normen af den del af overfladen, osv. På grund af roboternes eksisterende positioneringsfejl er det desuden nødvendigt at korrigere on-line Path. Derfor foreslås on-line pose korrektion algoritme til at korrigere stierne i både parallelle og serielle robotter, og at holde den relative sti mellem de to robotter uændret gennem visuel feedback, når begrænsningen eller singularitet problemer i off-line Path planlægning forekomme. De eksperimentelle resultater demonstrere det designede CCM-system kan opfylde den bevægelse, der er nødvendig for at fremstille en sammensat struktur med Y-form.

Introduction

For nylig har det stigende behov for højtydende sammensatte strukturer i forskellige brancher i høj grad drevet udviklingen af komposit fremstillingsteknologier^1,2. Den traditionelle manuelle produktion kan ikke opfylde den høje effektivitet, nøjagtighed og kvalitet krav i den nye industri. Dette aspekt har fremmet udviklingen af nye produktionsteknologier såsom AFP-systemer. AFP-teknologien automatiserer produktionen af kompositmateriale konstruktioner ved hjælp af prepregs, som er til stede i form af strimler bestående af imprægnerede Fiberbånd (glas, kulstof osv.) af semi-polymeriseret harpiks. I AFP-systemet er et aflejrings hoved med mulighed for opvarmning og komprimering af harpiks eller monteret på en fiber placerings maskine eller en industriel robot. Fiber placerings maskinen eller robotten, der bærer aflejrings hovedet, opstiller de eller, der krydser overfladen af værktøjerne. I fremstillingsprocessen bruges værktøjet dornen som en støbeform, der skal afvikles af prepreg'erne for at danne en bestemt struktur af sammensat del. Den dornen vil blive fjernet efter den del er helbredt. De nuværende AFP-systemer kan i væsentlig grad forbedre effektiviteten og kvaliteten af produktionen af kompositmaterialer^3,4,5. De er dog begrænset til fremstilling af de åbne overflader, der præsenterer en flad eller kontureret flade, eller simple revolution dele såsom cylindre eller kegler på grund af den utilstrækkelige DoF af systemet og vanskeligheder med at generere forløbskurver. Især luft-og rumfartsindustrien og produktions industrierne af sportsudstyr er nu interesseret i denne teknik til produktion af strukturer med mere komplekse geometrier, som "Y" rør eller strukturer danner lukket-sløjfer såsom cykelstel.

For at kunne fremstille strukturerne med komplekse geometrier bør AFP-systemets fleksibilitet forbedres. For eksempel er et 8 DOF AFP-system blevet foreslået⁶ ved at tilføje et lineært spor til en 6 DOF industriel robot og en rotations fase til dornen Holding platformen. Systemet er dog stadig ikke egnet til fremstilling af de ovennævnte dele med komplekse geometrier. Det samarbejdende robot system, der består af to robotter, er en lovende løsning til at øge fingerfærdighed ved at ansætte en robot til at holde fiber placerings hovedet ved enden-Effector og en anden robot til at holde Mandrel. De to-serielle-robot samarbejde system kan ikke løse fiber placering problem, da de serielle robotter tendens til at deforme og miste nøjagtigheden på grund af sin cantilever struktur, i betragtning af vægten af dornen og komprimering Force⁷. Sammenlignet med de serielle robotter, 6 DoF parallel robotter, som er blevet udnyttet i Flight Simulator og medicinske værktøjer, nyde bedre stivhed og nøjagtighed⁸. Derfor er en parallel-seriel kollaborativ robot system, i tillæg til en rotations fase monteret på platformen af parallel robot, bygget til håndtering af komplekse strukturer fremstilling i dette papir.

Men det byggede samarbejdende robot system giver vanskeligheder med at designe controlleren for hver robot til at opfylde det høje nøjagtighedskrav for fiber placering. Den nøjagtige positions måling af den endelige Effector kan opnås ved hjælp af laser tracking system, som er almindeligt anvendt til at vejlede den industrielle robot i forskellige Aerospace boring applikationer^9,10. Selv om laser tracking system kan give høj præcis positions måling, de vigtigste ulemper ligger i omkostningerne ved systemet og okklusion spørgsmål. Laser Tracking System er dyrt, fx en kommerciel laser Tracker og dens tilbehør koste op til US $90000, og laserstrålen er let tilstoppet under bevægelsen af robotterne. En anden lovende løsning er visionen målingssystem, som kan give 6D pose måling af den endelige Effector med en betydelig nøjagtighed til en lav pris. Stillingen betegnes som kombinationen af 3D-positionen og 3D-retningen af effektoren med hensyn til robot enes bundramme. Den optiske CMM (Se tabel over materialer) er en dobbelt kamera-baseret visuel sensor. Ved at observere flere reflektor mål fastgjort på effektorer af de to robotter, kan de relative rejser mellem robotterne måles i realtid. Den optiske CMM er blevet anvendt med succes på robot kalibrering¹¹ og Dynamic Path tracking¹² og er således indført for at give feedback-målingen til de lukkede loop-kontrolsystemer i det foreslåede CCM-system i denne undersøgelse.

Kvaliteten af det endelige komposit produkt er i høj grad afhængig af, hvordan den oprindelige fiber bane genereres for AFP^13,14. Path genereringsprocessen udføres normalt ved hjælp af off-line programmeringssoftware. Den genererede sti består af en række tagpunkter på Mandrel, som angiver posens placering hoved. I modsætning til andre bane planlægning applikationer såsom maling deposition, polering eller bearbejdning, hvor forskellige typer af dækning stier er muligt, valget er begrænset i tilfælde af AFP, da fiber er kontinuerlig, og det er ikke muligt at udføre pludselige ændringer i retningen (skarpe hjørner) uden at beskadige den, og placeringen hovedet skal holdes i normen af overfladen af delene. Den første udvikling af bane produktionsteknik for AFP har været koncentreret om fremstilling af store fladskærme⁵ , før de bevæger sig mod fremstillingen af objekter af 3D-former såsom åbne buede overflader eller kegler^{5, 14}. men der er ikke udviklet nogen praktisk metode til generering af off-line-kurve for delene med komplekse geometrier såsom Y-form eller de andre former. Derfor er en effektiv sti planlægning algoritme for de dele med komplekse-kurvede overflader er designet til at sikre ensartet opsætning af efterfølgende fibre uden huller eller overlapninger i vores tidligere forskning¹⁵. I betragtning af den praktiske og effektiviteten af stien genererer algoritme, kun 6-DOF seriel robot med placering hoved og 1-DOF roterende fase som dornen indehaveren betragtes som målsystemet for at finde den optimale baneplan lægning i fælles rum med minimums tidskriterier. Det kunne være for kompliceret og tidskrævende at generere off-line bane for hele 13 DoF CCM system på grund af den tunge kinematik beregning og overvejelse af forskellige begrænsninger som singulariteter, kollisioner, glat retning skiftende og holde placeringen hovedet i normen af delene overflade, osv.

Den foreslåede off-line bane planlægning kan generere servo reference for den 6 DoF seriel robot og rotations stadiet henholdsvis med nøjagtige timing. Selv med denne off-line bane planlægning, kunne det være umuligt at generere en gennemførlig vej under alle begrænsninger for visse geometri dele. Desuden kan positionerings fejlene i robotterne få robotterne til at kollidere med dornen eller en anden anordning i arbejdsmiljøet. On-line Path modifikation implementeres baseret på den visuelle feedback fra den optiske CMM. Derfor foreslås on-line pose korrektion algoritme til at korrigere stien til parallel robot og til at tune en tilsvarende forskydning på stien til den serielle robot samtidigt gennem visuel feedback. Når kollisionen og andre begrænsninger opdages, holdes den relative stilling mellem de to robotter også uændret, samtidig med at man følger den off-line genererede sti. Gennem korrektionen af on-line sti, kan CCM systemet undgå disse punkter gnidningsløst uden nogen opsigelse. På grund af fleksibiliteten i den parallelle robot, kan 6D korrektion forskydninger genereres med hensyn til forskellige begrænsninger. Dette manuskript præsenterer en detaljeret operation procedure af CCM-systemet ved hjælp af on-line pose korrektion algoritme.

Protocol

1. ramme definitioner af CCM-systemet

Bemærk: den optiske CMM er en dobbelt kamera sensor, som kan spore objektet med et stift sæt reflektorer som mål i realtid. Placerings princippet for disse mål er, at målene sidder fast på de asymmetriske steder med en vis afstand mellem dem. Målene skal fastsættes på robotterne eller placeringen hoved og forblive i synsfeltet (FOV) af den optiske CMM. Mindst fire mål skal overholdes for hver defineret ramme af den optiske CMM hele tiden. Den parallelle robot, den endelige effektor ramme af den parallelle robot, og værktøjs rammen for den serielle robot betegnes som henholdsvis F_b, f_t^Pog f_t^s. Definitionerne af disse rammer er vist i figur 1. Da de grundlæggende rammer for parallel robotten og den serielle robot er faste, kan Transformations matrixen mellem de to bund rammer udledes ved kalibrering.

Figur 1. System opsætning af samarbejdende komposit produktion (CCM). Hardware af CCM-systemet består af en 6-RSS parallel robot, en 1-DoF roterende fase, en 6-DoF seriel robot, en placering hoved, og den optiske CMM. Dornen er fastspændt på rotations stadiet, og rotations stadiet er monteret på den parallelle robot. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

1. Definition af den grundlæggende ramme for parallel robot
   1. Indlæs ramme definitionsfilen via den optiske CMM-software (Se tabellen over materialer).
   2. Klik på placering ≫ detektér mål. Vælg de mål, der er fastgjort på motorerne på parallel robotten. Klik på Accepter for at tage disse mål som positions reference for hele systemet.
   3. Klik på basisramme på listen objekter , og vælg gør denne reference ramme til oprindelsen.
      Bemærk: Formålet med trin 1,1 er at tage F_b som referenceramme for hele systemet. Ramme definitionsfilen kan hentes på følgende link: < https://Users.encs.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/P3. CSF >.
2. Definition af sporings modellen for den endelige effektor platform frame
   1. Vælg sporings modeller i navigationsområdet. Klik på Find model, og vælg derefter de mål, som er fastgjort på parallel robot Lens effektor platform. Klik på Acceptér.
   2. Klik på den genererede registrerings model. Vælg Up_Frame på rullelisten for Origin-forskydningen. Klik derefter på Anvend.
      Bemærk: dette trin er at oprette de faste relationer mellem enden-Effector platform ramme F_t^P og de mål, der er fastgjort på den endelige Effector platform.
   3. Klik på fil-eksport-sporings model, og Indtast et filnavn for at gemme sporings modellen.
3. Definition af værktøjs rammens sporings model
   1. Vælg sporings modeller. Klik på Find model, og vælg derefter de mål, som er fastgjort på værktøjs rammen for den serielle robot. Klik på Acceptér.
   2. Klik på den genererede registrerings model. Vælg Sertoolframe på rullelisten for Origin-forskydningen. Klik på Anvend , og Gem den definerede sporings model.

2. klargøring af systemet

Bemærk: CCM-systemets kontrolsystem-layout vises i figur 2.

Figur 2. System layout. To computere (A & B) bruges til at styre CCM-systemet. Kommunikationen mellem dem er via RS232. Computer A styrer rotations tilstanden, fotogrammetri Senor og seriel robot. Computer B styrer parallel robot, motorer og ventiler osv. Klik her for at se en større version af dette tal.

1. Forberedelse af rotations stadiet
   1. Indlæs den integrerede kontrol grænseflade, der er Programeret af hændelsesdrevet programmeringssprog på computer A.
      Bemærk: betjenings grænsefladen er vist i figur 3. Den grænseflade program kan fås på følgende link: < https://Users.encs.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/pcdk-ctrack. rar >.
   2. Klik på Tilslut for at tilslutte controlleren til rotations stadiet. Klik på Aktivér for at forbinde motoren i rotations stadiet. Klik derefter på hjem for at flytte rotations stadiet til hjemmepositionen.

Figur 3. Control interface. Den styringssoftware, som er programmeret af hændelsesdrevet programmeringssprog. Interfacet er sammensat af 6 sektioner: seriel robot, parallel robot, rotations fase, sti import, optisk CMM og samarbejdende kontrol. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

2. Forberedelse af den serielle robot
   1. Tænd for controlleren til den serielle robot (Se tabellen over materialer).
   2. Klik på Tilslut på den integrerede betjenings grænseflade for at forbinde robot serveren.
3. Klargøring af den optiske CMM
   1. Tænd controlleren af den optiske CMM og vent, indtil skærmen på controlleren viser klar.
   2. Klik på Tilslut på den integrerede betjenings grænseflade for at tilslutte den optiske CMM via API (Application Programming Interface).
   3. Importer modellerne bygget i afsnit 1, som omfatter basis modellen, den øvre platforms model og effektoren model af den serielle robot.
   4. Klik på Tilføj sekvens. Tilføj den relative sekvens mellem modellerne, hvis det er nødvendigt. Klik derefter på Start tracking for at spore stillingen af modellerne.
4. Forberedelse af parallel robotten
   1. Tænd for controlleren på den parallelle robot.
   2. Indlæs SerialPort_Receive programmet, og vælg normal tilstand.
      Bemærk: SerialPort_Receive programmet kan ikke styre den parallelle robot direkte. Det bruges til at modtage Fjern data fra computer A via seriel kommunikationsport. Den SerialPort_Receive program kan fås på følgende link: < https://Users.encs.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/SerialPort_Receive. mdl >.
   3. Indlæs programmet Pararemotecontrol , og vælg ekstern tilstand. Klik derefter på trinvis Build for at oprette forbindelse til destinationen.
      Bemærk: Pararemotecontrol -programmet bruges til at modtage den ønskede pose fra SerialPort_Receive program og styre parallel robotten. Programmet pararemotecontrol kan hentes på følgende link: < https://Users.encs.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/pararemotecontrol. mdl >.
   4. Klik på Start simulering af de to programmer for at initialisere controlleren til den parallelle robot.

3. generering af off-line sti

1. Indlæs bane planlægnings grænsefladen via den numeriske computer software (Se tabellen over materialer).
   Bemærk: grænsefladen er vist i figur 4. Den baneplan lægning grænseflade er den off-kø programmel hen til frembringe den bane nemlig den ordning og kan opnået henne ved den næste samkøre: < https://Users.encs.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/AFP_PathPlanning_Pcode. zip >.

Figur 4. Sti-planlægnings grænseflade. Stien planlægning software består af 3 sektioner: visuelle område, kommandoområde og information boks. Afsnittet "visningsområde" tillader 3D-visning af de dele, der skal behandles. Afsnittet "kommandoområde" er at udføre de vigtigste handlinger til generering af off-line sti. I afsnittet "informationsboks" vises oplysninger om programmets status. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

2. Klik på Importer STL , og vælg en delfil. Klik derefter på segmentering.
   Bemærk: den del er opdelt i adskilte regioner (cylindre og knude af Y-form del). De forskellige områder vises i forskellige farver.
3. Klik på Tilføj arbejds område , og vælg regionen på udvindingen af cylindre.
4. Juster skyderen til 100%, og klik på Udpak cylindre.
5. Klik på Tilføj arbejds område for at vælge den første gren af kurven.
6. Klik på Generer kurve. Vælg den tredje mulighed: konstant placerings vinkel (CPA) i pop op-dialogvinduet.
7. Vælg den ønskede placerings vinkel 90 ° i pop op-dialogvinduet. Vælg derefter den røde prik.
8. Klik på rullemenuen Vælg en kurve for at få vist den genererede kurve. Vælg derefter kurven.
9. Hvis du vil gemme denne sti, skal du klikke på filer > Gem og indtaste et filnavn.

4. individuel nedbrydning af bane for den serielle robot og rotations stadiet

1. Kør funktionen Methode_Jacobian i den numeriske computer software (Se tabel over materialer).
   Bemærk: Methode_Jacobian funktion bruges til at dekomponere den genererede sti i trin 3 i to individuelle forløbskurver for den serielle robot og rotations stadiet.
2. Vælg den ønskede stifil (genereret af sti-planlægnings grænseflade), og klik på Åbn.
3. Indtast det ønskede kurve nummer.
4. Det første punkt i bane er derefter beregnet. Vælg den ønskede konfiguration for manipulatoren for at nå denne pose.
   Bemærk: Når trin 4,4 er fuldført, vises en graf, der viser udviklingen af fælles værdier. En fil, der indeholder bane for den serielle robot og rotations stadiet, genereres.

5. kørsel af off-line sti uden Path modifikation algoritme

1. Tryk på Select på Teach pendant, og vælg navnet på den importerede fil. Tryk på Enter for at indlæse Path-filen.
2. Drej robot controllerens switch til Auto -tilstand. Drej Teach pendant ON/OFF-kontakten til off.
3. Tryk på Cycle start af controlleren til den serielle robot for at køre stien.
4. Klik på kooperativt træk , som findes på det kooperative kontrol panel.
   Bemærk: systemet vil udføre offline stien uden on-line Path modifikation algoritme. Hvis leddet når til tilstanden singularitet eller Constraint, vil systemet stoppe.

6. kørsel af off-line sti med Path modifikation algoritme

1. Gentag trin 5.1 – 5.3. Klik derefter på DPM Connect placeret på den kooperative kontrol panel i figur 3 for at tilføje on-line Path modifikation evne til systemet.
2. Klik på kooperativt træk , som findes på det kooperative kontrol panel.
   Bemærk: systemet vil udføre offline stien med on-line Path modifikation algoritme. Under udførelsen overvåges singulariteterne og leddene ' begrænsninger gennem encoder-målingen af den serielle robot. Systemet kan gnidningsløst passere singularitet eller begrænsning begrænsning point uden opsigelse.

Representative Results

Eksperimentet har til formål at demonstrere processen med at realisere bevægelsen af æglæggende fiber på Y-form dornen af den foreslåede CCM system. Processen udføres i tre trin: Path generation; forløbs nedbrydning; og singularitet og begrænsning undgåelse.

Generering af kurve
Normalt anvendes Standardretningen i industrien til at definere de forskellige lag af laminatet. I dette papir, bør orienteringen definition tilpasses til-form krop. Ved at tage den centrale akse af dornen som en reference, nemlig 0 °, tre forskellige retninger af ply, 0 °, 45 °, og 90 ° er undersøgt for den praktiske komposit industriel anvendelse. Path generation for 90 ° ply orientering vises som et eksempel. 90 ° ply er opnået som en helix kurve kursus, hvis pitch er bredden af komposit bånd. Derfor er den faktiske vinkel mellem kurset og referencen tæt på 90 °. Den genererede 90 ° ply kan dække to grene uden afbrydelser, og overlapningerne og hullerne mellem båndene kan minimeres. Som vist i figur 5er de tre grene af delen mærket som A, Bog C. Den første bane er genereret til at dække grene A og B , men forlader gren C afdækket. For at dække gren Canses grene B og c for at generere den anden bane. Endelig er en anden 90 ° ply genereret til at dække grene A og C. Efter ovenstående procedurer genereres der to lag for hver gren.

Figur 5. Den første genererede bane på 90 ° ply. Den første vej er genereret til at dække grene a og B med en kontinuerlig kursus samtidig minimere huller og overlapninger. Tilsvarende, den anden vej er genereret til at dække grene B og c og den tredje er at dække grene A og c for at opnå en ensartet dækning af Mandrel. Forløbet genereres iterativt ved at følge samme procedure. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Forløbs nedbrydning
Forløbs nedbrydning definerer hver robots forløb uafhængigt for at undgå kollision med hinanden. Trykket af fiber placerings hovedets kompressions rulle skal være normalt til overfladen af dornen, og kompressions rullens akse bør altid holdes vinkelret på forløbs stien under fremstillingsprocessen. Den dornen er monteret på rotations stadiet, som er fastgjort på den øvre platform af parallel robot. Det kinematiske forhold mellem effektorer af to robotter er på forhånd planlagt og kendt.

Figur 6 illustrerer den dekomponerende proces med kontinuerlig indpakning af to grene af-form Doren med konstant 90 ° placerings vinkel. Det kan nedbrydes til bane af seriel robot og roterende bevægelse af rotations stadiet. De nedbrudte forløbskurver kan garantere, at rullen ville være normal til den dornen overflade. Som nævnt ovenfor, efter endt indpakning fra gren A til gren b, et andet lag er pakket ind fra gren b til gren C. Derefter startes et nyt lag fra gren a til gren C , og ombrydnings cyklussen holder iterativ.

Figur 6. Nedbrydning for Y-form bane. Den genererede bane nedbrydes til forløbskurver for seriel robot og roterende bevægelse af rotations stadiet. Den dekomponerende proces har til formål løbende at indpakke to grene af Y-Shape-dornen med konstant 90 ° placerings vinkel. Vinkel α er retningen af den serielle robots effektor. Vector e₂ er den normale enhed vektor, der garanterer rullen ville være normal til formen overflade. I Helix-delen af bane for den serielle robot er banen lig med båndbredden. Rulnings forskydningerne er langs retningen af vektoren e₃. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Singularitet og begrænsninger undgåelse
Den bane genereret off-line for CCM-systemet uundgåeligt består af ental punkter og begrænsninger i nogle tilfælde. For eksempel opstår håndleddet singularitet af den serielle robot, når akserne af joint 4 og joint 6 er sammenfaldende på grund af det faktum, at rotationsvinklen af joint 5, ε₅, er lig med eller tæt på 0 °. Den udviklede undgåelse algoritme kan samtidig flytte 6-RSS-platformen og den serielle robot for at lægge op fibrene efter de genererede off-line forløbskurver. I den indbyggede controller til den serielle robot, en sikker tærskel vinkel for joint 5 er 3,5 °, hvilket betyder, at robotten automatisk vil stoppe, når den₅ ≤ 3,5. I betragtning af den serielle roboters tilgængelighed og den følsomhed, der er for påvisning af singularitet, er 4,0 ° valgt som den optimale tærskel (Δε_5min) for denne form for singularitet undgåelse gennem en stor mængde eksperiment. Udløser betingelsen for undvige mekanismen for singularitet er │ ε₅(k) │ ≪ Δε_5min. I den on-line pose korrektion algoritme, der er vist i figur 7, er encoder af joint 5 af den serielle robot overvåget. Hvis joint 5 opfylder den singularitet Trigger tilstand, vil den integrerede Control Interface software generere offset Δp_p^o for parallel robot og tilføje korrektionen til off-line sti af den serielle robot i overensstemmelse hermed. Når fælles 5 passerer den foruddefinerede tærskel, flytter den parallelle robot tilbage til sin oprindelige pose, og on-line Path korrektion af den serielle robot stopper.

I eksperimentet genereres der en off-line planlægnings kurve til fremstilling af den Y-formede sammensatte del, hvor fælles håndled singularitet opstår. Eksperiment resultaterne viser, at den foreslåede metode kan skabe en pose korrektion for den parallelle robot og justere off-line-stien for den serielle robot baseret på den optiske CMM-feedback. På denne måde kan systemet gnidningsløst passere singulariteten og lægge fibrene langs stien uden opsigelse som vist i figur 8] derfor kan det foreslåede CCM-system udføre fremstillingsprocessen af strukturen med Y-form med succes.

Figur 7. Flow diagram af on-line pose korrektion algoritme. Flow diagram, der skitserer procedurerne for kørsel af on-line pose korrektion algoritme. Det består af proceduren af håndled singularitet undgåelse og proceduren for fælles begrænsninger undgåelse. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 8. Bane sammenligning med og uden håndled singularitet undgåelse, a) 3D-arbejdsrum kurset, b) den kantede bane af joint 5, og c) den orienterings bane af parallel robot. (a) det egentlige arbejdsrum kursus af båndet med og uden håndled singularitet undgåelse er givet. Den sorte linje viser, at når fælles 5 når området-3,5 ° ≤ J5 ≤ 3,5 °, stopper systemet på grund af den sikre tærskel vinkelindstilling i robot controlleren. Den blå streg linje demonstrerer robotten kan gnidningsfrit passere de fælles grænser og fuldføre resten kursus ved hjælp af undgåelse algoritme til at generere korrektions stier for både parallel og seriel robotter. (b) den bane af joint 5 afslutter omkring 24 s uden den foreslåede undgåelse algoritme, når den serielle robot bevæger sig i nærheden af sin singularitet punkt (dvs., 4,0 °). c) de faktiske forløbskurver for den parallelle robot, herunder Euler-vinklen for den ende-effektor, som er Y-retningen, angives. Den blå linje viser den oprindelige kurve af robotten uden nogen on-line korrektion, og den røde linje illustrerer, at korrektionen stien er føjet til robotten, når joint 5 er tæt på 4,0 °. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

De eksperimentelle resultater viser fremstillings processen af 90 ° ply placerings vinkler på det designede CCM-system. De metoder, der foreslås i dette papir kan bruges til at lægge op fiber med 0 ° og 45 ° ply placering vinkler på dornen med Y-form og andre former. Mens den indbyggede controller af den serielle robot er i stand til at give den singularitet undgåelse funktion¹⁷, kun lineær bevægelse af den endelige Effector er understøttet. Når den endelige Effector udfører opgaven af cirklen bevægelse, funktionen virker ikke, og dermed den genererede ønskede off-line sti kan ikke sikres. Desuden kan det fælles begrænsnings problem ikke løses gennem de indbyggede controller funktioner. Derfor foreslås der i dette papir en on-line sti korrektionsmetode for at overvinde de nævnte ulemper ved at generere den optimale korrektion pose for de serielle og parallelle robotter, og at holde den relative sti mellem de to robotter til at følge off-line sti baseret på den optiske CMM-feedback. De udløsende betingelser for fælles grænser og singulariteter angiver det øjeblik, hvor controlleren sender bevægelses kommando signalet for at drive parallel robotten og tilsvarende for at ændre den serielle robot bane. Udløst af den serielle robots begrænsnings-og singularitet-situation genereres den optimale kurve korrektion af parallel robotten med det formål at minimere parallel robot bevægelse. Sammenlignet med de nuværende AFP-maskiner har CCM-systemet potentialet til at fremstille små kompositkomponenter af kompleks geometri.

De kritiske trin i protokollen er generering af pose korrektion og input til begge robotter. Den udgør korrektion for bane af den serielle robot udføres af dynamisk Path modifikation (DPM), der leveres af den serielle robot. Responstid er relativt lang, hvilket resulterer i fejl i de relative poser af de to værktøjs rammer.

Vores fremtidige planer omfatter udvikling af en avanceret model baseret controller til forbedring af Path tracking nøjagtighed for CCM-systemet, designe et filter til at fjerne støjen i den optiske CMM måling, og ved hjælp af det udviklede CCM system til at fremstille den faktiske sammensatte strukturer.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
AeroBasic	Aerotech		Motion control software
Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System	Concordia University		A CCM system is proposed to manufacture more complex composite components which pose high demand for trajectory planning than those by the current AFP system. The system consists of a 6 degree-of-freedom (DOF) serial robot holding the fiber placement head, a 6-DOF revolute-spherical-spherical (RSS) parallel robot on which a 1-DOF mandrel holder is installed and an eye-to-hand optical CMM sensor, i.e. C-track, to detect the poses of both end-effectors of parallel robot and serial robot.
C-track	Creaform Inc.		An eye-to-hand optical CMM sensor
Fanuc M-20iA	Fanuc Inc.		Serial robot
Matlab	MathWorks		A multi-paradigm numerical computing software
Quanser	Quanser Inc.		Providing the engineering lab equipments for teaching and research.
VB	Microsoft		Visual Basic
Vxelements	Creaform Inc.		Software for C-track