Summary
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.
Abstract
Автоматизированное размещение ленты и автоматизированное размещение волокна (AFP) машины обеспечивают более безопасную рабочую среду и уменьшить рабочую интенсивность работников, чем традиционные ручного размещения волокна делает. Таким образом, значительно повышается точность производства, повторяемость и эффективность композитного производства. Однако нынешние системы AFP могут производить только композитные компоненты с большой открытой поверхностью или простыми частями революции, которые не могут удовлетворить растущий интерес к небольшим сложным или закрытым структурам промышленности.
В этом исследовании, используя 1-градусную свободу (DoF) вращательной стадии, 6-RSS параллельный робот, и 6-DoF серийный робот, ловкость системы AFP может быть значительно улучшена для производства сложных композитных деталей. Вращательная стадия, установленная на параллельном роботе, используется для удержания мандреля, а серийный робот несет голову размещения, чтобы имитировать две человеческие руки, которые обладают достаточной ловкостью, чтобы заложить волокно к мандрелу со сложным контуром.
Хотя система СКК повышает гибкость композитного производства, это довольно много времени или даже невозможно создать осуществимый автономный путь, который обеспечивает равномерное закладка последующих волокон с учетом ограничений, как сингулярности, столкновения между волокне размещения головы и mandrel, плавное изменение направления волокна и сохранение волокна размещения голову вдоль нормы поверхности детали, и т.д. Кроме того, из-за существующей ошибки позиционирования роботов необходима коррекция он-лайн пути. Таким образом, он-лайн алгоритм коррекции позы предлагается исправить пути как параллельных, так и серийных роботов, и сохранить относительный путь между двумя роботами неизменным через визуальную обратную связь, когда ограничения или сингулярность проблемы в в автономном режиме происходит планирование. Экспериментальные результаты показывают, что разработанная система СКК может выполнить движение, необходимое для изготовления композитной конструкции с Y-формой.
Introduction
В последнее время растущая потребность в высокопроизводительных композитных структурах в различных отраслях промышленности в значительной степени способствовала развитию композитных производственных технологий1,2. Традиционное ручное производство не может отвечать требованиям высокой эффективности, точности и качества развивающихся отраслей. Этот аспект способствовал разработке новых производственных технологий, таких, как системы АФП. Технология AFP автоматизирует производство композитных материальных структур с использованием препрегов, которые присутствуют в виде полосок, состоящих из пропитанных волоконных лент (стекло, углерод и т.д.) полуполимеризованной мели. В системе AFP, осаждение голову с возможностью отопления и уплотнения препрегоны сготавли на волоконно-оптической машины размещения или промышленного робота. Машина размещения волокна или робот нося головку осаждения кладет вверх prepregs пересекая поверхность mandrels инструмента. В процессе изготовления, инструментальный мандрель используется в качестве плесени, чтобы быть раны вокруг prepregs сформировать определенную структуру композитной части. Мандрель будет удалена после того, как часть вылечена. Современные системы AFP могут значительно повысить эффективность и качество производства композитных материалов3,4,5. Тем не менее, они ограничиваются производством открытых поверхностей, представляющих плоскую или контурную поверхность, или простых частей революции, таких как цилиндры или конусы из-за недостаточного DoF системы и трудности в генерации траекторий. В частности, аэрокосмическая промышленность и производство спортивного оборудования теперь заинтересованы в этой технике для производства конструкций с более сложной геометрией, таких как трубки "Y" или конструкции, образующие замкнутые петли, такие как велосипедные рамы.
Чтобы иметь возможность производить конструкции со сложной геометрией, гибкость системы AFP должна быть улучшена. Например, система 8 DoF AFP была предложена6 путем добавления линейной дорожки к 6 DoF промышленного робота и вращательной стадии к платформе холдинга mandrel. Однако система по-прежнему не подходит для изготовления вышеупомянутых деталей со сложной геометрией. Совместная роботизированная система, состоящая из двух роботов, является перспективным решением для повышения ловкости, используя одного робота для удержания головы размещения волокна на конечном-эффекторе и другого робота для удержания мандрия. Двухсерийный робот совместной системы не может решить проблему размещения волокна, так как серийные роботы, как правило, деформировать и терять точность из-за его кантилевер структуры, учитывая вес mandrel и уплотнения силы7. По сравнению с серийными роботами, 6 параллельных роботов DoF, которые были использованы в симуляторе полета и медицинских инструментов, пользуются лучшей жесткостью и точностью8. Поэтому для обработки сложных конструкций, изготавливающих в этой бумаге, строится параллельно-серийная система совместного робота, в дополнение к вращающейся стадии, установленной на платформе параллельного робота.
Тем не менее, построенная совместная роботизированная система дает трудности в проектировании контроллера для каждого робота для удовлетворения высокой точности требования размещения волокна. Точное измерение положения конечного эффектора может быть достигнуто с помощью лазерной системы слежения, которая обычно используется для руководства промышленного робота в различных аэрокосмических приложений бурения9,10. Хотя система лазерного слежения может обеспечить высокое точное измерение положения, основные недостатки заключаются в стоимости системы и проблеме окклюзии. Лазерная система слежения стоит дорого, например, коммерческий лазерный трекер и его аксессуары стоят до 90 000 долларов США, а лазерный луч легко окклюзии во время движения роботов. Другим перспективным решением является система измерения зрения, которая может обеспечить 6D-измерение позы конечного эффектора со значительной точностью при низкой стоимости. Поза называется сочетанием 3D-позиции и 3D-ориентации конечного эффектора по отношению к базовой раме робота. Оптический CMM (см. Таблица материалов) является двойной камеры на основе визуального датчика. Наблюдая несколько целей отражателя, прикрепленных на конечных эффекторах двух роботов, относительные позы между роботами могут быть измерены в режиме реального времени. Оптический CMM был успешно применен к роботизированной калибровке11 и динамическому отслеживанию пути12 и, таким образом, вводится для обеспечения измерения обратной связи с системами управления замкнутым циклом предлагаемой системы СКК в данном исследовании.
Качество конечного композитного продукта во многом зависит от того, как исходный путь волокна генерируется для AFP13,14. Процесс генерации путей обычно выполняется с помощью программного обеспечения для программирования в автономном режиме. Сгенерированный путь состоит из ряда точек тегов на мандреле, которые указывают на позу головы размещения волокна. В отличие от других приложений планирования траектории, таких как осаждение краски, полировка или обработка, где возможны различные типы путей покрытия, выбор ограничен в случае AFP, так как волокно непрерывно и невозможно выполнить резкий изменения в направлении (острые углы) без повреждения его и размещения головы должны быть сохранены в норме поверхности частей. Первое развитие метода генерации траектории для AFP было сосредоточено на производстве больших плоских панелей5 перед переходом к производству объектов 3D-форм, таких как открытые изогнутые поверхности или конусы5, 14. Но не была разработана практическая методология для создания офлайн-пути для деталей со сложными геометриями, такими как Y-образная форма или другие фигуры. Таким образом, эффективный алгоритм планирования путей для деталей со сложными контурными поверхностями предназначен для обеспечения равномерной укладки последующих волокон без зазоров или перекрытий в нашем предыдущем исследовании15. Учитывая практичность и эффективность алгоритма генерации пути, только 6-DoF серийный робот с головкой размещения и 1-DoF вращательной стадии, как держатель mandrel считаются целевой системой, чтобы найти оптимальное планирование траектории в совместное пространство с минимальными критериями времени. Это может быть слишком сложным и трудоемким для создания автономной траектории для всей 13 DoF CCM системы из-за тяжелых расчета кинематики и рассмотрения различных ограничений, таких как сингулярности, столкновения, плавное изменение направления и сохранение размещения головы в норме поверхности частей и т.д.
Предлагаемое автономное планирование траектории может генерировать сервопривод для серийного робота 6 DoF и этап вращения соответственно с точными сроками. Даже при таком автономном планировании траектории может быть невозможно создать возможный путь при всех ограничениях для определенных частей геометрии. Кроме того, ошибки позиционирования роботов могут привести к тому, что роботы столкнутся с мандрелем или другим устройством в рабочей среде. Он-лайн изменение пути осуществляется на основе визуальной обратной связи от оптического CMM. Поэтому он-лайн алгоритм коррекции позы предлагается скорректировать путь параллельного робота и настроить соответствующее смещение на траекторию серийного робота одновременно с помощью визуальной обратной связи. При обнаружении столкновения и других ограничений относительная поза между двумя роботами также остается неизменной при следовании по автономному сгенерированному пути. Благодаря коррекции он-лайн пути система СКК может избежать этих точек плавно без какого-либо прекращения. Благодаря гибкости параллельного робота, 6D-коррекция смещения могут быть созданы в связи с различными ограничениями. Данная рукопись представляет детальную процедуру работы системы СКК с использованием алгоритма коррекции позе в режиме он-лайн.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Определение кадров системы СКК
ПРИМЕЧАНИЕ: Оптический CMM представляет собой двойной датчик камеры, который может отслеживать объект с жестким набором отражателей в качестве целей в режиме реального времени. Принцип размещения этих целей заключается в том, что цели застревают в асимметричных местах с определенным расстоянием между ними. Цели должны быть зафиксированы на роботах или головке размещения и оставаться в поле зрения (FOV) оптического CmM. По крайней мере четыре цели должны быть соблюдены для каждого определенного кадра оптическим CMM все время. Базовая рама параллельного робота, рама конечного эффектора параллельного робота и инструментальная рама серийного робота обозначаются как Fb,FtPи FtSсоответственно. Определения этих кадров показаны на рисунке 1. Поскольку базовые кадры параллельного робота и серийного робота фиксируются, матрица трансформации между двумя базовыми кадрами может быть получена путем калибровки.
Рисунок 1. Совместная настройка системы композитного производства (CCM). Оборудование системы СКК состоит из 6-RSS параллельного робота, 1-DoF вращательной стадии, 6-DoF серийный робот, размещение головы, и оптический CMM. Мандрель зажимается на вращательной стадии, а вращательная стадия устанавливается на параллельном роботе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
- Определение базовой рамы параллельного робота
- Загрузите файл определения кадра через программное обеспечение оптического CMM (см. Таблицу материалов).
- Нажмите Позиционирование (ru). Выберите цели, которые крепятся на двигателях параллельного робота. Нажмите Accept, чтобы взять эти цели в качестве ссылки на позиционирование всей системы.
- В списке Сущностей нажмите Базовый кадр и выберите Сделать этот справочный кадр Origin.
ПРИМЕЧАНИЕ: Цель шага 1.1 состоит в том, чтобы взять Fb в качестве эталонной рамки всей системы. Файл определения кадра можно получить по следующей ссылке: lt;https://users.encs.concordia.ca/'wfxie/Jove-program/P3.csf.gt;.gt;.
- Определение модели слежения кадра платформы end-effector
- Выберите модели слежения в области навигации. Нажмите Detect Model,а затем выберите цели, зафиксированные на платформе конечного эффектора параллельного робота. Нажмите Принять.
- Нажмите на модель обнаружения. Выберите Up'Frame в списке выпадающих смещений. Затем нажмите Применить.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот шаг заключается в настройке фиксированных отношений между рамкой платформы end-effector FtP и целями, прикрепленными на платформе end-effector. - Нажмите на модель отслеживания файлов ивведите имя файла, чтобы сохранить модель отслеживания.
- Определение модели отслеживания кадра инструмента
- Выберите модели отслеживания. Нажмите Обнаружить модель, а затем выбрать цели, зафиксированные на инструмент кадр серийного робота. Нажмите Принять.
- Нажмите на модель обнаружения. Выберите SerToolFrame в списке смещения Origin. Нажмите Применить и сохранить определенную модель отслеживания.
2. Подготовка системы
ПРИМЕЧАНИЕ: Макет системы управления системы СКК показан на рисунке 2.
Рисунок 2. Система Layout. Два компьютера (A и B) используются для управления системой СКК. Связь между ними происходит через RS232. Компьютер А управляет вращательным состоянием, сенейором фотограмметрии и серийным роботом. Компьютер B управляет параллельным роботом, двигателями и клапанами и т.д. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
- Подготовка этапа вращения
- Загрузите интегрированный интерфейс управления, запрограммированный на язык программирования, управляемый событиями, на компьютере А.
ПРИМЕЧАНИЕ: Интерфейс управления отображается на рисунке 3. Программа интерфейса может быть получена по следующей ссылке: злт;https://users.encs.concordia.ca/'wfxie/Jove-program/pcdk-ctrack.rar.gt;. - Нажмите Подключите для подключения контроллера вращательной стадии. Нажмите Включить для подключения двигателя вращательной стадии. Затем нажмите Домой, чтобы переместить этап вращения в домашнюю позицию.
- Загрузите интегрированный интерфейс управления, запрограммированный на язык программирования, управляемый событиями, на компьютере А.
Рисунок 3. Интерфейс управления. Программное обеспечение управления, запрограммированное на языке программирования, управляемом событиями. Интерфейс состоит из 6 секций: серийный робот, параллельный робот, вращательная стадия, путь импорта, оптический ШМ и кооперативного управления. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
- Подготовка серийного робота
- Мощность на контроллере серийного робота (см. Таблицу Материалов).
- Нажмите Подключите на интегрированный интерфейс управления для подключения робота сервера.
- Подготовка оптического ШМ
- Питание на контроллере оптического CMM и ждать, пока экран контроллера показывает Готов.
- Нажмите Подключите на интегрированный интерфейс управления для подключения оптического CMM через интерфейс прикладного программирования (API).
- Импортмодели, построенные в разделе 1, который включает в себя базовую модель, модель верхней платформы и модель End-effector серийного робота.
- Нажмите Добавить последовательность. Добавьте относительную последовательность между моделями, если это необходимо. Затем нажмите Start Tracking, чтобы отслеживать позу моделей.
- Подготовка параллельного робота
- Мощность на контроллере параллельного робота.
- Загрузите программу SerialPort-Receive и выберите режим «Обычный».
ПРИМЕЧАНИЕ: Программа SerialPort-Receive не может управлять параллельным роботом напрямую. Он используется для получения удаленных данных с компьютера А через серийный порт связи. Программа SerialPort-Receive может быть получена по следующей ссылке: lt;https://users.encs.concordia.ca/'wfxie/Jove-программа/SerialPort-Receive.mdl.gt;. - Загрузите программу ParaRemoteControl и выберите внешний режим. Затем нажмите Incremental Build, чтобы подключиться к цели.
ПРИМЕЧАНИЕ: Программа ParaRemoteControl используется для получения желаемой позы от программы SerialPort-Receive и управления параллельным роботом. Программа ParaRemoteControl может быть получена по следующей ссылке: lt;https://users.encs.concordia.ca/'wfxie/Jove-программа/ParaRemoteControl.mdl.gt;. - Нажмите Start Simulation двух программ, чтобы инициализировать контроллер параллельного робота.
3. Создание автономного пути
- Загрузите интерфейс планирования путей через численное вычислительное программное обеспечение (см. таблицу материалов).
ПРИМЕЧАНИЕ: Интерфейс отображается на рисунке 4. Интерфейс планирования путей является автономным программным обеспечением для генерации пути для системы и может быть получен по следующей ссылке: slt;https://users.encs.concordia.ca/'wfxie/Jove-program/AFP-PathPlanning-Pcode.zip;gt.
Рисунок 4. Интерфейс планирования пути. Программное обеспечение для планирования путей состоит из 3 разделов: Визуальная зона, Командная зона и Информационный ящик. Раздел "Область просмотра" позволяет обрабатывать 3D-дисплей деталей. Раздел "Командная зона" должен выполнять основные действия для генерации автономного пути. В разделе "Информационный ящик" отображается информация о состоянии программы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
- Нажмите Импорт STL и выберите файл детали. Затем нажмите Сегментация.
ПРИМЕЧАНИЕ: Часть разделена на разделенные области (цилиндры и соединения y-формы части). Различные области отображаются в разных цветах. - Нажмите Добавить область работы и выбрать регион на добычу цилиндров.
- Отрегулируйте ползунок до 100% и нажмите На extract Cylinders.
- Нажмите Добавить Область работы, чтобы выбрать начальную ветвь пути.
- Нажмите Кнопка Путь создания. Выберите третий вариант: Постоянный угол размещения (CPA) в всплывающем окне диалога.
- Выберите желаемый угол размещения 90 "в всплывающем окне диалога. Затем выберите красную точку.
- Чтобы отобразить сгенерированный путь, щелкните Выберите выпадающее меню Пути. Затем выберите путь.
- Чтобы сохранить этот путь, нажмите файл и введите имя файла.
4. Индивидуальное разложение траектории для серийного робота и этап вращения
- Выполнить функцию Methode-Jacobian в цифровом вычислительном программном обеспечении (см. Таблицу Материалов).
ПРИМЕЧАНИЕ: Метод-Якобийская функция используется для разложения сгенерированного пути в шаге 3 на две отдельные траектории для серийного робота и вращательной стадии. - Выберите файл желаемого пути (генерируется интерфейсом планирования путей) и нажмите открытым.
- Введите желаемый номер пути.
- Затем рассчитывается первая точка траектории. Выберите нужную конфигурацию для манипулятора, чтобы достичь этой позе.
ПРИМЕЧАНИЕ: Когда шаг 4.4 завершен, отображается график, показывающий эволюцию общих значений. Создается файл, содержащий траекторию для серийного робота и этап вращения.
5. Запуск автономного пути без алгоритма изменения пути
- Нажмите Выберите на кулоне для обучения и выберите название импортируемого файла. Нажмите Enter для загрузки файла пути.
- Переключите переключатель контроллера робота в автономный режим. Включите подвеску для обучения ON/OFF, чтобы выключить.
- Запуск пресс-цикла контроллера серийного робота для запуска пути.
- Нажмите Кооперативный Перемещение расположен на панели кооперативного управления.
ПРИМЕЧАНИЕ: Система будет выполнять автономный путь без алгоритма изменения он-лайн пути. Если сустав достигает сингулярности или условия ограничения, система остановится.
6. Запуск автономного пути с алгоритмом изменения пути
- Повторите шаги 5.1-5.3. Затем нажмите DPM Connect, расположенный на панели кооперативного управления на рисунке 3, чтобы добавить возможность изменения траектории для системы.
- Нажмите Кооперативный Перемещение расположен на панели кооперативного управления.
ПРИМЕЧАНИЕ: Система будет выполнять автономный путь с помощью алгоритма изменения он-лайн пути. Во время выполнения сингулярности и ограничения суставов контролируются с помощью измерения кодера серийного робота. Система может плавно передавать сингулярность или ограничивающие точки ограничения без прекращения.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Эксперимент направлен на демонстрацию процесса реализации движения закладки волокна на Y-образный мандрель предлагаемой системы СКК. Процесс осуществляется в три этапа: генерация путей; разложение траектории; и сингулярность и избегание ограничений.
Поколение пути
Как правило, стандартная ориентация используется в промышленности для определения различных plies ламината. В этой статье определение ориентации должно быть адаптировано к корпусу формы. Взяв в качестве эталона центральную ось мандреля, а именно: 0,5, для практического композитного промышленного применения изучаются три различные ориентации ply, 0, 45 и 90 градусов. В качестве примера приводится генерация пути для ориентации на 90 градусов. 90 "курс получается в качестве курса кривой селикса, чей шаг ширина композитных лент. Таким образом, фактический угол между курсом и ссылкой близок к 90 градусов. Сгенерированный 90 "ply может охватывать две ветви без каких-либо перерывов, и перекрытия и зазоры между лентами могут быть сведены к минимуму. Как показано на рисунке 5, три ветви части помечены как A, Bи C. Первая траектория генерируется для покрытия ветвей A и B, но оставляет ветви C нераскрытыми. Для покрытия ветвей C,ветви B и C считаются для создания второй траектории. Наконец, еще 90 "ply генерируется для покрытия ветвей A и C. После выполнения вышеуказанных процедур для каждой ветви создаются два слоя.
Рисунок 5. Первая генерируемая траектория 90 "Ply. Первый путь генерируется для покрытия ветвей A и B непрерывным курсом при минимизации пробелов и перекрытий. Аналогичным образом, второй путь генерируется для покрытия ветвей B и C, а третий должен охватывать ветви A и C, чтобы получить равномерное покрытие мандреля. Траектория итеративно генерируется, следуя той же процедуре. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Разложение траектории
Разложение траектории определяет траекторию каждого робота самостоятельно, чтобы избежать столкновения друг с другом. Давление компрессионного ролика головки волокна должно быть нормальным для поверхности мандрила, а ось компрессионного катка всегда должна быть перпендикулярна траектории траектории во время производственных процессов. Мандрель монтируется на вращательной стадии, которая фиксируется на верхней платформе параллельного робота. Кинематические отношения между конечными эффекторами двух роботов заранее спланированы и известны.
Рисунок 6 иллюстрирует процесс разложения непрерывной упаковки двух ветвей мандреля формы с постоянным углом размещения 90 градусов. Он может быть разложен на траекторию серийного робота и вращающееся движение вращающейся стадии. Разложившиеся траектории могут гарантировать, что ролик будет нормальным для поверхности мандреля. Как уже упоминалось выше, после окончания обертывания от ветки А до ветки B,другой слой обернут из ветки B в ветку C. Затем запускается новый слой с ветки А в ветку C, а цикл упаковки сохраняет итератив.
Рисунок 6. Разложение для Y-shape траектории. Сгенерированная траектория разлагается на траектории серийного робота и вращающееся движение вращающейся стадии. Процесс разложения направлен на непрерывное обертывание двух ветвей Мандреля Y-формыс постоянным углом размещения 90 градусов. Угол - это ориентация конечного эффектора серийного робота. Вектор e2 является нормальным вектором единицы, который гарантирует, что ролик будет нормальным для поверхности плесени. В сугробной части траектории для серийного робота, шаг равен ширине лент. Смещения ролика находятся в направлении вектора e3. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Сингулярность и избегание ограничений
Траектория, созданная в автономном режиме для системы СКК, неизбежно состоит из особых точек и ограничений в некоторых случаях. Например, сингулярность запястья серийного робота возникает, когда оси соединения 4 и Сустав 6 совпадают из-за того, что угол вращения соединения 5, No 5, равен или близок к 0 . Разработанный алгоритм избежания может одновременно перемещать платформу 6-RSS и серийного робота, чтобы заложить волокно после генерируемых автономных траекторий. Во встроенном контроллере серийного робота, безопасный угол порога для соединения 5 составляет 3,5 ", что означает, что робот автоматически остановится, когда5 и 3,5. Учитывая доступность серийного робота и чувствительность обнаружения сингулярности, в качестве оптимального порога(5мин)для такого рода избегания сингулярности в ходе большого количества экспериментов выбрано 4,0 градуса. Условие триггера для механизма избежания сингулярности составляет5евро(k) В он-лайн алгоритме коррекции позы, показанном на рисунке 7,контролируется кодер совместного 5 серийного робота. Если Joint 5 соответствует состоянию триггера сингулярности, интегрированное программное обеспечение интерфейса управления будет генерировать смещение Ppo для параллельного робота и добавить коррекцию в автономном режиме последовательного робота соответственно. Когда Joint 5 проходит заранее определенный порог, параллельный робот возвращается к своей первоначальной позе, и он-лайн коррекция пути серийного робота останавливается.
В эксперименте создается офлайн-путь планирования для изготовления композитной части Y-формы, в которой происходит сингулярность суставного запястья. Результаты эксперимента показывают, что предлагаемый метод может создать коррекцию позы для параллельного робота и настроить автономный путь серийного робота на основе оптической обратной связи CMM. Таким образом, система может плавно пройти сингулярность и заложить волокна вдоль пути без прекращения, как показано на рисунке 8- Поэтому предлагаемая система СКК может выполнить производственный процесс структуры с Y-Shape успешно.
Рисунок 7. Диаграмма потока алгоритма коррекции позе он-лайн. Диаграмма потока с изложением процедур запуска он-лайн алгоритма коррекции позе. Она состоит из процедуры избегания сингулярности запястья и процедуры избежания совместных ограничений. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 8. Сравнение траектории с и без избегания сингулярности wrist, а) 3D рабочего пространства, б) угловой траектории соединения 5 и в) ориентационной траектории параллельного робота. () Фактический курс рабочего пространства ленты с и без избегания сингулярности запястья даны. Черная линия показывает, что, когда Joint 5 достигает диапазона -3,5 "J5 " 3,5", система останавливается из-за безопасного порогового угла настройки в контроллере робота. Синяя тире показывает, что робот может плавно пройти совместные пределы и завершить курс отдыха, используя алгоритм избежания для генерации путей коррекции как для параллельных, так и для серийных роботов. (b)Траектория Joint 5 прекращается примерно на 24 с без предложенного алгоритма избежания, когда серийный робот движется вблизи точки сингулярности (т.е. 4,0 градуса). (c)Приведены фактические траектории параллельного робота, включая угол Y-направления Euler позы end-effector. Синяя линия показывает исходный путь робота без какой-либо он-лайн коррекции, а красная линия иллюстрирует, что путь коррекции добавляется к роботу, когда Joint 5 близко к 4.0 ". Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Экспериментальные результаты показывают процесс производства 90 "курс размещения углы разработан нойсистемы СКК. Методологии, предложенные в этой работе, могут быть использованы для укладки волокна с углами размещения на 0 и 45 градусов на мандреле с Y-shape и другими формами. В то время как встроенный контроллер серийного робота способен обеспечить функцию избежания сингулярности17,поддерживается только линейное движение конечного эффектора. Когда конечный эффектор выполняет задачу движения круга, функция не работает, и, следовательно, сгенерированный желаемый автономный путь не может быть обеспечен. Кроме того, проблема совместного ограничения не может быть решена с помощью встроенных функций контроллера. Поэтому в настоящем документе предлагается метод коррекции он-лайн пути, чтобы преодолеть упомянутые недостатки, создав оптимальную коррекционную позу для серийных и параллельных роботов, и сохранить относительный путь между двумя роботами, чтобы следовать в автономном режиме на основе оптической обратной связи CMM. Условия запуска для совместных ограничений и сингулярностей указывают на момент, когда контроллер посылает командный сигнал движения, чтобы управлять параллельным роботом и, соответственно, изменять траекторию серийного робота. Инициированная ситуациями стеснения и сингулярности серийного робота, оптимальная коррекция траектории параллельного робота генерируется с целью минимального параллельного движения робота. По сравнению с современными машинами AFP, система СКК имеет потенциал для производства небольших композитных компонентов сложной геометрии.
Критическими шагами в протоколе являются генерация коррекции позы и ввода обоих роботов. Коррекция позы для траектории серийного робота осуществляется динамической модификацией пути (DPM), предоставляемой серийным роботом. Время отклика относительно длинное, что приводит к ошибке относительной позы двух кадров инструмента.
Наши планы на будущее включают в себя разработку передового контроллера на основе модели для повышения точности отслеживания пути для системы СКК, проектирование фильтра для удаления шума в оптическом измерении CMM, а также использование разработанной системы СКК для производства фактического составных структур.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Этот проект был профинансирован Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC) Канады по промышленным исследованиям кафедры в области автоматизированных композитов производства и Фонды de recherche дю Квебек - Natrue et технологий (ФРЗНТ).
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 |
References
- Groppe, D. Robots Improve the Quality and Cost-effectiveness of Composite Structures. Industrial Robot: An International Journal. 27 (2), 96-102 (2000).
- Ahrens, M., Mallick, V., Parfrey, K. Robotic Based Thermoplastic Fibre Placement Process. Industrial Robot: An International Journal. 25 (5), 326-330 (1998).
- hirinzadeh, B., Cassidy, G., Oetomo, D., Alici, G., Ang, M. H. Jr Trajectory generation for open-contoured structures in robotic fibre placement. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 23 (4), 380-394 (2007).
- Shirinzadeh, B., Foong, C. W., Tan, B. H. Robotic fibre placement process planning and control. Assembly Automation. 20 (4), 313-320 (2000).
- Shirinzadeh, B., Alici, G., Foong, C. W., Cassidy, G. Fabrication process of open surfaces by robotic fibre placement. Robotics and Computer Integrated Manufacturing. 20 (1), 17-28 (2004).
- Coriolis. , Available from: http://www.coriolis-composites.com/ (2011).
- Dasgupta, B., Muthyunjaya, T. S. The Stewart platform manipulator: a review. Mechanism and Machine Theory. 35 (1), 15-40 (2000).
- Zhang, X. M., Xie, W. F., Hoa, S. V., Zeng, R. Design and Analysis of Collaborative Automated Fiber Placement Machine. International Journal of Advanced Robotics and Automation. 1 (1), 1-14 (2016).
- Shirinzadeh, B., et al. Laser interferometry-based guidance methodology for high precision positioning of mechanisms and robots. Robotics Computer-Integrated Manufacturing. 26 (1), 74-82 (2010).
- Vincze, M., Prenninger, J. P., Gander, H. A laser tracking system to measure position and orientation of robot end effectors under motion. International Journal of Robotics Research. 13 (4), 305-314 (1994).
- Li, P., Zeng, R., Xie, W., Zhang, X. Relative posture-based kinematic calibration of a 6-RSS parallel robot by optical coordinate measurement machine. International Journal of Advanced Robotic Systems. 15 (2), (2018).
- Shu, T., Gharaaty, S., Xie, W. F., Joubair, A., Bonev, I. Dynamic path tracking of industrial robots with high accuracy using photogrammetry sensor. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 23 (3), 1159-1170 (2018).
- Shirinzadeh, B., Cassidy, G., Oetomo, D., Alici, G., Ang, M. H. Jr Trajectory generation for open-contoured structures in robotic fibre placement. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 23 (4), 380-394 (2007).
- Blom, A. W., Abdalla, M. M., Gürdal, Z. Optimization of course locations in fiber-placed panels for general fiber angle distributions. Composites Science and Technology. 70 (4), 564-570 (2010).
- Hély, C., Birglen, L., Xie, W. F. Feasibility study of robotic fibre placement on intersecting multi-axial revolution surfaces. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 48, 73-79 (2017).
- Zhang, X. M., Xie, W. F., Hoa, S. V. Semi-offline trajectory synchronized algorithm of the cooperative automated fiber placement system. Robotics and Computer–Integrated Manufacturing. 51, 53-62 (2018).
- Robotics America Corporation. FANUC Robotics SYSTEM R-30iB Handling Tool Setup and Operations Manual. Fanuc. , 1686-1692 (2012).
