Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Drift av systemet för kollaborativt sammansatt tillverknings system (CCM)

Published: October 1, 2019 doi: 10.3791/59969

Summary

Ett gemensamt sammansatt tillverkningssystem är utvecklat för robot uppläggning av komposit laminat med prepreg-tejp. Det föreslagna systemet möjliggör produktion av komposit laminat med hög geometrisk komplexitet. Frågorna i vägen planering, samordning av robotar och kontroll behandlas i den föreslagna metoden.

Abstract

Den automatiserade band placering och automatiserad fiber placering (AFP) maskiner ger en säkrare arbetsmiljö och minska arbetskraften intensitet arbetstagare än den traditionella manuella fiber placering gör. Därmed förbättras produktions noggrannheten, repeterbarheten och effektiviteten hos komposit tillverkningen avsevärt. Men de nuvarande AFP-system kan bara producera kompositkomponenter med stor öppen yta eller enkla revolution delar, som inte kan möta det växande intresset för små komplexa eller slutna strukturer från industrin.

I denna forskning, genom att anställa en 1-grad av frihet (DoF) roterande skede, en 6-RSS parallell robot, och en 6-DoF seriell robot, den fingerfärdighet i AFP-systemet kan förbättras avsevärt för tillverkning komplexa sammansatta delar. Den roterande scenen monterad på parallell roboten utnyttjas för att hålla Dorn och seriell robot bär placeringen huvudet för att efterlikna två mänskliga händer som har tillräckligt fingerfärdighet att lägga fibern till dorn med komplexa kontur.

Även om CCM systemet ökar flexibiliteten i komposit tillverkning, är det ganska tidskrävande eller till och med omöjligt att generera den genomförbara off-line väg, vilket garanterar enhetlig uppläggning av efterföljande fibrer med tanke på de begränsningar som singulariteter, kollisioner mellan fiber placering huvudet och mandrel, slät fiberriktning förändring och hålla fiber placering huvudet längs normen av den del yta, etc. Dessutom, på grund av den befintliga positionering fel av robotarna, on-line Path korrigering behövs. Därför föreslås on-line pose korrigering algoritm för att korrigera sökvägar för både parallella och seriella robotar, och för att hålla den relativa vägen mellan de två robotarna oförändrad genom visuell feedback när begränsningen eller singulariteten problem i planering av off-line bana sker. De experimentella resultaten visar att det designade CCM-systemet kan uppfylla den rörelse som behövs för att tillverka en sammansatt struktur med Y-form.

Introduction

Nyligen har det ökande behovet av högpresterande sammansatta strukturer i olika branscher kraftigt drivit utvecklingen av komposit tillverkningsteknik1,2. Den traditionella manuella tillverkningen kan inte uppfylla kraven på hög effektivitet, noggrannhet och kvalitet i den framväxande industrin. Denna aspekt har uppmuntrat utvecklingen av ny produktionsteknik såsom AFP-system. Den AFP-teknik automatiserar produktionen av kompositmaterial strukturer med prepregs, som finns i form av remsor som består av impregnerade fiberband (glas, kol, etc.) av semi-polymeriserat harts. I AFP-systemet, en deposition huvud med förmåga att värma och komprimera kådan och är monterad på en fiber placering maskin eller en industrirobot. Fiber placerings maskinen eller roboten som transporterar deposition huvudet lägger upp och korsar ytan av verktygen mandrels. I tillverkningsprocessen används verktygs Dorn som en form som ska lindas runt av och för att bilda en viss struktur av komposit delen. Den Dorn kommer att tas bort efter att delen är botad. Den nuvarande AFP-system kan avsevärt förbättra effektiviteten och kvaliteten på produktionen av kompositmaterial3,4,5. De är dock begränsade till produktion av öppna ytor som presenterar en platt eller konturerad yta, eller enkla revolution delar såsom cylindrar eller koner på grund av otillräcklig DoF av systemet och svårigheterna att generera Trajectories. Speciellt flygindustrin och produktions industrierna av sportutrustning är nu intresserade av denna teknik för produktion av strukturer med mer komplexa geometrier, som "Y" rör eller de strukturer som bildar slutna slingor såsom cykelramar.

För att kunna tillverka strukturerna med komplexa geometrier bör AFP-systemets flexibilitet förbättras. Till exempel, en 8 DOF AFP-system har föreslagits6 genom att lägga till en linjär spår till en 6 DOF industrirobot och en roterande skede till Dorn Holding plattform. Systemet är dock fortfarande inte lämpligt för tillverkning av ovan nämnda delar med komplexa geometrier. Den samverkande robotsystem bestående av två robotar är en lovande lösning för att öka fingerfärdighet genom att anställa en robot för att hålla fiber placering huvudet på slutet-effektor och en annan robot för att hålla mandrel. De två-Serial-robot Collaborative system kan inte lösa problemet fiber placering, eftersom de seriella robotarna tenderar att deformera och förlora noggrannheten på grund av dess grenställ struktur, med tanke på vikten av den Dorn och kompaktkraften kraft7. Jämfört med seriella robotar, 6 DoF parallella robotar, som har utnyttjats i Flight Simulator och medicinska verktyg, njuta av bättre styvhet och noggrannhet8. Därför är en parallell-seriell samverkande robotsystem, i ytterligare en roterande skede monterad på plattformen av parallell roboten, byggd för hantering av komplexa konstruktioner tillverkning i detta papper.

Men den inbyggda samverkande robotsystem ger svårigheter i utformningen av styrenheten för varje robot för att möta den höga noggrannhet kravet på fiber placering. Den exakta positionen mätning av slutet effektor kan uppnås genom att använda Laser Tracking system, som ofta används för att vägleda den industriella roboten i olika tillämpningar flygindustrin borrning9,10. Även om laser spårningssystemet kan ge hög exakt positionsmätning, ligger de viktigaste nackdelarna i kostnaden för systemet och ocklusion frågan. Laser spårningssystemet är dyrt, t. ex., en kommersiell laser tracker och dess tillbehör kostar upp till US $90000, och laserstrålen är lätt ockluded under förflyttning av robotarna. En annan lovande lösning är visionen mätsystem, som kan ge 6D pose mätning av slutet-effektor med en avsevärd noggrannhet till en låg kostnad. Ställningen kallas kombinationen av 3D-position och 3D-orientering av slutet effektor med avseende på Bottenramen av roboten. Den optiska CMM (se tabell över material) är en Dual Camera-baserad visuell sensor. Genom att observera flera reflektor mål fästa på de två robotens effektorer, kan de relativa ställningarna mellan robotarna mätas i realtid. Den optiska CMM har tillämpats framgångsrikt på Robotic kalibrering11 och dynamisk vägspårning12 och därmed införs för att ge återkoppling mätning till slutna systemkontroll av det föreslagna CCM systemet i denna studie.

Kvaliteten på slutet sammansatta produkten är till stor del beroende på hur den ursprungliga fiber banan genereras för AFP13,14. Path generation processen utförs normalt med hjälp av off-line programmeringsprogram. Den genererade vägen består av en serie tag punkter på mandrel, som indikerar pose av fiber placerings huvudet. Till skillnad från andra bana planering applikationer såsom färg deposition, polering eller bearbetning, där olika typer av täckning vägar är möjliga, valet är begränsat i fallet med AFP, eftersom fibern är kontinuerlig och det är inte möjligt att utföra abrupt förändringar i riktning (skarpa hörn) utan att skada den och placerings huvudet bör hållas i normen för ytan av delarna. Den första utvecklingen av bana generation teknik för AFP har koncentrerat sig på att tillverka stora platta paneler5 innan du går mot att tillverka objekt av 3D-former såsom öppna böjda ytor eller koner5, 14. men ingen praktisk metod har utvecklats för att generera off-line väg för de delar med komplexa geometrier såsom Y-form eller andra former. Därför är en effektiv vägplanering algoritm för delar med komplexa-kontur ytor utformad för att säkerställa en enhetlig uppläggning av efterföljande fibrer utan luckor eller överlappningar i vår tidigare forskning15. Med tanke på den praktiska och effektiviteten i vägen genererar algoritm, endast 6-DOF seriell robot med placeringen huvudet och 1-DOF roterande skede som Dorn innehavaren betraktas som målsystemet för att hitta den optimala banan planering i gemensamt utrymme med minsta tidskriterier. Det kan vara alltför komplicerat och tidskrävande att generera off-line bana för hela 13 DoF CCM systemet på grund av den tunga kinematik beräkningen och beaktande av olika begränsningar som singulariteter, kollisioner, smidig riktning förändras och att hålla placerings huvudet i normen av delar yta, etc.

Den föreslagna off-line bana planering kan generera servo referens för 6 DoF seriell robot och rotations stadiet respektive med exakt timing. Även med denna off-line bana planering, kan det vara omöjligt att generera en genomförbar väg under alla begränsningar för vissa geometri delar. Dessutom kan positionerings felen hos robotarna orsaka att robotarna kolliderar med dorn eller en annan enhet i arbetsmiljön. On-line Path modifiering genomförs baserat på visuell återkoppling från den optiska CMM. Därför är on-line pose korrigering algoritm föreslås för att korrigera sökvägen till parallell roboten och för att justera en motsvarande förskjutning på sökvägen till den seriella roboten samtidigt genom visuell feedback. När kollisionen och andra begränsningar upptäcks, hålls den relativa ställningen mellan de två robotarna också oförändrad när du följer den off-line genererade sökvägen. Genom korrigering av on-line Path, CCM-systemet kan undvika dessa punkter smidigt utan uppsägning. På grund av flexibiliteten i parallell roboten kan de 6D-rätningsförskjutningar genereras med avseende på olika begränsningar. Detta manuskript presenterar en detaljerad operation förfarande av CCM-systemet med on-line pose korrigering algoritm.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ram definitioner för CCM-systemet

Obs: den optiska CMM är en dubbel kamera sensor, som kan spåra objektet med en styv uppsättning reflektorer som mål i realtid. Placerings principen för dessa mål är att målen har fastnat på de asymmetriska platserna med visst avstånd bland dem. Målen måste fastställas på robotarna eller placerings huvudet och förbli i synfältet (FOV) av den optiska CMM. Minst fyra mål bör observeras för varje definierad ram av den optiska CMM hela tiden. Den parallella robotens bottenram, effektorramen för parallell roboten och verktygs ramen för den seriella roboten betecknas som Fb, ftPoch fts, respektive. Definitionerna av dessa ramar visas i figur 1. Eftersom bas ramarna för parallell roboten och serie roboten är fasta kan omformnings matrisen mellan de två bas ramarna härledas genom kalibrering.

Figure 1
Figur 1. System konfiguration för kollaborativt sammansatt tillverkning (CCM). Hårdvaran i CCM-systemet består av en 6-RSS parallell robot, en 1-DoF roterande skede, en 6-DoF seriell robot, ett placerings huvud, och den optiska CMM. Den Dorn är fastspänd på rotations stadiet, och rotations fasen är monterad på parallell roboten. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Definition av bas ramen för parallell roboten
    1. Ladda Frame definitionsfilen genom programvaran av den optiska CMM (se tabellen av material).
    2. Klicka på positionering identifiera mål. Välj de mål som är fästa på motorerna i parallell roboten. Klicka på acceptera för att ta dessa mål som positionerings referens för hela systemet.
    3. I listan entiteter klickar du på bas ram och väljer gör den här referensramen till ursprunget.
      Anmärkning: Syftet med steg 1,1 är att ta Fb som referensram för hela systemet. Bild Rute definitionsfilen kan erhållas på följande länk: < https://Users.ENCS.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/P3. CSF >.
  2. Definition av spårnings modell av effektor plattform ram
    1. Välj spårnings modeller i navigeringsområdet. Klicka på identifiera modelloch välj sedan de mål som har korrigerats på parallell robotens effektorplattform. Klicka på acceptera.
    2. Klicka på den genererade identifierings modellen. Välj Up_Frame i den nedrullningsbara listan över Origin-förskjutningen. Klicka sedan på Verkställ.
      Anmärkning: det här steget är att ställa in de fasta relationerna mellan den end-Effector plattform ram FtP och de mål som fästs på slutet Effector plattform.
    3. Klicka på Arkiv-export-spårningsmodelloch ange ett filnamn för att spara spårnings modellen.
  3. Definition av spårnings modell för verktygs ramen
    1. Välj spårnings modeller. Klicka på identifiera modelloch välj sedan de mål som har korrigerats på verktygs ramen för serie roboten. Klicka på acceptera.
    2. Klicka på den genererade identifierings modellen. Välj Sertoolframe i den nedrullningsbara listan över Origin-förskjutningen. Klicka på Verkställ och spara den definierade spårnings modellen.

2. system förberedelse

Obs: kontrollsystemets layout för CCM-systemet visas i figur 2.

Figure 2
Figur 2. Systemlayouten. Två datorer (A & B) används för att kontrollera CCM-systemet. Kommunikationen mellan dem är via RS232. Dator A styr rotationstillstånd, fotogrammetri senor och seriell robot. Dator B styr parallell roboten, motorer och ventiler etc. vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Förberedelse av rotations stadiet
    1. Ladda det integrerade styrgränssnittet programmerat av händelsestyrt programmeringsspråk på dator A.
      Obs: kontroll gränssnittet visas i figur 3. Gränssnittsprogrammet kan erhållas på följande länk: < https://Users.ENCS.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/PCDK-ctrack. rar >.
    2. Klicka på Anslut för att ansluta styrenheten för rotations fasen. Klicka på Aktivera för att ansluta motorn i rotations stadiet. Klicka sedan på hem för att flytta rotations stadiet till hempositionen.

Figure 3
Figur 3. Kontroll gränssnitt. Styr program som programmerats av händelsestyrt programmeringsspråk. Gränssnittet består av 6 sektioner: seriell robot, parallell robot, rotations Stadium, Path import, optisk CMM och kooperativ kontroll. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Beredning av serie roboten
    1. Slå på den seriella robotens styrenhet (se material tabellen).
    2. Klicka på Anslut på det integrerade styrgränssnittet för att ansluta robot servern.
  2. Beredning av den optiska CMM
    1. Slå på styrenheten för den optiska CMM och vänta tills skärmen på styrenheten visar klar.
    2. Klicka på Anslut på det integrerade styrgränssnittet för att ansluta Optical CMM via programmeringsgränssnittet (API).
    3. Importera modellerna som byggts i avsnitt 1, som inkluderar basmodellen, den övre plattforms modellen och effektormodellen för serie roboten.
    4. Klicka på Lägg till sekvens. Lägg till den relativa sekvensen mellan modellerna om det behövs. Klicka sedan på Starta spårning för att spåra ställningen av modellerna.
  3. Förberedelse av parallell roboten
    1. Slå på den parallella robotens styrenhet.
    2. Ladda programmet SerialPort_Receive och välj Normal läge.
      Obs: SerialPort_Receive -programmet kan inte styra parallell roboten direkt. Den används för att ta emot fjärrdata från dator A via seriell kommunikationsport. Den SerialPort_Receive programmet kan erhållas på följande länk: < https://Users.ENCS.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/SerialPort_Receive. mdl >.
    3. Ladda Pararemotecontrol -programmet och välj externt läge. Klicka sedan på stegvis build att ansluta till målet.
      Obs: Pararemotecontrol -programmet används för att ta emot önskad pose från SerialPort_Receive program och styra parallell roboten. Programmet pararemotecontrol kan erhållas på följande länk: < https://Users.ENCS.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/pararemotecontrol. mdl >.
    4. Klicka på Starta simulering av de två programmen för att initiera den parallella robotens styrenhet.

3. generera off-line sökväg

  1. Läs in gränssnittet för banplanering genom det numeriska datorprogrammet (se tabellen med material).
    Obs: gränssnittet visas i figur 4. Vägen planering gränssnittet är off-line programvara för att generera sökvägen för systemet och kan erhållas på följande länk: < https://Users.ENCS.Concordia.ca/~ wfxie/Jove_program/AFP_PathPlanning_Pcode. zip >.

Figure 4
Figur 4. Gränssnitt för banplanering. Vägen planering programvara består av 3 sektioner: visuell Area, kommando område och informationsruta. I avsnittet visningsområde kan 3D-visningen av delarna bearbetas. Avsnittet "kommando område" är att utföra huvudåtgärder för att generera off-line sökvägen. I avsnittet "informationsruta" visas information om programmets status. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

  1. Klicka på Importera stl och välj del filen. Klicka sedan på segmentering.
    Anmärkning: delen är uppdelad i separerade områden (cylindrar och korsningar av Y-formade delen). De olika regionerna visas i olika färger.
  2. Klicka på Lägg till arbetsområde och välj region för utvinning av cylindrar.
  3. Justera reglaget till 100% och klicka på extrahera cylindrar.
  4. Klicka på Lägg till arbetsområde för att välja Start grenen för banan.
  5. Klicka på generera sökväg. Välj det tredje alternativet: konstant placerings vinkel (CPA) i popup-dialogrutan.
  6. Välj önskad placerings vinkel 90 ° i popup-dialogfönstret. Välj sedan den röda pricken.
  7. Om du vill visa den genererade sökvägen klickar du på Välj en sökväg nedrullningsbara menyn. Välj sedan sökvägen.
  8. Spara sökvägen genom att klicka på arkiv > Spara och ange ett filnamn.

4. individuell nedbrytning av banan för serie roboten och rotations stadiet

  1. Kör funktionen Methode_Jacobian i det numeriska datorprogrammet (se tabell över material).
    Anmärkning: Methode_Jacobian funktion används för att sönderdela den genererade banan i steg 3 i två individuella banor för seriell robot och rotations stadiet.
  2. Välj önskad PATH-fil (som genereras av Ban planerings gränssnittet) och klicka på Öppna.
  3. Ange önskat Sök vägs nummer.
  4. Den första punkten i banan beräknas sedan. Välj önskad konfiguration för manipulatorn för att nå denna pose.
    Anmärkning: När steg 4,4 är klar visas ett diagram som visar utvecklingen av gemensamma värden. En fil som innehåller bana för seriell robot och rotations stadiet genereras.

5. köra off-line sökväg utan sökväg modifiering algoritm

  1. Tryck på Select på Teach-hängsmycke och välj namnet på den importerade filen. Tryck på RETUR för att läsa in Sök vägs filen.
  2. Vrid omkopplaren på robot styrenheten till Auto -läge. Vrid på/av-reglaget för Teach pendel till av.
  3. Tryck på cykelns start på den seriella robotens styrenhet för att köra sökvägen.
  4. Klicka på kooperativ flytta finns på kooperativa kontroll panelen.
    Obs: systemet kommer att köra offline sökvägen utan on-line Path modifiering algoritm. Om leden når till singulariteten eller villkoret villkoret, systemet kommer att sluta.

6. köra off-line sökvägen med sökvägen modifiering algoritm

  1. Upprepa steg 5.1 – 5.3. Klicka sedan på DPM Connect finns på kooperativa kontroll panelen i figur 3 för att lägga till on-line sökväg modifiering förmåga för systemet.
  2. Klicka på kooperativ flytta finns på kooperativa kontroll panelen.
    Obs: systemet kommer att köra offline sökvägen med on-line Path modifiering algoritm. Under utförandet, de singulariteter och fogar begränsningar övervakas genom kodaren mätning av seriell robot. Systemet kan smidigt passera singulariteten eller begränsningen begränsning punkter utan uppsägning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Experimentet syftar till att demonstrera processen för att realisera förslaget att lägga upp fibern på Y-form Dorn av den föreslagna CCM systemet. Processen utförs i tre steg: Path generation; bana sönderdelning; och singularitet och tvång undvikande.

Path generation
Normalt används standardorienteringen inom industrin för att definiera laminatets olika skikt. I detta dokument bör orienterings definitionen anpassas till den-formade kroppen. Genom att ta den centrala axeln av Dorn som en referens, nämligen 0 °, tre olika riktningar av ply, 0 °, 45 °, och 90 ° studeras för den praktiska sammansatta industriella tillämpningen. Banan generationen för 90 ° ply orientering visas som ett exempel. Den 90 ° skikt erhålls som en Helix kurva kurs, vars tonhöjd är bredden av komposit band. Därför är den faktiska vinkeln mellan kursen och referensen nära 90 °. Den genererade 90 ° ply kan täcka två grenar utan avbrott, och överlappningar och luckor mellan banden kan minimeras. Som visas i figur 5, är de tre grenarna i delen märkta som A, Boch C. Den första banan genereras för att täcka grenar A och B men lämna gren C avslöjats. För att täcka gren canses filialer B och c generera den andra banan. Slutligen genereras en annan 90 ° skikt för att täcka grenar A och C. Efter att ha efter ovanstående procedurer genereras två lager för varje gren.

Figure 5
Figur 5. Den första genererade banan för 90 ° ply. Den första vägen genereras för att täcka grenar a och B med en kontinuerlig kurs och samtidigt minimera luckor och överlappningar. På samma sätt genereras den andra vägen för att täcka filialer B och c och den tredje är att täcka grenar A och c för att få en enhetlig täckning av mandrel. Den bana som genereras iterativt genom att följa samma procedur. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Trajectory sönderdelning
Bana nedbrytning definierar banan för varje robot självständigt för att undvika kollision med varandra. Trycket av fiber placering Head ' s kompression rulle måste vara normal till ytan av Dorn och axeln av kompression rullen bör alltid hållas vinkelrätt mot banan vägen under tillverkningsprocesserna. Den Dorn monteras på rotations stadiet som är fast på den övre plattformen av parallell robot. Det kinematiska förhållandet mellan de två robotens effektorer är redan planerat och känt.

Figur 6 illustrerar den deformerande processen att kontinuerligt insvepa två grenar av den-form dorn med konstant 90 ° placerings vinkel. Det kan sönderdelas till banan av seriell robot och roterande rörelse av roterande skede. De nedbrutet banor kan garantera rullen skulle vara normal till Dorn ytan. Som nämnts ovan, efter avslutad omslag från gren A till gren b, är ett annat lager insvept från gren B till gren C. Sedan startas ett nytt lager från gren a till gren C och omslags cykeln håller iterativ.

Figure 6
Figur 6. Nedbrytning för Y-form bana. Den genererade banan bryts ned till trajectorier av seriell robot och roterande rörelse av rotations stadiet. Den förmultnande processen syftar till att kontinuerligt inslagning två grenar av Y-form dorn med konstant 90 ° placerings vinkel. Angle α är orienteringen av seriell robotens end-effektor. Vector e2 är den normala enheten vektor som garanterar rullen skulle vara normal till mögel ytan. I Helix del av banan för seriell robot, är planen lika med bredden på banden. Rullen förskjutningar är längs riktningen av vektorn e3. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Singularitet och begränsningar undvikande
Den bana genererade off-line för CCM systemet består oundvikligen av singular punkter och begränsningar i vissa fall. Till exempel, handleden singularitet av den seriella roboten uppstår när axlarna av joint 4 och joint 6 är sammanfallande på grund av det faktum att rotationsvinkeln av gemensamma 5, θ5, är lika med eller nära 0 °. Den framkallade undvikande algoritmen kan samtidigt flyttningen den 6-RSS plattformen och den seriella roboten för att att lägga upp fibern efter de genererade off-line trajectorisen. I den inbyggda styrenheten för serie roboten är en säker tröskel vinkel för LED 5 3,5 °, vilket innebär att roboten automatiskt stannar när θ5 ≤ 3,5. Med tanke på nåbarheten av den seriella roboten och känslighet Singularity upptäckten, är 4,0 ° valt som den optimala tröskeln (Δθ5min) för denna typ av singularitet undvikande genom en stor mängd experiment. Utlösarvillkoret för singularitet undvikande mekanismen är │ θ5(k) │ ≪ Δθ5min. I on-line pose korrigering algoritm som visas i figur 7, är kodaren av joint 5 av den seriella roboten övervakas. Om joint 5 uppfyller Singularity utlösa villkoret, den integrerade kontroll gränssnitt programvara kommer att generera offset Δppo för parallell robot och lägga till korrigering till off-line sökvägen till den seriella roboten därefter. När joint 5 passerar den fördefinierade tröskeln, flyttar parallell roboten tillbaka till sin ursprungliga pose och on-line Path korrigering av seriell robot stannar.

I experimentet genereras en off-line planerings väg för att tillverka Y-form komposit delen, där gemensamma handled singularitet inträffar. Experiment resultaten visar att den föreslagna metoden kan skapa attityd korrigeringen för parallell roboten och justera den seriella robotens off-line-bana baserat på den optiska CMM-feedbacken. På detta sätt kan systemet smidigt passera singularitet och lägga upp fibern längs vägen utan uppsägning som visas i figur 8] därför kan den föreslagna CCM-systemet utföra tillverkningsprocessen av strukturen med Y-form framgångsrikt.

Figure 7
Figur 7. Flödesschema för on-line attityd korrigering algoritm. Flödesschema som beskriver procedurerna för att köra on-line attityd korrigering algoritm. Det består av tillvägagångssättet av handleden Singularity undvikande och tillvägagångssättet av gemensamma begränsningar undvikande. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8. Bana jämförelse med och utan handleden Singularity undvikande, a) den 3D-arbetsyta kurs, b) den vinkelformiga banan för joint 5, och c) den vägledare gällande bana av parallell roboten. (a) den faktiska arbetsytebanan av tejpen med och utan handled singularitetsundvikande ges. Den svarta linjen visar att när LED 5 når området-3,5 ° ≤ J5 ≤ 3,5 °, stannar systemet på grund av inställningen för säker tröskel vinkel i robot styrenheten. Den blå streck linjen visar roboten kan smidigt passera gemensamma gränser och slutföra resten kursen med hjälp av undvikande algoritm för att generera korrigerings vägar för både parallella och seriella robotar. (b) bana av joint 5 slutar runt 24 s utan den föreslagna undvikande algoritm när den seriella roboten rör sig nära sin Singularity punkt (dvs., 4,0 °). c) de faktiska trajectorier av parallell roboten, inklusive Y-riktningen Eulers vinkel av slutet effektor pose, ges. Den blå linjen visar den ursprungliga sökvägen till roboten utan någon on-line korrigering, och den röda linjen visar att korrigerings vägen läggs till roboten när LED 5 är nära 4,0 °. Vänligen klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De experimentella resultaten visar tillverkningsprocessen för 90 ° ply placerings vinklar för det designade CCM-systemet. De metoder som föreslås i detta dokument kan användas för att lägga upp fiber med 0 ° och 45 ° ply placerings vinklar på dorn med Y-form och andra former. Fördriva tiden den bygget-i ledaren om följetong roboten är duglig till skaffa den Singularity undvikande huvudnummer17, bara linjär rörelse om slut-Effector är stöttat. När effektor exekverar uppgiften för cirkel rörelsen fungerar inte funktionen och därför kan den genererade önskade off-line-banan inte säkerställas. Dessutom kan det gemensamma begränsnings problemet inte lösas genom de inbyggda styrenhets funktionerna. Därför i detta dokument, en on-line Path korrigering metod föreslås för att övervinna de nämnda nackdelarna genom att generera den optimala korrigering pose för seriell och parallella robotar, och att hålla den relativa vägen mellan de två robotarna att följa off-line väg baserat på den optiska CMM-feedbacken. De utlösande förhållandena för gemensamma gränser och singulariteter indikerar det ögonblick då regulatorn sänder rörelse kommando signalen för att driva parallell roboten och på motsvarande sätt ändra den seriella robot vägen. Utlöses av begränsningen och singularitet situationer av seriell robot, den optimala vägen korrigering av parallell roboten genereras med målet att minsta parallella robot rörelse. Jämfört med de nuvarande AFP-maskinerna har CCM-systemet potential att tillverka små kompositkomponenter av komplex geometri.

De kritiska stegen i protokollet är generering av attityd korrigering och inmatning till båda robotarna. Pose korrigering för banan av den seriella roboten utförs av dynamisk väg modifiering (DPM) som tillhandahålls av Serial robot. Svarstiden är relativt lång, vilket resulterar i fel i den relativa Posen av de två verktygs ramarna.

Våra framtidsplaner inkluderar att utveckla en avancerad modellbaserad Controller för att förbättra noggrannheten för vägspårning för CCM-systemet, designa ett filter för att ta bort bullret i den optiska CMM-mätningen och använda det utvecklade CCM-systemet för att tillverka den faktiska sammansatta strukturer.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har inget att avslöja.

Acknowledgments

Detta projekt finansierades av naturvetenskapliga och tekniska forskningsrådet (NSERC) i Kanada industriell forskning stol i automatiserad kompositer tillverkning och fonds de Recherche du Québec-NATRUE et Technologies (FRQNT).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Groppe, D. Robots Improve the Quality and Cost-effectiveness of Composite Structures. Industrial Robot: An International Journal. 27 (2), 96-102 (2000).
  2. Ahrens, M., Mallick, V., Parfrey, K. Robotic Based Thermoplastic Fibre Placement Process. Industrial Robot: An International Journal. 25 (5), 326-330 (1998).
  3. 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).
  4. Shirinzadeh, B., Foong, C. W., Tan, B. H. Robotic fibre placement process planning and control. Assembly Automation. 20 (4), 313-320 (2000).
  5. 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).
  6. Coriolis. , Available from: http://www.coriolis-composites.com/ (2011).
  7. Dasgupta, B., Muthyunjaya, T. S. The Stewart platform manipulator: a review. Mechanism and Machine Theory. 35 (1), 15-40 (2000).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Robotics America Corporation. FANUC Robotics SYSTEM R-30iB Handling Tool Setup and Operations Manual. Fanuc. , 1686-1692 (2012).

Tags

Engineering fråga 152 kollaborativt sammansatt tillverkning (CCM) system parallell robot optisk koordinatmätmaskin (CMM) on-line pose korrigering algoritm begränsningar Singularity
Drift av systemet för kollaborativt sammansatt tillverknings system (CCM)
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, P., Zhang, X., Xie, W., Hoa, S.More

Li, P., Zhang, X., Xie, W., Hoa, S. V. Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System. J. Vis. Exp. (152), e59969, doi:10.3791/59969 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter