İşbirlikçi Kompozit Üretim (CCM) Sisteminin İşleyişi
October 1st, 2019
Prepreg bandı kullanılarak kompozit laminatların robotik olarak döşenmesi için ortak bir kompozit üretim sistemi geliştirilmiştir. Önerilen sistem geometrik karmaşıklığı yüksek düzeyde kompozit laminat üretimine olanak sağlar. Yol planlaması, robotların koordinasyonu ve kontrolü ile ilgili konular önerilen yöntemde ele alınmaktadır.
Mevcut otomatik fiber yer makineleri sadece sanayi küçük karmaşık yapılarda artan ilgi karşılamak değil büyük, açık yüzey parçaları üretebilir. Bir dönme aşaması, paralel bir robot ve seri robotlar istihdam ederek, bir lif yerleştirme makinesinin el becerisi karmaşık kompozit parçaların üretimi için önemli ölçüde geliştirilebilir. Prosedürü gösteren Pengcheng Li, benim laboratuvarımdan doktora öğrencisi olacak.
Optik CMM yazılımı üzerinden çerçeve tanım dosyası yükleyerek başlayın. Konumlandırma ve Tespit hedefleri tıklatın ve paralel robotun motorlarında bağlı hedefleri seçin. Bu hedefleri tüm sistemin konumlandırma başvurusu olarak kullanmak için Kabul Et'i tıklatın ve Varlıklar listesinde Temel Çerçeve'yi tıklatın ve bu başvuru çerçevesini kaynağını yap'ı seçin.
Son efektör platformu çerçevesinin izleme modelini tanımlamak için İzleme modellerini seçin, Modeli Algıla'yı tıklatın ve paralel robotun son efektör platformunda sabitlenmiş hedefleri seçin. Kabul Et'i tıklatın ve İzleme modellerini tıklatın. Açılan yolda UpPlatform'u seçin ve Yukarı Çerçeve'yi tıklatın.
Ardından Uygula ve Dosyala, Dışa Aktar ve İzleme modelini tıklatın ve izleme modelini kaydetmek için bir dosya adı girin. Takım çerçevesinin izleme modelini tanımlamak için, İzleme modellerini seçin ve modelalgıyı seçin ve seri robotun araç çerçevesine sabitlenmiş hedefleri seçin. Kabul Et'i tıklatın ve İzleme modellerini ve SerTool'u tıklatın.
Ardından, açılan listede SerToolFrame'i seçin, Uygula'yı tıklatın ve tanımlanan izleme modelini kaydedin. Döndürme aşamasını hazırlamak için, olay odaklı programlama dili tarafından programlanan entegre kontrol arabirimini Bilgisayar A'ya yükleyin ve döndürme aşamasının denetleyicisini bağlamak için Bağlan'ı tıklatın. Döndürme aşamasının motorunu bağlamak için Etkinleştir'i tıklatın ve dönme aşamasını ana konuma taşımak için Ana Sayfa'yı tıklatın.
Seri robotu hazırlamak için seri robot kumandasına güç ve robot sunucusunu bağlamak için entegre kontrol arabirimine bağlan'a tıklayın. Optik CMM'yi hazırlamak için optik CMM kumandasının gücünü ve kumandanın ekranıhazır olana kadar bekleyin. Uygulama programlama arabirimi üzerinden optik CMM bağlamak için entegre kontrol arayüzü connect'i tıklatın ve temel model, üst platform modeli ve seri robotun son efektör modelini içeren birinci bölümde oluşturulmuş modelleri içe aktarın.
Sıra Ekle'yi tıklatın ve gerektiğinde modeller arasında göreli sıraekleyin. Ardından modellerin pozlarını izlemek için İzlemeyi Başlat'ı tıklatın. Paralel robotu hazırlamak için, paralel robot kumandasına güç.
programı SerialPort_Receive yükleyin ve Normal modu seçin. Para Uzaktan Kumanda programını yükleyin ve Harici modunu seçin. Ardından hedefe bağlanmak için Artımlı Yapı'yı tıklatın ve paralel robotun denetleyicisini başlatmak için iki programın Simülasyonu Başlat'ı tıklatın.
Çevrimdışı yolu oluşturmak için, sayısal bilgi işlem yazılımı aracılığıyla yol planlama arabirimini yükleyin ve parça dosyasını seçmek için STL'yi içe aktar'ı tıklatın. Segmentasyon ve İş Bölgesi Ekle'yi tıklatın ve silindir çıkarma işleminde bölgeyi seçin. Kaydırıcıyı %100'e ayarlayın ve yolun başlangıç dalını seçmek için Silindirleri Ayıkla ve İş Bölgesi Ekle'yi tıklatın.
Yol Oluştur'u tıklatın ve açılır pencerede Sabit Yerleşim Açısı'nı seçin. Ardından istenilen yerleşim açısını 90 dereceye ayarlayın ve kırmızı noktayı seçin. Oluşturulan yolu görüntülemek için, Yol açılır menüsünü seç menüsünde yolu seçin ve dosyayı kaydedin.
Yörünge ayrıştırma başlatmak için, sayısal bilgi işlem yazılımındaki Methode Jacobienne işlevini çalıştırın ve istediğiniz yol dosyasını açın. İstenilen yol numarasını girin. Yörüngenin ilk noktası hesaplanacak.
Ardından, bu poza ulaşmak için manipülatörün ilgi yapılandırmasını seçin. Yapılandırma tamamlandığında, ortak değerlerin evrimini gösteren bir grafik görüntülenir ve seri robotun yörüngesini ve dönme aşamasını içeren bir dosya oluşturulur. Yol değiştirme algoritması olmadan çevrimdışı bir yol çalıştırmak için, öğretme kolyesinde Seç'e basın ve alınan dosyanın adını seçin.
Yol dosyasını yüklemek için Enter tuşuna basın ve robot denetleyicisinin anahtarını Otomatik moduna çevirin. Öğretme kolyesi Açma/Kapama düğmesini Kapat'a çevirin ve yolu çalıştırmak için seri robotun kumandasına Döngü Başlangıç tuşuna basın. Ardından kooperatif kontrol panelinde Kooperatif Taşı'nı tıklatın.
Yol değiştirme algoritmasıyla çevrimdışı bir yol çalıştırmak için seri robotu yolu gösterildiği gibi çalıştıracak şekilde ayarlayın ve sistem için çevrimiçi yol değiştirme yeteneğini eklemek için işbirliği denetim panelinde DPM Connect'i tıklatın. Ardından kooperatif kontrol panelinde Kooperatif Taşı'nı tıklatın. Gösterildiği gibi, oluşturulan 90 derecelik kat herhangi bir kesinti olmadan iki dalı kapsayabilir ve bantlar arasındaki çakışmalar ve boşluklar en aza indirilebilir.
C dalını kapsayacak şekilde, B ve C dallarıikinci yörüngeyi oluşturur. Başka bir 90 derecelik katlı sonra dalları A ve C.Here kapsayacak şekilde oluşturulacak, sürekli sabit bir 90 derecelik yerleştirme açısı ile Y şeklindemandrel iki dalları sarma çürüme işlemi gösterilmiştir. Mandrel seri robotun yörüngesine ve dönme evresinin döner hareketine gösterildiği gibi sabit bir 90 derecelik yerleştirme açısıile ayrıştırılabilir.
Bu denemede, eklem bileği tekilliğinin gerçekleştiği Y şeklindeki kompozit parçanın üretimi için çevrimdışı bir planlama yolu oluşturuldu. Bu deneysel sonuçlar, önerilen yöntemin paralel robot için bir poz düzeltmesi oluşturabileceğini ve optik koordinat ölçüm makinesi geri bildirimine dayanarak seri robotun çevrimdışı yolunu ayarlayabiliyor. Bu şekilde, sistem sorunsuz tekillik geçebilir ve sonlandırma olmadan yol boyunca fiber kadar yatıyordu, önerilen CCM sistemi başarıyla Y-şekil yapısının üretim sürecini gerçekleştirebilir doğrulayan.
Hatırlanması gereken en önemli şey alt sistemleri doğru sırayla çalıştırmaktır. Bu işbirlikçi sistem, altı serbestlik derecesi, seri ve paralel robotlar ve optik koordinat ölçüm makinesi ile işbirliği yaparak karmaşık geometrinin küçük kompozit bileşenlerini üretme potansiyeline sahiptir.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Genel Bakış
Prepreg bant kullanarak kompozit laminatların robotik döşenmesi için işbirliğine dayalı bir kompozit üretim sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem, karmaşık geometrilere sahip kompozit laminatların üretimini artırır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Kompozit üretimi
- Robotik
- Otomasyon
Arka Plan
- Mevcut otomatik elyaf yerleştirme makineleri büyük, açık yüzeyli parçalarla sınırlıdır.
- Sanayide küçük, karmaşık yapılar için artan talep bulunmaktadır.
- İleri robotik kullanılarak elyaf yerleştirme makinelerinin çevikliği geliştirilebilir.
- Çalışma, kompozit parça üretimini artırmak için bir yöntem gösterir.
Çalışmanın Amacı
- Karmaşık kompozit laminatların üretimine olanak sağlayan bir sistem geliştirmek.
- Yol planlama ve robot koordinasyonundaki zorlukları ele almak.
- Kompozit parçaların üretim sürecini iyileştirmek.
Kullanılan Yöntemler
- Döner aşama ve paralel ve seri robotların kombinasyonunun kullanımı.
- Optik CMM yazılımı aracılığıyla yükleme çerçevesi tanım dosyalarının yüklenmesi.
- Doğru referans için tespit edilen hedefler kullanılarak robotların konumlandırılması.
- Robotik sistem için köken olarak bir temel çerçeve oluşturmak.
Ana Sonuçlar
- Önerilen sistem, elyaf yerleştirme makinelerinin çevikliğini başarılı bir şekilde artırır.
- Karmaşık kompozit parçalar, iyileştirilmiş hassasiyetle üretilebilir.
- Yol planlama ve koordinasyon sorunları etkili bir şekilde ele alındı.
- Yöntem, endüstriyel uygulamalar için potansiyel gösterir.
Sonuçlar
- İşbirliğine dayalı üretim sistemi, kompozit üretiminde önemli bir ilerlemeyi temsil eder.
- Gelişmiş robot koordinasyonu, daha iyi üretim sonuçlarına yol açar.
- Bu yaklaşım, sanayinin karmaşık yapılar talebini karşılayabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Manufacturing complex composite structures remains a bottleneck in biopharma device development, where precision lay-up of biomaterials is critical for implantable scaffolds and diagnostic housings. The CCM system addresses this by enabling robotic fiber placement on intricate geometries through coordinated multi-axis control and real-time pose correction. This enhances reproducibility and reduces reliance on manual processes, supporting scalable production of high-complexity components.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables fabrication of biomimetic scaffolds with complex topographies for studying cell-material interactions in target validation assays.
- Operational Value: Reduces variability in scaffold production, improving consistency in preclinical screening outcomes.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Produces standardized composite substrates with controlled surface geometry for reproducible biomarker screening platforms.
- Operational Value: Supports high-fidelity replication of assay-compatible components across multiple runs and sites.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates production of patient-specific implant prototypes with anatomical fidelity for preclinical efficacy testing.
- Operational Value: Enables iterative design refinement through rapid, accurate manufacturing of complex test articles.
Pipeline & Workflow Integration
The CCM system integrates into the discovery workflow by enabling precise fabrication of composite-based tools and devices from early hypothesis testing through preclinical validation.
- Discovery Biology: Supports creation of intricate 3D culture systems that model complex tissue interfaces for mechanistic de-risking.
- Screening: Delivers dimensionally stable platforms for consistent immobilization of capture reagents in diagnostic assay development.
- Analytics: Provides geometric precision critical for aligning sensor arrays or microfluidic channels in diagnostic devices.
- Translational Research: Bridges design and validation by producing anatomically accurate prototypes for iterative preclinical evaluation.
- Enterprise Reuse: Functions as a adaptable fabrication capability across multiple projects requiring complex composite geometries.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence by enabling accurate reproduction of complex biomaterial structures.
- Operational Value: Enhances manufacturing consistency through vision-guided path correction and reduced manual intervention.
- Strategic Value: Accelerates development timelines by resolving geometric fabrication bottlenecks in device prototyping.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted advancement by ensuring reliable production of high-complexity components for go/no-go decisions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in robotic programming, coordinate metrology, and composite material handling.
- Depends on integrated control interfaces, optical tracking systems, and path planning software for operation.
- Necessitates standardization of pose correction protocols across teams to ensure reproducible outcomes.
- Involves adaptation of path generation algorithms for varying mandrel geometries and fiber tow properties.
- Limited by the need for careful calibration to manage positioning errors and singularity avoidance in complex paths.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:45
Parallel Robot Base Frame Definition
2:13
System Preparation
4:01
Off-Line Path Generation
4:52
Individual Serial Robot and Rotational Stage Trajectory Decomposition
5:35
Off-Line Path Execution without and with Path Modification Algorithm
7:58
Results: Representative Collaborative CCM Manufacturing
9:24
Conclusion
