[发明专利]一种低刚度片状材料的自动化适应性抓放方法

说明书

本发明提供一种低刚度片状材料的自动化适应性抓放方法，该方法包括：1.基于图形技术，按特征对材料进行分类；2.针对材料的尺寸，采取单独一套或是多套自动化搬运单元进行协同作业；3.针对抓取材料，选择合适的末端执行器，并调节其数量和XY位置；4.针对抓取材料的初始和铺放曲面，调节末端执行器上的抓取装置和伸缩模组的Z向行程。最终实现多种形状、大批量数量、不同材质的低刚度片状材料的自动化拾取和铺放操作。本发明结构合理可靠，可以兼容多种形状、材质的低刚度片状材料，可以实现自动化搬运拾取、铺放功能，效率提高50％以上。

技术领域

本发明涉及纤维复合材料自动铺放技术领域，具体而言是一种低刚度片状材料的自动化适应性抓放方法。

背景技术

在航空航天、汽车等领域，复合材料由于其高比强度，高比模量而被广泛使用。在制备这些复合材料零件的过程中，复合材料需要被进行频繁地抓取和铺放。复合材料零件制备工艺有其特殊性：大部分的复合材料都需要被切割机从料卷上按照相应的形状切割出来，然后被人工挑拣出来，之后再被抓取并叠层铺放到相应的模具上。除此以外，复合材料本身还有材料本身的特殊性：切割后的复合材料本身刚度较小、形状和材质各异(玻纤、碳纤的单向带或是编织布)会交替使用。上面的两个特殊性导致了目前只能采用人工的方式对复合材料进行抓取和铺放操作。但是人工的方式会导致复合材料构件制造成本高、效率低以及质量波动大，为此采用自动化技术实现复合材料的抓取和铺放势在必行。专利CN104759862A公开了一种不规则柔性垫片点阵吸盘随形自动拾取装配机，该专利不适合交替抓取尺寸跨度大的多种材料，因为：在抓取铺放较小尺寸材料时，受点阵吸盘排列密度影响导致小片材料无法抓取；抓取大尺寸材料时，安装大量吸盘会导致成本急剧增加的问题。

发明内容

根据上述技术问题，本专利提供一种低刚度片状材料的自动化适应性抓放方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种低刚度片状材料的自动化适应性抓放方法，此方法采用自动化搬运系统，所述自动化搬运系统包括至少一个自动化搬运单元，所述自动化搬运单元包括框架架构和连接块，所述框架结构由多个依次铰接的伸缩机构所围成，所述连接块设置在所述框架结构的中心，其顶部与移动连接块的工业机器人连接，且其通过调节机构与所述框架结构连接，所述框架结构的底部安装有多个末端执行器，所述末端执行器用于抓取待抓取平面材料，且在Z向方向上伸缩；所述末端执行器包括抓取装置和伸缩模组，所述伸缩模组用调整抓取装置在Z向位置，所述抓取装置包括吸盘或夹钳或刺针。

所述调节机构包括伸缩装置和旋转装置，所述伸缩装置的一端与所述框架结构铰接，所述伸缩装置的另一端通过所述旋转机构与所述连接块连接。所述伸缩装置和伸缩机构可以为气缸、液压缸、电动推杆等装置，所述旋转机构可以选择伺服电机、马达等装置。通过调节伸缩装置和伸缩机构的行程和旋转机构的行程，来改变框架结构的形状，进而改变末端执行器上的抓取装置的位置。

一种低刚度片状材料的自动化适应性抓放方法包括如下步骤：

(1)将抓取材料的图形输入计算机；

(2)将抓取材料的图形按特征进行分类；使得待抓取材料的图形有一个固定编号C(i,j)；其中i为该图形对应的类别编号，j为该图形在第i类中的序号。将待抓取材料按特征进行分类的方法为：先对已获得的待抓取材料的图形通过主成分分析、模式识别、特征矩阵以及神经网络进行处理，将待抓取材料的图形按照形状、尺寸、孔洞、表面纹理分类，然后结合待抓取材料的材质参数进行二次分类，其中材质参数包括面密度、干湿程度、材料刚度；之后依据工程需要对两次分类的结果进行组合取并集或交集，确定最后的分类。