[发明专利]基于多机械臂协作的复合材料铺放机器人及铺丝方法

说明书

本发明公开了一种基于多机械臂协作的复合材料铺放机器人及铺丝方法，机器人包括芯模支撑架、旋转装置、设于旋转装置四周的若干机械臂移动轨道以、通过平移机构设于每个机械臂移动轨道上的若干机械臂以及若干带电轨道，每个机械臂的执行末端均设置有铺丝装置和用于监测待铺丝区域曲率信息的深度相机，机械臂通过滑动电刷与带电轨道相连；将芯模表面分为若干周向排列分布的周向铺丝区域，每个周向铺丝区域又分为若干纵向排列分布的纵向铺丝区域；铺丝时，通过平移机构平移完成机械臂对每个纵向铺丝区域进行铺丝，通过选择装置旋转，完成对每个周向铺丝区域进行铺丝，以实现对芯模多点同时铺丝，大大提高了铺丝效率和铺丝质量。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种航空材料铺放机器人，具体涉及一种基于多机械臂协作的复合材料铺放机器人及铺丝方法。

背景技术

近年来，机器人在航空领域被广泛应用，尤其是复合材料铺放机器人发展迅速。目前，复合材料的铺放主要依靠机床型设备铺设和单机器人模块化铺设两种形式。机床型设备铺设具有成型率高、生产效率快等优点，但受装载铺丝头平台的限制，对于不规则曲面类构件往往无法满足轨迹、姿态调整与参数控制等方面要求。单机器人模块化铺设是目前应用最广且稳定高效的铺设形式，但面对复杂、大型结构的航空构件也捉襟见肘。

现有技术中对于多机器人协同铺放复合材料的研究还处于双臂机器人铺设阶段，且针对的是小型、小批量构件铺设。对应用在复杂、大型结构的航空构件的多机器人协同铺放设备仍处于探索研究之中。

发明内容

鉴于上述现有的复合材料铺放机器人研究的不足，本发明的目的在于提供一种基于多机械臂协作的复合材料铺放机器人，其能够面向复杂、大型结构的航空构件进行铺放作业。利用机械臂可移动、铺丝装置可更换和多机械臂协作的优点，利用机械臂适应曲率变化能力强、可控性高、动作灵活的优点，本发明所述的多机械臂协作的复合材料铺放机器人具有高材料利用率、高铺设效率和高产品性能的特点，对航天领域有巨大应用价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于多机械臂协作的复合材料铺放机器人，其特征在于，包括：

芯模支撑架，用于支撑芯模；

旋转装置，为芯模支撑架提供旋转动力，用于驱动芯模支撑架及其上的芯模转动，进行芯模上铺丝区域周向切换；

若干机械臂移动轨道，纵向设置于芯模支撑架四周；

若干机械臂，通过平移机构安装在每个机械臂移动轨道上，每个机械臂的执行末端均设置有铺丝装置和用于监测待铺丝区域曲率信息的深度相机，通过平移机构能对芯模上铺丝区域纵向位置切换；

带电轨道，平行设置于每个机械臂移动轨道一侧，每个机械臂上都设有与带电轨道配合用于取电的滑动电刷；

控制装置，用于接收深度相机的采集的信息及控制指令，控制旋转装置、机械臂、铺丝装置及平移机构进行相应动作。

进一步地，所述机械臂移动轨道有2-10个，根据数量根据芯模尺寸决定，均布在芯模支撑架四周。

每个机械臂移动轨道上设有2-6个机械臂，每个机械臂通过平移机构限定在各自区域内移动。

进一步地，将芯模表面分为若干周向排列分布的周向铺丝区域，每个周向铺丝区域又分为若干纵向排列分布的纵向铺丝区域；每个机械臂移动轨道上的若干机械臂负责一个周向铺丝区域的铺丝工作，每个机械臂负责该周向铺丝区域内的一个纵向铺丝区域的铺丝工作，以提高铺丝效率，旋转装置每次转动时转动一个周向铺丝区域对应的角度。比如将芯模表面分为8个周向铺丝区域，设置四个机械臂移动轨道，那么旋转装置只需要转动一次就能完成8个周向铺丝区域的铺丝工作。

进一步地，所述机械臂移动轨道上设有位移传感器，用于监测每个机械臂的位移，通过该位移能够进行坐标系定位和换算。