紡織復合材料單邊縫合機械手系統(tǒng)及其縫合行為研究.pdf

1、針對傳統(tǒng)雙面縫合技術在加工三維空間形狀復合材料大型結構件的過程中，縫合位置及靈活性受到限制的問題，本文圍繞單邊縫合技術及相應的機器人縫合系統(tǒng)進行了研究，主要研究工作如下:
　　針對紡織復合材料單邊縫合線跡形成方法進行了研究，并對相應的單邊縫合機械手末端縫合設備的本體結構進行了設計。分析計算了縫合動作的工作空間;采用復數(shù)矢量法建立了單邊縫合設備引線、鉤線及挑線機構的運動學模型，得到了各機構的運動變化規(guī)律，驗證了機構設計的合理性，并根

2、據(jù)設計要求加工出了一臺單邊縫合設備樣機。
　　針對單邊縫合機械手的縫合行為進行了研究，基于接觸力學和強度理論，從縫針力學行為角度，研究了縫針參數(shù)的設計方法;在分析縫合線穩(wěn)態(tài)線環(huán)成形機理的基礎上，確定了形成理想形態(tài)線環(huán)所需的縫線長度及縫針穿刺距離;為保證縫合動作的順利完成，針對單邊縫合設備中各機構在時間上的動作配合關系進行了設計與規(guī)劃，通過分析機構轉角與針桿位移的一般關系確定了曲柄轉角之間的相位差;同時，為實現(xiàn)連續(xù)縫合線跡的成形質量

3、控制，基于控制縫線供需平衡以保證縫合線跡穩(wěn)定成形的思想，建立了縫線瞬時需線量分析模型以及相應的供線量分析模型，為連續(xù)縫合線跡的成形質量控制提供了理論依據(jù)，并通過仿真計算和單個周期的縫合實驗，驗證了理論分析的正確性。
　　針對空間自由型面線縫的機器人縫合路徑規(guī)劃及離線編程技術進行了研究，基于有理B樣條曲線理論，對待縫合線縫的針跡輪廓線進行了擬合提取，并編制了對輪廓線進行離散的程序。基于縫合面單元的思想，對單邊縫合機械手的縫針坐標系進

4、行了路徑規(guī)劃，并建立了機器人的正、逆運動學模型，搭建了縫合機械手系統(tǒng)工作站，在離線編程模塊中對自由曲面預制件的縫合路徑規(guī)劃進行了縫合動作仿真。
　　加工出的單邊縫合設備樣機與工業(yè)機械臂相結合，經過裝配與集成調試后，組成了單邊縫合機械手系統(tǒng)，并搭建了相應的控制系統(tǒng)組件。分別以二維平面織物和三維空間形狀預制件為實驗對象對其縫合能力進行了測試，同時針對縫合線跡形態(tài)的影響因素進行了分析。實驗結果表明，本文研制開發(fā)的單邊縫合機械手系統(tǒng)具有良