复合材料缝纫机械手臂与单边缝纫机构设计与研究

摘要

复合材料作为一种高性能的新型材料，正在得到日益广泛的应用，并且随着复合材料成型制造技术的不断发展提高，逐渐被用于生产加工机构的主要关键部件，这也对复合材料的性能提出了更高的要求。传统的复合材料成型工艺由于加工方式的制约，使复合材料层间性能较弱，当受到外部载荷时容易发生层间破坏，严重降低复合材料制品的抗损伤性能。因此，可以采用单边纤维缝纫技术，对复合材料进行缝纫，利用缝纫纤维，增强复合材料的层间性能，提高其断裂韧性和冲击损伤容限等性能。同时单边缝纫技术可以对复杂曲面的复合材料预型件进行缝纫，具有更广泛的适用性。
　　根据任务要求，完成复合材料缝纫机械手臂的结构设计，采用工业机器人夹持单边缝纫机构，完成对复合材料的缝纫动作。主要进行的工作有：
　　1.根据现有资料以及国内外研究现状，设计制造五自由度工业机器人的结构设计方案，确定结构尺寸和传动系统设计，完成伺服电机及减速器的选型。在Pro/E中，完成整个机器人的三维建模；
　　2.在ANSYS中对机器人的大臂、小臂进行静力分析，得出其形变位移云图和应力云图；
　　3.根据 D-H参数法，建立机器人的运动学模型，求解机器人的运动学正逆问题，得出各个关节变量与末端位移之间的关系，为以后的编程控制打下基础。根据运动学的解求出机器人的理论运动空间，了解机器人的工作范围，同时采用分层投影的方式观测工作空间内的空洞及空腔位置。根据达朗贝尔-拉格朗日原理以及拉格朗日方程组对机器人进行静力学及动力学分析，得出机器人各关节的驱动扭矩的数学方程；
　　4.在ADAMS和MATLAB中对机器人进行运动学以及动力学仿真，得出机器人运动曲线，以及各个关节在运动过程中的扭矩变化曲线，以及可以直观的了解机器人的运动过程中的受力情况，为机器人结构的优化提供了理论基础；
　　5.根据单边缝纫机构的原理以及结构简图，在Pro/E中建立夹持手爪与纤维缝纫机构的三维模型，根据缝纫任务的特点，对缝纫机构进行运动规划，最后对纤维缝纫机构进行运动仿真，得出引线机构、钩线机构与挑线机构的运动曲线，验证结构设计的合理性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源及背景

1.2 复合材料缝纫技术的作用及特点

1.3 课题研究意义

1.4 国内外纤维缝纫及机器人技术发展概况

1.5 纤维缝纫机器人的研究现状

1.6 本文主要研究目标、内容

1.7 本章主要内容

第二章 纤维缝纫机器人结构设计与静力分析

2.1 纤维缝纫机器人本体结构设计

2.2 纤维缝纫机器人功能

2.3 纤维缝纫机器人传动设计

2.4 机器人关节驱动电机和减速器选型

2.5 夹持机械手爪与单边缝纫机构的结构设计

2.6 缝纫机器人关键部件的有限元分析

2.7 本章小结

第三章 缝纫机器人运动学分析

3.1机器人运动学分析简介及数学基础

3.2 机器人运动学正问题

3.3 机器人运动学逆问题

3.4 机器人工作空间求解

3.5 本章小结

第四章 缝纫机器人静力学及动力学分析

4.1 机器人静力学及动力学分析介绍

4.2 机器人静力学分析

4.3 机器人动力学分析

4.4 本章小结

第五章 机器人运动学及动力学仿真

5.1 机器人仿真技术简介

5.2 仿真软件介绍

5.3 基于ADAMS的机器人运动学仿真分析

5.4 机器人动力学仿真分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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