碳纖維自動(dòng)鋪放機(jī)械臂的力-位置混合控制方法研究.pdf

1、碳纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)是一種用來加工碳纖維復(fù)合材料的先進(jìn)方法，具有鋪放角度靈活，程序化控制，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，可用于制造形狀復(fù)雜構(gòu)件，該方法在大型航空航天復(fù)合材料構(gòu)件制造領(lǐng)域具有較好發(fā)展前景。
　　碳纖維自動(dòng)鋪放機(jī)械臂是碳纖維自動(dòng)鋪放設(shè)備的重要組成部分。本文以碳纖維自動(dòng)鋪放機(jī)械臂為研究對象，對其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)等相關(guān)問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析，針對影響碳纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)生產(chǎn)的復(fù)合材料構(gòu)件質(zhì)量的兩大主要因素——鋪放位置精度和壓緊力，提出了一種改進(jìn)

2、的力/位置混合控制方案。本文的主要工作如下：
　　首先，對碳纖維自動(dòng)鋪放機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析。在簡化的機(jī)械臂模型基礎(chǔ)上利用修正的D-H方法建立了連桿坐標(biāo)系和連桿參數(shù)表，求得機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，同時(shí)求出機(jī)械臂在任務(wù)空間和工具空間的雅克比矩陣，為機(jī)械臂的力/位置控制奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，對碳纖維自動(dòng)鋪放機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。采用拉格朗日方法求解了機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程并簡化了求解方法，在此基礎(chǔ)上利用MATLAB編寫了快

3、速求解6自由度機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程的通用程序，為求解機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程提供了快速簡便的方法。
　　然后，針對碳纖維鋪放的要求，提出了工具空間的力/位置混合控制方案。在綜合分析計(jì)算力矩控制和經(jīng)典的R-C控制器的基礎(chǔ)上，將工具空間的計(jì)算力矩控制引進(jìn)R-C控制器中，形成改進(jìn)的力/位置混合控制方案，該控制方案突破了經(jīng)典力/位置控制器只能沿固定坐標(biāo)軸方向控制力的局限，解決了纖維鋪放過程中壓緊力的控制問題。
　　最后，對工具空間的力/位置