Nyligen har det ökande behovet av högpresterande sammansatta strukturer i olika branscher kraftigt drivit utvecklingen av komposit tillverkningsteknik^1,2. Den traditionella manuella tillverkningen kan inte uppfylla kraven på hög effektivitet, noggrannhet och kvalitet i den framväxande industrin. Denna aspekt har uppmuntrat utvecklingen av ny produktionsteknik såsom AFP-system. Den AFP-teknik automatiserar produktionen av kompositmaterial strukturer med prepregs, som finns i form av remsor som består av impregnerade fiberband (glas, kol, etc.) av semi-polymeriserat harts. I AFP-systemet, en deposition huvud med förmåga att värma och komprimera kådan och är monterad på en fiber placering maskin eller en industrirobot. Fiber placerings maskinen eller roboten som transporterar deposition huvudet lägger upp och korsar ytan av verktygen mandrels. I tillverkningsprocessen används verktygs Dorn som en form som ska lindas runt av och för att bilda en viss struktur av komposit delen. Den Dorn kommer att tas bort efter att delen är botad. Den nuvarande AFP-system kan avsevärt förbättra effektiviteten och kvaliteten på produktionen av kompositmaterial^3,4,5. De är dock begränsade till produktion av öppna ytor som presenterar en platt eller konturerad yta, eller enkla revolution delar såsom cylindrar eller koner på grund av otillräcklig DoF av systemet och svårigheterna att generera Trajectories. Speciellt flygindustrin och produktions industrierna av sportutrustning är nu intresserade av denna teknik för produktion av strukturer med mer komplexa geometrier, som “Y” rör eller de strukturer som bildar slutna slingor såsom cykelramar.

För att kunna tillverka strukturerna med komplexa geometrier bör AFP-systemets flexibilitet förbättras. Till exempel, en 8 DOF AFP-system har föreslagits⁶ genom att lägga till en linjär spår till en 6 DOF industrirobot och en roterande skede till Dorn Holding plattform. Systemet är dock fortfarande inte lämpligt för tillverkning av ovan nämnda delar med komplexa geometrier. Den samverkande robotsystem bestående av två robotar är en lovande lösning för att öka fingerfärdighet genom att anställa en robot för att hålla fiber placering huvudet på slutet-effektor och en annan robot för att hålla mandrel. De två-Serial-robot Collaborative system kan inte lösa problemet fiber placering, eftersom de seriella robotarna tenderar att deformera och förlora noggrannheten på grund av dess grenställ struktur, med tanke på vikten av den Dorn och kompaktkraften kraft⁷. Jämfört med seriella robotar, 6 DoF parallella robotar, som har utnyttjats i Flight Simulator och medicinska verktyg, njuta av bättre styvhet och noggrannhet⁸. Därför är en parallell-seriell samverkande robotsystem, i ytterligare en roterande skede monterad på plattformen av parallell roboten, byggd för hantering av komplexa konstruktioner tillverkning i detta papper.

Men den inbyggda samverkande robotsystem ger svårigheter i utformningen av styrenheten för varje robot för att möta den höga noggrannhet kravet på fiber placering. Den exakta positionen mätning av slutet effektor kan uppnås genom att använda Laser Tracking system, som ofta används för att vägleda den industriella roboten i olika tillämpningar flygindustrin borrning^9,10. Även om laser spårningssystemet kan ge hög exakt positionsmätning, ligger de viktigaste nackdelarna i kostnaden för systemet och ocklusion frågan. Laser spårningssystemet är dyrt, t. ex., en kommersiell laser tracker och dess tillbehör kostar upp till US $90000, och laserstrålen är lätt ockluded under förflyttning av robotarna. En annan lovande lösning är visionen mätsystem, som kan ge 6D pose mätning av slutet-effektor med en avsevärd noggrannhet till en låg kostnad. Ställningen kallas kombinationen av 3D-position och 3D-orientering av slutet effektor med avseende på Bottenramen av roboten. Den optiska CMM (se tabell över material) är en Dual Camera-baserad visuell sensor. Genom att observera flera reflektor mål fästa på de två robotens effektorer, kan de relativa ställningarna mellan robotarna mätas i realtid. Den optiska CMM har tillämpats framgångsrikt på Robotic kalibrering¹¹ och dynamisk vägspårning¹² och därmed införs för att ge återkoppling mätning till slutna systemkontroll av det föreslagna CCM systemet i denna studie.

Kvaliteten på slutet sammansatta produkten är till stor del beroende på hur den ursprungliga fiber banan genereras för AFP^13,14. Path generation processen utförs normalt med hjälp av off-line programmeringsprogram. Den genererade vägen består av en serie tag punkter på mandrel, som indikerar pose av fiber placerings huvudet. Till skillnad från andra bana planering applikationer såsom färg deposition, polering eller bearbetning, där olika typer av täckning vägar är möjliga, valet är begränsat i fallet med AFP, eftersom fibern är kontinuerlig och det är inte möjligt att utföra abrupt förändringar i riktning (skarpa hörn) utan att skada den och placerings huvudet bör hållas i normen för ytan av delarna. Den första utvecklingen av bana generation teknik för AFP har koncentrerat sig på att tillverka stora platta paneler⁵ innan du går mot att tillverka objekt av 3D-former såsom öppna böjda ytor eller koner^{5, 14}. men ingen praktisk metod har utvecklats för att generera off-line väg för de delar med komplexa geometrier såsom Y-form eller andra former. Därför är en effektiv vägplanering algoritm för delar med komplexa-kontur ytor utformad för att säkerställa en enhetlig uppläggning av efterföljande fibrer utan luckor eller överlappningar i vår tidigare forskning¹⁵. Med tanke på den praktiska och effektiviteten i vägen genererar algoritm, endast 6-DOF seriell robot med placeringen huvudet och 1-DOF roterande skede som Dorn innehavaren betraktas som målsystemet för att hitta den optimala banan planering i gemensamt utrymme med minsta tidskriterier. Det kan vara alltför komplicerat och tidskrävande att generera off-line bana för hela 13 DoF CCM systemet på grund av den tunga kinematik beräkningen och beaktande av olika begränsningar som singulariteter, kollisioner, smidig riktning förändras och att hålla placerings huvudet i normen av delar yta, etc.

Den föreslagna off-line bana planering kan generera servo referens för 6 DoF seriell robot och rotations stadiet respektive med exakt timing. Även med denna off-line bana planering, kan det vara omöjligt att generera en genomförbar väg under alla begränsningar för vissa geometri delar. Dessutom kan positionerings felen hos robotarna orsaka att robotarna kolliderar med dorn eller en annan enhet i arbetsmiljön. On-line Path modifiering genomförs baserat på visuell återkoppling från den optiska CMM. Därför är on-line pose korrigering algoritm föreslås för att korrigera sökvägen till parallell roboten och för att justera en motsvarande förskjutning på sökvägen till den seriella roboten samtidigt genom visuell feedback. När kollisionen och andra begränsningar upptäcks, hålls den relativa ställningen mellan de två robotarna också oförändrad när du följer den off-line genererade sökvägen. Genom korrigering av on-line Path, CCM-systemet kan undvika dessa punkter smidigt utan uppsägning. På grund av flexibiliteten i parallell roboten kan de 6D-rätningsförskjutningar genereras med avseende på olika begränsningar. Detta manuskript presenterar en detaljerad operation förfarande av CCM-systemet med on-line pose korrigering algoritm.