缠绕机器人手臂机械系统设计开题报告
2020-09-15 22:03:36
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1设计纤维缠绕机器人手臂的意义
复合材料弯管是航空航天器减重节能，化工、石油开采和冶炼，建筑给排水，海洋开发以及食品加工等腐蚀问题突出的行业急需的产品，因此弯管生产的自动化是目前亟待解决的问题。
由于复合材料弯管的形状各不相同，结构也比轴对称管道复杂很多，而且规格系列繁多，所以其大批量的机械自动化生产难度大，我国的复合材料弯管多数是采用手糊工艺小批量分散地生产。手糊弯管的外观很粗糙，产品的强度低，而且生产的人工成本高，产品的质量得不到保障。弯管的生产效率迫切需要提高，同时弯管质量的优劣会直接影响着整条管道的寿命，因而弯管生产的自动化是目前亟待解决的问题。纤维缠绕技术在产品的强度、生产效率和生产成本等方面来考虑，都较其他成型工艺有很大的优势，所以首选纤维缠绕技术来实复合材料弯管的自动化生产。目前标准的纤维缠绕回转体的线型设计技术已经趋于成熟，而对于弯管这类非回转体的缠绕线型研究仍存在很多难点。
2. 研究的基本内容与方案
2.1整体设计方案
传统的纤维缠绕采用预浸式的方式对旋转的直筒进行纤维缠绕，但这种方式不适用于弯管的纤维缠绕所以对比之下，我拟采用以下方式：
因为要在圆柱形的弯管上进行纤维缠绕，而传统的缠绕方式较为繁琐且实现难度较大，所以现要改进并设计新的用于纤维缠绕的机器人手臂。
首先我们对纤维缠绕的运动进行分析，发现纤维缠绕的运动轨迹为延弯管轴线的的平动和延弯管表面的圆周运动的叠加运动。而弯管不宜转动，故设计一个机械手臂延弯管轴线平动，这部分运动可由机械臂的平动来完成部分，而对于弯管弯曲的部分的运动却不能很好完成，故而暂时留下了这个问题；而针对于延弯管表面的圆周运动，我们可以设计一个环形装置绕在弯管外对其进行圆周旋转的缠绕运动，这样做有效的减少了直接设计机械手臂时无法很好的引导纤维弯曲缠绕上弯管的难度。同时由于是由该环形装置对弯管进行缠绕加工，上述暂留问题也能得到有效的解决：我们可以让该环能在机械臂上进行绕z轴的转动，即可完成让该延弯管轴线的平动。
同时为了对多种不同规格的弯管进行加工，我们不能每加工一种型号的产品，都对该型号的产品进行一次环形装置的设计，这样做成本太高。因此我们的机械臂可以设计为让该环形装置在圆周运动的平面内再进行延y，z轴弧线运动以保证圆环上进行缠绕加工的缠绕点与弯管缠绕表面的距离保持一致。以此实现对多种规格弯管的加工。所以，该机械臂应满足能在x，y，z，的平动和绕z轴的转动。
2.2主要研究内容
3. 研究计划与安排
| 序号 | 时间节点 | 任务要求 |
| 1 | 3月10号前 | 取消在学分清理中不符合毕业设计（论文）准入制度的学生选题志愿； |
| 2 | 3月20号前 | 学生上传开题报告，指导教师对开题报告进行评阅审核； |
| 3 | 5月25号前 | 开题完成后，学生根据实际进度上传阶段性成果，指导老师对中期工作情况进行检查、督促； |
| 4 | 5月30号前 | 学生上传最终毕业设计（论文）成果，有指导教师和评阅教师完成评分； |
| 5 | 6月 8 号前 | 各学院制定答辩安排，分配答辩小组，务必完成答辩任务。同时在毕业设计管理系统录入答辩记录和答辩成绩； |
| 6 | 6月13号前 | 发布学生毕业设计（论文）最终成绩； |
| 7 | 6月25号前 | 根据学校的指标分配完成本学院省优秀学士学位推荐评选工作； |
