[发明专利]纤维自动铺放系统以及其铺放轨迹的规划方法

权利要求书

1.一种纤维自动铺放系统的铺放轨迹的规划方法，其特征在于，所述纤维自动铺放系统包括纤维自动铺放装置、与纤维自动铺放装置对应设置的模具承载装置以及控制子系统，所述控制子系统包括用于对纤维自动铺放装置进行控制的压辊压力-铺放轨迹混合控制模块和铺放张力-速度解耦控制模块以及对模具承载装置的温度进行控制的温度模糊自适应控制模块，其中，所述纤维自动铺放装置包括协作机械臂以及设置在协作机械臂上且用于铺放纤维的铺放头；

纤维自动铺放系统的铺放轨迹的规划方法包括如下步骤：

S1:在进行轨迹规划时先固定模具承载装置，按照复合材料的铺放路径规划出协作机械臂的初始运动轨迹Tr₀(t)；

S2:对初始运动轨迹进行仿真，固定多模具承载装置，得到协作机械臂在铺放过程中可能出现的奇异位姿、走线/管道缠绕以及运动干涉的时刻t_inf,i和此刻的协作机械臂位姿p_r(t_inf,i)；

S3:根据规划的初始运动轨迹Tr₀(t)得到在t_inf,i-Δt₀时刻协作机械臂的位姿p_r(t_inf,i-Δt₀)，从此位姿开始，固定协作机械臂不动，对模具承载装置进行从位姿p_m(t_inf,i-Δt₀)到p_m(t_inf,i)的轨迹规划；

S4:之后再对协作机械臂进行轨迹规划，直到下一个奇异位姿、走线/管道缠绕以及运动干涉的时刻t_inf,i+1；

S5:重复S3，S4的循环直到完成全部轨迹规划；

S6:重复S2到S5的循环，消除运动过程中的全部奇异位姿、走线/管道缠绕以及运动干涉的位置，得到协作机械臂轨迹Tr₁(t)。

2.如权利要求1所述的纤维自动铺放系统的铺放轨迹的规划方法，其特征在于，所述模具承载装置包括多自由度运动平台以及设置在所述多自由度运动平台上的智能温控模具，所述智能温控模具中设置有加热装置。

3.如权利要求1所述的纤维自动铺放系统的铺放轨迹的规划方法，其特征在于，所述压辊压力-铺放轨迹混合控制模块包括位置干扰观测器、位置滑模控制器、压力干扰观测器以及力控制器；

所述压辊压力-铺放轨迹混合控制模块设置为：获取纤维自动铺放装置各轴的实时角度反馈q_e，再经正运动学解算后得到实时位置p_e，将实时位置p_e输入到位置干扰观测器得到位置干扰估计值d_p,est，再对得到的实时位置p_e进行计算得到位置误差Δx_d，将位置误差Δx_d输入滑模控制器得到位置输出信号x_p；

获取纤维自动铺放装置各轴的力反馈经滤波后的压力值F_e，对该压力值F_e进行计算后得到力误差ΔF_d，将压力误差ΔF_d输入到力控制器得到压力输出信号x_f，同时将压力值F_e输入到压力干扰观测器得到压力干扰估计值d_f,est；

将上述得到的位置输出信号x_p、压力输出信号x_f、位置干扰估计值的相反数-d_p,est以及压力干扰估计值的相反数-d_f,est相加得到纤维自动铺放装置的位置控制量P_a，再经计算后得到纤维自动铺放装置各轴的转角q，根据获得的纤维自动铺放装置各轴的转角q控制机械臂各轴的运动。