本项目基于高效率、低成本、模块化、柔性化设计的理念，将网络技术、运动控制技术、模块化和轻量化设计技术、机器人技术、数据库技术和CAD/CAM技术应用到缠绕设备设计和制造中，研制了国内首台基于KUKA机器人的缠绕工作站，开发了机器人末端扩展驱动轴及夹具，实现了适用于小型复杂形状制品的抓取芯模缠绕，及适用于大型制件的抓取导丝头缠绕两种缠绕模式。该工作站可更换模具实现多种制品缠绕，也可更换工具模块和工艺设计模块实现纤维铺放及切割工艺的拓展应用。 研究了适合机器人作业的典型制品缠绕策略及工艺。对三通、弯头、容器等典型制品进行了缠绕工艺设计，基于计算机辅助设计平台对典型制品的测地线/非测地线缠绕工艺、单切点/多切点缠绕工艺、多自由度缠绕策略进行了对比分析，最终确定了适合机器人作业的典型制品的缠绕策略。 搭建了纤维缠绕机器人轨迹及动力学设计平台，建立导丝头相对机器人基坐标系的位姿描述和机械手的关节运动学模型，分析影响缠绕作业的力学因素，建立机器人关节动力学描述模型，对容器、弯管和三通等制品进行缠绕作业时各关节运动学及动力学特性分析，实现了机器人缠绕策略、缠绕轨迹及动力学优化。 研制了国内首套具有自主知识产权的机器人纤维缠绕工作站。开发了搭载专家系统的缠绕工艺远程设计/虚拟验证平台及基于以太网的监控系统，实时监控整个加工过程，并通过机器人站点反馈的工作状态对全工作站的任务进行调度，远程设计/虚拟验证平台可对机器人缠绕工作过程进行虚拟仿真，并实现扭矩过载、运动范围超限、动作干涉、重心偏移等预警。 研制的机器人适用于湿法缠绕/干法缠绕和带缠绕/纤维缠绕工艺，实现了适用于小型复杂形状制品的抓取芯模缠绕，及适用于大型制件的抓取导丝头缠绕两种缠绕模式。缠绕成型制品包括弯头、三通、锥形变径管、气瓶、压力容器、组合回转体等纤维增强复合材料壳体。

哈尔滨理工大学

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