复合材料加工领域机器人的应用与发展趋势

2019-08-18 机械工程学报

   随着复合材料在多个行业,尤其是航空航天领域的应用占比越来越高,对复合材料成型加工的低成本,高效率,自动化的需求也日益迫切。机器人或机器人化的设备在某些复合材料的加工成型方法中具有独特优势,可以实现更高的自动化水平,更低的生产成本,制造更复杂的零件。

   北京航空航天大学的研究人员郝大贤、王伟、王琦珑、贠超在《机械工程学报》2019年第3期发表了《复合材料加工领域机器人的应用与发展趋势》一文,他们通过该综述文为机器人加工复合材料领域的发展方向提出了许多可行性建议。文章重点讨论适合使用机器人的复合材料成型加工技术和方法,包括自动铺带/丝技术、制孔、打磨技术等。他们还介绍了目前国内外在机器人复合材料加工领域的研究现状,讨论了未来机器人在复合材料加工的发展趋势。

各种铺放成型构件


自动铺带机床

NASA使用的自动铺丝机工作单元


3D打印聚合物基复合材料


机器人AFP系统

德国宇航中心的MFZ柔性制造单元

ISAAC机器人系统示

ISAAC机器人工作头


IFAM的移动机器人加工系统


AMRC高精度KUKA机器人加工系统

KUKA moiros 风电叶片打磨系统

Klingspor Eltronic移动机械臂系

热塑性复合材料自动铺放原理样机

七自由度纤维铺放机外观图

碳蒙皮结构件机器人制孔系统


机器人磨削系统

大型风电叶片多机器人自动磨抛系统

机器人末端力控装置

重要结论

通过上述调研和综述可知,目前复合材料的加工成型的趋势是:一方面是满足航空航天领域大型化,高效率的需求,另一方面还要降低复材制造的成本。而机器人由于其自身的工作空间大,通用性好、灵活性高、成本低于专用数控机床等优点,可以满足上述两方面的需求。机器人自身的优点使它在未来复材加工领域拥有广阔的应用空间。但是机器人本身的结构特点也导致机器人的刚度较数控机床低,加工精度低,易发生切削颤振等。需要对机器人的刚度与精度进一步提升,使其适应复合材料加工的需求。

由此可以预见未来机器人将在复合材料的加工中扮演重要的角色。复合材料制造,成型,加工自动化是未来复合材料制造技术发展的必然趋势。如何以复合材料自动化研究为契机,借鉴国外先进制造技术,研制具有自主知识产权的成型设备,同时积极推进机器人复材加工设备的产业化,将研究成果充分转化为生产力,对我国未来航空航天领域的发展有至关重要的意义。

引用本文

郝大贤, 王伟, 王琦珑, 贠超. 复合材料加工领域机器人的应用与发展趋势[J]. 机械工程学报, 2019, 55(3): 1-17. 

HAO Daxian, WANG Wei, WANG Qilong, YUN Chao. Applications and Development Trend of Robotics in Composite Material Process. Journal of Mechanical Engineering, 2019, 55(3): 1-17.  


关键词:复合材料;加工领域;应用