一种机器人针刺设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种机器人针刺设备，包括六自由度机器人、芯模和位于机器人工作范围内的工作台；所述工作台上表面安装有芯模，芯模与伺服电机的输出轴连接；其特征在于所述设备还包括气动针刺头组件；所述气动针刺头组件与机器人连接。该设备可实现复杂空间曲面预制体的针刺成型，设备结构简单、维护方便、操作简单、灵活高效。
【专利说明】
一种机器人针刺设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及复合材料立体预制件制造设备，具体为一种机器人针刺设备。
【背景技术】
[0002]三维针刺成型技术分为平面预制件针刺成型和复杂构件(异型)预制件针刺成型。平面预制件针刺成型研究较为广泛，如Pierre 01ry(U.S.Patent 4790052)开发了平板预制件针刺成型技术，该技术可实现预制件的均勾针刺成型；Olry P等(U.S.Patent6009605)发明了一种圆形针刺机，该机器利用螺旋变形带来制备复合材料刹车盘的预制件;一种环形预制件制备机器由Delecroix V等(U.S.Patent 7251871)开发，该机器直接利用商业纱线制备环形预制件，节省制备螺旋带的中间环节，从而降低了生产制造成本。以上的针刺技术属于平面针刺成型技术，适合制备形状较为简单的预制件，在制备高厚或者异形结构预制件时，上述针刺技术就显示出其局限性。
[0003]对于异型预制件针刺成型技术，Olry P(U.S.Patent 4621662)发明了 “Novoltex”针刺成型技术，该技术利用针刺纤维带制备轴对称非圆柱形状的预制件，特别用于制造发动机喷管尾锥复合材料的增强体，但该技术在制备变锥角或者球面等复杂曲面形状预制件时存在局限性。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种机器人针刺设备。该设备可实现复杂空间曲面预制件的针刺成型，设备结构简单、维护方便、操作简单、灵活尚效。
[0005]本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种机器人针刺设备，包括六自由度机器人、芯模和位于六自由度机器人工作范围内的工作台；所述工作台上表面安装有芯模，芯模与伺服电机的输出轴连接;其特征在于所述设备还包括气动针刺头组件;所述气动针刺头组件与六自由度机器人连接；
[0006]所述气动针刺头组件包括连接法兰、导柱安装板、调整滑块、基座、八个直线轴承、四个导向轴、四根导柱、剥网板、刺针、针板、隔板、连接板、气缸和连接块;所述气动针刺头组件通过连接法兰与六自由度机器人连接;所述连接法兰与连接块连接;所述连接块与基座连接;所述基座上安装有气缸和四个直线轴承;所述调整滑块与基座螺纹连接;所述导柱安装板与调整滑块螺纹连接;所述连接板的一侧分别与气缸的活塞杆和四根导向轴连接；所述导向轴通过各自的直线轴承与基座连接;所述连接板的另一侧通过隔板与针板螺纹连接;所述刺针通过螺纹连接安装在针板上;所述四根导柱的一端安装有剥网板，另一端穿过各自的直线轴承和基座的通孔与导柱安装板螺纹连接;所述调整滑块上开有长条槽。
[0007]与现有技术相比，本实用新型有益效果在于:
[0008]1.采用多关节机器人带动气动针刺头组件到达空间任意方向和位置，可实现复杂空间曲面预制件的针刺成型，适应性更强；
[0009]2.采用气缸作为针刺的执行元件，特别的是剥网板不参与运动，有效简化了运动机构，结构简单，方便维护，成本较低；
[0010]3.本实用新型采用伺服电机驱动水平旋转工作台，定位精度高，承载能力大，运转平稳可靠，为保证针刺精度和产品质量提供了保障。
【附图说明】
[0011 ]图1是本实用新型机器人针刺设备一种实施例的整体结构爆炸图；
[0012]图2是本实用新型机器人针刺设备一种实施例的气动针刺头组件的结构示意图；
[0013]图3是本实用新型机器人针刺设备一种实施例的工作台的结构示意图；
[0014]图4是本实用新型机器人针刺设备实施例1的预制件结构示意图。(图中1、六自由度机器人;2、气动针刺头组件;3、芯模;4、工作台；2.1、连接法兰;2.2、导柱安装板;2.3、调整滑块;2.4、基座;2.5、直线轴承;2.6、导向轴;2.7、导柱;2.8、剥网板;2.9、刺针;2.10、针板;2.11、隔板;2.12、连接板;2.13、气缸;2.14、连接块;2.15、长条槽;5、底毡;6、预制件)
【具体实施方式】
[0015]下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0016]本实用新型提供了一种机器人针刺设备(参见图1-3，简称设备)，包括六自由度机器人(简称机器人)1、气动针刺头组件2、芯模3和位于机器人I工作范围内的工作台4;所述机器人I能够到达其工作范围内的空间任意方向和任意位置;所述气动针刺头组件2与机器人I连接;所述气动针刺头组件2通过六自由度机器人I能够到达其工作范围内的空间任意方向和任意位置;所述工作台4上表面安装有能够水平旋转的芯模3，芯模3与伺服电机的输出轴连接，其动力由伺服电机提供；
[0017]所述机器人I和伺服电机为现有市售产品；所述气动针刺头组件2包括连接法兰2.1、导柱安装板2.2、调整滑块2.3、基座2.4、八个直线轴承2.5、四个导向轴2.6、四根导柱2.7、剥网板2.8、刺针2.9、针板2.10、隔板2.11、连接板2.12、气缸2.13和连接块2.14;
[0018]所述气动针刺头组件2通过连接法兰2.1与机器人I连接;所述连接法兰2.1与连接块2.14连接;所述连接块2.14与基座2.4连接;所述基座2.4上安装有气缸2.13和四个直线轴承2.5;所述调整滑块2.3与基座2.4螺纹连接;所述导柱安装板2.2与调整滑块2.3螺纹连接;所述连接板2.12的一侧分别与气缸2.13的活塞杆和四根导向轴2.6连接;所述导向轴2.6通过各自的直线轴承2.5与基座2.4连接;所述连接板2.12的另一侧通过隔板2.11与针板2.10螺纹连接;所述刺针2.9通过螺纹连接安装在针板2.10上;所述四根导柱2.7的一端安装有剥网板2.8，另一端穿过各自的直线轴承2.5和基座2.4的通孔与导柱安装板2.2螺纹连接;所述调整滑块2.3上开有长条槽2.15，长条槽2.15能够调整剥网板2.8的位置，进而调整针刺深度。
[0019]所述机器人I的型号是Kawasaki RS30N。
[0020]位于六自由度机器人I机械臂末端的气动针刺头组件2能够针对任一工作范围内的位置进行针刺;气动针刺头组件2采用气缸2.13中的压缩空气作为动力源，推动气缸2.13的活塞杆伸缩运动，进而驱动刺针2.9往复运动而实现针刺。
[0021]本实用新型的工作原理和工作流程是:开机，六自由度机器人I带动气动针刺头组件2到达工位，气动针刺头组件2的采用气缸2.13输出，采用气缸2.13的活塞杆推动针板2.10和刺针2.9向前运动，刺针2.9刺入织物预制件，气缸2.13的活塞杆伸缩运动，进而驱动刺针2.9往复运动而实现针刺，针刺结束后，手提气缸I的活塞杆10退回初始点。六自由度机器人I带动气动针刺头组件2到达下一个工位，继续针刺。
[0022]实施例1
[0023]使用所述机器人针刺设备织造一种顶部封闭的锥形回转预制件(参见图4)。
[0024]材料:短切纤维毡，密度为100g/m2，厚度为0.8mm。
[0025]具体织造实施步骤是:
[0026](I)在芯模3上套上底毡5。
[0027](2)在底毡5上铺上一层短切纤维毡。
[0028](3)调整滑块2.3的位置进而调整剥网板2.8的位置，确定针刺深度25mm。
[0029](4)启动机器，机器人I臂末端的气动针刺头组件2按机器人I程序运动至指定的初始位置，气动针刺头组件2开始按设定的PLC程序进行针刺，针刺气缸2.13输出，带动安装在针板2.10上的刺针2.9将短切纤维毡向气缸2.13输出方向刺入25mm，气缸2.13到达终点后退回到起点，机器人I带动气动针刺头组件2按预先规划好的轨迹运动到下一目标针刺位置，PLC控制系统控制芯模3完成预定角度进给，以进行下一步的针刺循环，如此反复，直至完成整个产品的单层针刺。
[0030](5)单层针刺完，铺上新的一层短切纤维毡，循环步骤(4)，进行下一层的针刺，直到达到预定的预制件厚度。
[0031 ]本实用新型未述及之处适用于现有技术。
【主权项】
1.一种机器人针刺设备，包括六自由度机器人、芯模和位于六自由度机器人工作范围内的工作台；所述工作台上表面安装有芯模，芯模与伺服电机的输出轴连接;其特征在于所述设备还包括气动针刺头组件;所述气动针刺头组件与六自由度机器人连接； 所述气动针刺头组件包括连接法兰、导柱安装板、调整滑块、基座、八个直线轴承、四个导向轴、四根导柱、剥网板、刺针、针板、隔板、连接板、气缸和连接块;所述气动针刺头组件通过连接法兰与六自由度机器人连接;所述连接法兰与连接块连接;所述连接块与基座连接;所述基座上安装有气缸和四个直线轴承;所述调整滑块与基座螺纹连接;所述导柱安装板与调整滑块螺纹连接;所述连接板的一侧分别与气缸的活塞杆和四根导向轴连接;所述导向轴通过各自的直线轴承与基座连接;所述连接板的另一侧通过隔板与针板螺纹连接；所述刺针通过螺纹连接安装在针板上;所述四根导柱的一端安装有剥网板，另一端穿过各自的直线轴承和基座的通孔与导柱安装板螺纹连接;所述调整滑块上开有长条槽。2.根据权利要求1所述的六自由度机器人针刺设备，其特征在于所述六自由度机器人的型号是Kawasaki RS30N。
【文档编号】B25J9/00GK205653566SQ201620357509
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年4月25日 公开号201620357509.6, CN 201620357509, CN 205653566 U, CN 205653566U, CN-U-205653566, CN201620357509, CN201620357509.6, CN205653566 U, CN205653566U
【发明人】陈利, 陈小明, 张春燕, 耿伟, 宋磊磊
【申请人】天津工业大学