一种复合材料预制体及层叠件自动化抓取装置的制作方法

本公开一般涉及机械自动化技术领域，具体涉及一种复合材料预制体及层叠件自动化抓取装置。

背景技术：

新材料的应用是汽车轻量化的主要源泉，以碳纤/玻纤为增强材料的树脂基复合材料是理想的轻量化材料，具有低密度、高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀、整体成型及可设计强等诸多特性，综合性能超过铝合金及高强钢，最近几年在汽车轻量化进程中蓬勃发展。而复合材料用于汽车领域面临的挑战之一在于如何加快生产制造节拍，使其满足汽车产业的大批量交付要求。

传统树脂基连续纤维复合材料成型工艺自动化程度低、生产节拍长、产品一致性较差，绝大多数工序仅能依靠人工操作生产，远远不能满足汽车行业大批量生产的要求。近年来在原材料体系、设备设施、模具工装等方面的协同发展下，国外涌现了多种新兴复合材料快速成型工艺，如hp-rtm、湿法模压、pcm、c-smc，其配套的下料生产线、预成型生产线、成型生产线实现了集成化、自动化、智能化，单件产品制造节拍缩短到2-6min。目前连续纤维增强树脂基复合材料汽车部件的批量化生产在国内刚刚起步，工艺技术有很大的探索空间，生产设备需全部或部分依赖国外进口。配套的辅助装置在国内尚无成熟应用案例，急需自主发明填补空白，降低装置资金投入及产线运转成本。

预制体或层叠件的自动化抓取是生产线连续运转的必要条件，机器人端头需配备专用抓取工装完成预制体及层叠件的抓取动作。预制体或层叠件由多层柔软透气的纤维织物叠层而成，具有松散不易抓取的特点，因为织物对横向的机械载荷(剪切力)非常敏感。传统的吸附或夹取方式广泛用于汽车注塑件、钣金件抓取，但对于预制体并不适用，抓取效率低及成功率低，影响生产连续性；更无法完成多层叠放的单个层叠件的抓取操作；同时不适当的机械载荷易造成织物变形、纤维取向偏移，降低最终成型产品的力学性能；如果变形量过大，甚至导致预成型合模过程中织物局部褶皱或纤维断裂，产生报废预制体。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种相较于现有技术而言，能够实现自动化抓取、缩短生产节拍、保持操作稳定性、降低综合成本、适用性广，结构简单且易于实现的复合材料预制体及层叠件自动化抓取装置。

第一方面，本申请提供一种复合材料预制体及层叠件自动化抓取装置，包括：框架组件和抓取组件；

所述框架组件包括：主框架和三根副横梁；所述主框架包括：主横梁和两根纵梁；两根所述纵梁的一端分别通过连接板与所述主横梁的侧壁连接，两根所述纵梁均匀排布且平行设置；三根所述副横梁分别固接在两根所述纵梁的上表面；每根所述副横梁与所述纵梁均垂直设置，且三根所述副横梁均匀排布；

所述抓取组件包括：四根垂直梁、针刺单元和安装板；所述垂直梁均匀设置在每根所述副横梁侧壁，且所述垂直梁与所述副横梁垂直设置；所述针刺单元固接在安装板上；所述安装板与所述垂直梁连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，两根所述纵梁上还设置有定位组件；所述定位组件包括：与两根所述纵梁上表面固接的安装横梁和两个定位销；所述安装横梁位于所述纵梁靠近所述主横梁的一侧；两个所述定位销分别竖直设置在所述安装横梁的上表面。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述主横梁远离所述纵梁的侧壁中部设置有快换盘。

根据本申请实施例提供的技术方案，任一所述副横梁的侧壁上设置有两个与所述垂直梁平行设置的高度传感器，且每个高度传感器与所述副横梁与每根所述纵梁的连接处相邻设置。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述纵梁与所述主横梁的连接处、所述副横梁与所述纵梁的连接处、所述垂直梁与所述副横梁的连接处和所述高度传感器与所述副横梁的连接处分别设有两个对称设置的固定架，且所述固定架的截面形状呈三角形结构。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述针刺单元可拆卸地与所述安装板连接。

综上所述，本申请的有益效果：

本申请通过采用铝合金花管型材或者铝合金八角管作为主框架及三根副横梁的材质，以达到组装便捷、结构重量轻、行程易调节的作用；通过在主横梁远离纵梁的侧壁中部设置快换盘，实现抓手快速更换，与机器人快速连接，联通电路、压缩空气；通过在副横梁上设置抓取组件，可产生适当的垂直夹持力，拾取透气的预制体及层叠件；组件驱动力易获取、耗能低，经济性突显；进一步地，通过在任一副横梁上设置高度传感器，经高度传感器的探测与信号反馈，引导抓取组件稳定、快速地每次拾取一个工件，以满足生产线上料位堆叠放料、减少人工成本、提高生产效率的作用；因此，本申请能够实现自动化抓取、缩短生产节拍、保持操作稳定性、降低综合成本、适用性广。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为一种复合材料预制体及层叠件自动化抓取装置的结构示意图。

图中标号：1、副横梁；2、主横梁；3、纵梁；4、连接板；5、垂直梁；6、快换盘；7、安装横梁；8、定位销；9、高度传感器；10、针刺单元；11、安装板；12、固定架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

请参考图1所示的本申请提供的一种复合材料预制体及层叠件自动化抓取装置的第一种实施例的结构示意图，包括：框架组件和抓取组件；

所述框架组件包括：主框架和三根副横梁1；所述主框架包括：主横梁2和两根纵梁3；两根所述纵梁3的一端分别通过连接板4与所述主横梁2的侧壁连接，两根所述纵梁3均匀排布且平行设置；三根所述副横梁1分别固接在两根所述纵梁3的上表面；每根所述副横梁1与所述纵梁3均垂直设置，且三根所述副横梁1均匀排布；

所述抓取组件包括：四根垂直梁5、针刺单元10和安装板11；所述垂直梁5均匀设置在每根所述副横梁1侧壁，且所述垂直梁5与所述副横梁3垂直设置；所述针刺单元10固接在安装板11上；所述安装板11与所述垂直梁5连接。

在本实施例中，主横梁2和纵梁3起承载作用，其尺寸应能覆盖整个预制体或者层叠件；主框架及三根副横梁1的材质均采用铝合金花管型材或者铝合金八角管，以达到组装便捷、结构重量轻、行程易调节的作用；连接板4用于连接主横梁2与纵梁3；副横梁1，分别固接在两根所述纵梁3的上表面，其数量为三根，且其均匀排布，用于安装抓取组件，可产生适当的垂直夹持力，拾取透气的预制体及层叠件，组件驱动力易获取、耗能低，经济性突显；

垂直梁5，设置在每根所述副横梁1侧壁，其数量为四根，其均匀排布，且与所述副横梁3垂直设置，用于抓取单元的垂直位置调节；安装板11，与所述垂直梁5连接，用于安装针刺组件10；针刺组件10安装在安装板11上，通过针刺方式抓取部件，在不损坏工件的情况下达成所需的抓取力，同时其具有高效节能的作用；针刺单元10由压缩空气驱动钢针的伸缩动作，抓取时钢针由针刺单元10内呈一定角度对向伸出，插进预制体后在预制体下部交叉抓住预制体，针刺单元10的位置可在垂直梁5本身的x轴方向调节、针刺单元10在垂直梁5上的y方向调节、针刺单元10自身的z方向调节，实现x、y、z三维空间内的调整，具有一定柔性；对于层叠件，其为2d平面结构，因此抓取组件应位于同一平面内，可直接将抓取单元10直接固定于三个副横梁1；此针刺单元10适用于多种尺寸、形状预制体或层叠件的抓取；

抓取组件的数量以及在工装上的位置分布需根据预制体或者层叠件的型面决定，保证抓取过、转移过程中预制体构型不发生显著变化，对于曲率较小形状简单的产品，抓取组件位于预制体的轮廓边缘；对于曲率大且构型复杂的产品，抓取组件应分布于产品拐角、棱线、轮廓边缘位置。

在任一优选的实施例中，两根所述纵梁3上还设置有定位组件；所述定位组件包括：与两根所述纵梁3上表面固接的安装横梁7和两个定位销8；所述安装横梁7位于所述纵梁3靠近所述主横梁2的一侧；两个所述定位销8分别竖直设置在所述安装横梁7的上表面。

在本实施例中，安装横梁7，设置在两根所述纵梁3上表面，且其位于所述纵梁3靠近所述主横梁2的一侧，用于安装定位销8；定位销8，竖直设置在所述安装横梁7的上表面，且其数量为两个，用于抓取组件更换离线后的存放定位，便于抓手的有序定点存放，避免多个抓手混乱存放不易管理的问题。

在任一优选的实施例中，所述主横梁2远离所述纵梁3的侧壁中部设置有快换盘6。

在本实施例中，快换盘6，设置在所述主横梁2远离所述纵梁3的侧壁中部，用于实现抓取组件的快速更换，与机器人快速连接，联通电路、压缩空气。

在任一优选的实施例中，任一所述副横梁1的侧壁上设置有两个与所述垂直梁5平行设置的高度传感器9，且每个高度传感器9与所述副横梁1与每根所述纵梁3的连接处相邻设置。

在本实施例中，高度传感器9，设置在任一所述副横梁1的侧壁上，其数量为两个，均与所述垂直梁5平行设置，且每个高度传感器9与所述副横梁1与每根所述纵梁3的连接处相邻设置，一个高度传感器9为正常工作过程中使用，另一个高度传感器9为备用传感器，当前者出现问题，无法正常工作时，启用备用传感器，以保证工作过程能够正常进行；通过高度传感器9的探测与信号反馈，引导抓取组件稳定、快速地每次拾取一个工件，以满足生产线上料位堆叠放料减少人工成本提高生产效率的作用，高度传感器9的型号，例如为gimaticvsng2050；

其原理为通过高度方向层叠件与高度传感器9的接触，探测抓取物的存在、反馈机器人的下落位置，而后发出电信号激活针刺单元伸出钢针抓取单个工件，避免机器人下落位置不足或过度造成针刺失败，抓不起或抓起多个工件的情况。

在任一优选的实施例中，所述纵梁3与所述主横梁2的连接处、所述副横梁1与所述纵梁3的连接处、所述垂直梁5与所述副横梁1的连接处和所述高度传感器9与所述副横梁1的连接处分别设有两个对称设置的固定架12，且所述固定架12的截面形状呈三角形结构。

在本实施例中，固定架12，分别设置在所述纵梁3与所述主横梁2的连接处、所述副横梁1与所述纵梁3的连接处、所述垂直梁5与所述副横梁1的连接处和所述高度传感器9与所述副横梁1的连接处，其数量为至少两个且对称设置，且所述固定架12的截面形状呈三角形结构，用于提高纵梁3、副横梁1、垂直梁5和高度传感器9安装的稳定性，避免纵梁3、副横梁1、垂直梁5和高度传感器9在使用时出现晃动影响正常工作，或者长期使用情况下出现掉落的情况。

在任一优选的实施例中，所述针刺单元10可拆卸地与所述安装板11连接。

在本实施例中，针刺单元10与安装板11的连接方式，此处不加以限定，可选地，螺栓连接，具体连接方式：通过螺栓将针刺单元10连接在安装板11上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。