[发明专利]静音针刺机器人及其恒弧长联动控制方法

说明书

本发明涉及短丝纤维针刺成型技术领域，尤其是一种静音针刺机器人及其恒弧长联动控制方法，包括机械手、针刺组件及回转工作台组件，该机器人用于仿生人工针刺的动作，其巧妙的利用了立柱、上臂及下臂组成结构简单的机械手，实现机械手的轻量化设计，并由该机械手带动针刺组件移动；同时针刺组件由电动缸带动针刺板沿直线方向往复运动，解决了四杆机构的原生性的振动和冲击，延长了针刺组件的使用寿命，降低了工厂生产中的噪声；另外通过在针刺板处于不同半径的针刺圈时改变工作台关节的转速，以此维持针刺板每次相对工作台关节上待针刺制品转动的弧长S恒定不变，确保待针刺制品上所针刺出针孔相对均匀，提高针刺制品后续增强处理的效果。

技术领域

本发明涉及短丝纤维针刺成型技术领域，尤其是一种静音针刺机器人及其恒弧长联动控制方法。

背景技术

当前国内外的异形短丝碳纤维制品，主要采用有两种方方法针刺，一种为弹射法针刺编织，另一种为固定针位法针刺。

弹射法针刺编织：具体来说，将异形编织品固定在回转平台上，驱动回转平台转动，实现碳纤维制品回转运动，将弹射枪安装在可90°转动的机架上，从弹射枪中弹射出针刺头刺向并刺入碳纤维制品，待异形碳纤维制品完成针刺后，取下产品，之后将刺有刺针的橡皮用机械手一根一根的拨出，这种弹射针刺法的好处是基本不需要调整弹射距离，可制成多规格制品，针孔也较为规整，但是其不足之处在于，针刺过程只有一个方向，没有反向针刺削弱了针刺形成的结合力，另外针刺拔取费时费力；

固定针位法针刺，具体说，它将待刺异形编织品固定在回转平台上，驱动回转平台转动，异形编织品随回转平台一并转动，针刺头安装在可90°回转的回转头上，这个回转头又安装在可水平及上下移动的横梁上，通过调整横梁的位置，使针刺头与异形编织品的距离在针刺的工作行程内，然后调整针刺头的针刺方向，进行针刺，刺针刺入及拔出异形编织品时，编织品仍在回转，导致编织品上针刺的孔形是2-3倍针形的腰形孔(依据回转平台回转速度不同，腰型孔的大小有差异)。这种针刺法的优点是，在刺针刺入及拔出过程中，从正反两个方向针刺异形编织品，虽然增强了针刺的结合力，不足的是针刺孔不是针形孔而是2-3倍针形的腰形孔，这种2-3倍针形的腰形孔的形成，这种大针孔增大了后期增强处理的难度，也降低了碳纤维织品的整体强度。

为此，中国专利201710609761.0公开了一种等静压联动三维针刺编织机，其主要解决的“弹射法针刺编织”存在“针刺过程只有一个方向，没有反向针刺削弱了针刺形成的结合力，另外刺针拔取费时费力”的问题，也解决了“固定针位法针刺”存在的“在刺针刺入及拔出异形编织品时，编织品仍在回转，导致编织品上针刺的孔形是2-3倍针形的腰形孔(依据回转平台回转速度不同，腰型孔的大小有差异)，这种2-3倍针形的腰形孔的形成，这种大针孔增大了后期增强处理的难度，也降低了碳纤维织品的整体强度”的问题。

但是其采用四杆机构实行回转运动转化为直线往复运动，四杆机构运行时存在原生性振动问题，影响三维针刺横梁导轨的运行精度和运行寿命；另外每次针刺过程的时间是固定的，回转平台的步进周期固定，回转平台的转速固定，导致离回转平台中心距离越远针刺孔越稀疏(针刺板间距变大)的现象：如果在针刺内圈针刺孔均匀合适时，那么针刺外圈时，针刺孔(针板)间的距离就会超出预期；反之，如果在针刺外圈针刺孔均匀合适时，那么针刺内圈时，针刺孔(针板)就会出现大量及部分重叠的现象；

而中国专利201810120214.0所公开的一种基于伺服针刺单元的机器人针刺设备，其主要采用的是普通车床刀架的溜刀板结构，这个结构的特点是零件多，重量大，使得驱动溜刀板结构的伺服电机的输出功率增大，伺服电机系统重量及转动惯量增大，影响了机器人运动的灵活性和敏捷性。

针对于此，本发明旨在对现有针刺机的“振动问题”、“针刺孔不均匀问题”以及机器人运动的灵活性和敏捷性进行改进，并解决这些问题。

发明内容