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Stable and efficient robotic stitching system for manufacturing complex composite preforms
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DOI：10.1016/j.compositesb.2025.113363.png)
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摘要
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三维(3D)缝合预制件的应用为复合材料领域的材料选择提供了一种新颖的方法。三维平面和复杂缝合预制件在多个领域得到广泛应用。本研究提出了一种集成了主动张力控制和动态进给补偿的机器人缝合系统，以减轻复合材料预制件缝合过程中的运动不连续性和线张力波动。一种新型的单面缝合头安装在六自由度机器人手臂上。关键创新包括主动张力控制机制和进给补偿机制。主动张力控制机制估计每个缝合周期内的瞬时线需求，并利用张力传感器反馈动态调整线辊速度，从而保持精确的线张力。在缝合针穿刺过程中，进给补偿机制驱动缝合末端执行器反向运动，以补偿机械臂的位移。这使得机器人手臂能够进行连续进给，并消除了高频启停事件。在平板预制件上的实验表明，该系统在关键工艺参数（包括线张力0.1 N-1.0 N、线材材料Kevlar、碳和聚酰亚胺纤维、直径0.2 mm-0.6 mm以及缝合间距6 mm-10 mm）范围内稳定运行。在变曲率截锥实验中，进给补偿机制实现了连续进给。与无进给补偿条件相比，缝合效率提高了24.7%。该系统能够适应不同形状、尺寸和缝合参数的预制件，为复杂复合材料预制件的稳定高效缝合提供了可靠的解决方案。
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