CN115203855A - 一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，包括以下步骤：预设预浸料的尺寸参数、真空吸盘的数量及真空吸盘的初始排布方式；以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w为目标函数，以相邻真空吸盘的间距L1、L2和最外侧真空吸盘与预浸料边缘的边距L3、L4为自变量，建立真空吸盘抓取点位排布的优化数学模型；通过Matlab软件对目标函数进行多目标线性有约束优化，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w最小为优化目标，得到真空吸盘在预浸料上的抓取点位排布。本发明可以快速得到真空吸盘在预浸料上的最优抓取点位，提高真空吸盘抓取预浸料的稳定性，有效提高生产效率和成型质量，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及自动化抓取技术领域，尤其涉及一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法。
背景技术
在复合材料自动化生产过程中，针对预浸料的抓取是其中的一项重要工艺。复合材料自动抓取技术对于提高生产效率、保证产品质量起到关键作用。目前主要采用真空吸盘对预浸料进行抓取，真空吸盘在预浸料上的抓取点位直接影响抓取的质量，不合理的真空吸盘排布方法会造成预浸料在后续铺放过程中产生褶皱等缺陷，甚至造成预浸料脱落，而真空吸盘的数量过多会影响结构复杂性，增加真空损失，提高了对设备的要求。因此，合理排布真空吸盘在预浸料上的位置，在满足抓取稳定性的同时尽量减少真空吸盘的数量，对提高复合材料自动化生产质量具有重要意义。
目前一般采用经验设计方法进行真空吸盘的排布设计，通过实际生产过程中的抓取质量反馈对排布方案进行修正，缺乏科学合理的真空吸盘排布优化设计方法。
发明内容
本发明为解决现有设计需要经过多次实验修正，比较麻烦的技术问题，提供了一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法。
本发明提供了一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，包括以下步骤：
步骤S1，预设预浸料的尺寸参数、真空吸盘的数量及真空吸盘的初始排布方式；
步骤S2，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w为目标函数，以相邻真空吸盘的间距L1、L2和最外侧真空吸盘与预浸料边缘的边距L3、L4为自变量，建立公式（1）所示的真空吸盘抓取点位排布的优化数学模型：
其中，E是预浸料的弹性模量，I是截面的惯性矩，q是预浸料在自重作用下受到的竖直向下的均布载荷，a是预浸料的长度，b是预浸料的宽度，m、n分别是预浸料在长度和宽度方向上的真空吸盘数量，L1、L2分别是相邻真空吸盘在长度和宽度方向上的间距，L3、L4分别是最外侧真空吸盘与预浸料长度和宽度边缘的边距；
步骤S3，通过Matlab软件对目标函数进行多目标线性有约束优化，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w最小为优化目标，得到真空吸盘在预浸料上的抓取点位排布。
进一步地，步骤S2之前还包括以下步骤：
建立真空吸盘抓取预浸料的力学模型，
将相邻真空吸盘抓取带状预浸料和单真空吸盘抓取带状预浸料简化为固端梁和悬臂梁模型，
在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形即为最大挠度值，分别得到其最大挠度；将其推广至矩形预浸料，则在面内真空吸盘间的最大悬垂量h是预浸料在长度和宽度方向上分别产生的悬垂变形量的叠加，真空吸盘与预浸料边缘产生的最大悬垂变形位于预浸料的角落位置。
进一步地，所述真空吸盘呈阵列设置于吸盘架上。
进一步地，所述吸盘架上设有竖向导轨、装设于竖向导轨的竖向滑块、装设于竖向滑块上的横向导轨及装设于横向导轨上的横向滑块，所述真空吸盘设置于所述横向滑块上。
本发明的有益效果是：本发明提出一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，通过将真空吸盘在预浸料面上的排布划分为单吸盘两吸盘抓取的组合结构，分别简化为固端梁和悬臂梁模型，分析计算简便。不同于传统企业采用经验进行真空吸盘的排布，本发明给出了一种合理的真空吸盘排布优化方法，可以快速得到真空吸盘在预浸料上的最优抓取点位，显著提高真空吸盘抓取预浸料的稳定性，有效提高了生产效率和后续成型质量，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例中真空吸盘架的结构示意图；
图2为本发明真空吸盘抓取预浸料的力学模型；
图3为本发明真空吸盘抓取预浸料时面内悬垂变形关系；
图4为本发明真空吸盘抓取预浸料时边缘悬垂变形关系；
图5为本发明实施例真空吸盘抓取预浸料时初始排布方式；
图6为本发明实施例优化后真空吸盘抓取预浸料时排布方式。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，包括以下步骤：
步骤S1，预设预浸料的尺寸参数、真空吸盘的数量及真空吸盘的初始排布方式；
步骤S2，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w为目标函数，以相邻真空吸盘的间距L1、L2和最外侧真空吸盘与预浸料边缘的边距L3、L4为自变量，建立公式（1）所示的真空吸盘抓取点位排布的优化数学模型：
其中，E是预浸料的弹性模量，I是截面的惯性矩，q是预浸料在自重作用下受到的竖直向下的均布载荷，a是预浸料的长度，b是预浸料的宽度，m、n分别是预浸料在长度和宽度方向上的真空吸盘数量，L1、L2分别是相邻真空吸盘在长度和宽度方向上的间距，L3、L4分别是最外侧真空吸盘与预浸料长度和宽度边缘的边距；
步骤S3，通过Matlab软件对目标函数进行多目标线性有约束优化，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w最小为优化目标，得到真空吸盘在预浸料上的抓取点位排布。
本发明提出一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，通过将真空吸盘在预浸料面上的排布划分为单吸盘两吸盘抓取的组合结构，分别简化为固端梁和悬臂梁模型，分析计算简便。不同于传统企业采用经验进行真空吸盘的排布，本发明给出了一种合理的真空吸盘排布优化方法，可以快速得到真空吸盘在预浸料上的最优抓取点位，显著提高真空吸盘抓取预浸料的稳定性，有效提高了生产效率和后续成型质量，降低了生产成本。
具体地，步骤S2之前还包括以下步骤：
建立真空吸盘抓取预浸料的力学模型，
将相邻真空吸盘抓取带状预浸料和单真空吸盘抓取带状预浸料简化为固端梁和悬臂梁模型，
在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形即为最大挠度值，分别得到其最大挠度；将其推广至矩形预浸料，则在面内真空吸盘间的最大悬垂量h是预浸料在长度和宽度方向上分别产生的悬垂变形量的叠加，真空吸盘与预浸料边缘产生的最大悬垂变形位于预浸料的角落位置。
真空吸盘在预浸料上的间距包括沿预浸料长度方向的间距和沿预浸料宽度方向的间距，最外侧真空吸盘预浸料边缘的边距包括与预浸料长度边缘的边距和宽度边缘的边距。仅考虑预浸料真空吸盘在抓取过程中受自重影响产生的悬垂变形。
在一个可选实施例中，所述真空吸盘呈阵列设置于吸盘架上。所述吸盘架上设有竖向导轨、装设于竖向导轨的竖向滑块、装设于竖向滑块上的横向导轨及装设于横向导轨上的横向滑块，所述真空吸盘设置于所述横向滑块上。
为便于说明本发明所要解决的实际问题，以具体实施例对本发明进行详细说明。本发明实施例中真空吸盘架的结构简图如图1所示，吸盘架所要抓取的矩形预浸料尺寸为1200×300mm，使用10个真空吸盘对预浸料进行抓取。在本实例中，考虑到所要抓取的预浸料形状为规则矩形，真空吸盘采用2×5的阵列排布方式。以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w为目标函数，以两真空吸盘在长度L1、宽度方向的间距L2、最外侧真空吸盘与预浸料长度边缘的边距L3和最外侧真空吸盘与预浸料宽度边缘的边距L4为自变量，通过Matlab软件对目标函数进行多目标线性有约束优化。实施例真空吸盘抓取预浸料时初始排布方式如图5所示，其中L1=200mm，L2=100mm，L3=200mm，L4=100mm，预浸料产生的最大悬垂量为93.75mm；实施例优化后真空吸盘抓取预浸料时排布方式如图6所示，其中L1=262.1459mm，L2=160.5448mm，L3=75.7082mm，L4=69.7276mm，预浸料产生的最大悬垂量为4.2mm，比优化前减少了95.52%，显著提高了真空吸盘抓取预浸料的稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (4)
1.一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，预设预浸料的尺寸参数、真空吸盘的数量及真空吸盘的初始排布方式；
步骤S2，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w为目标函数，以相邻真空吸盘的间距L1、L2和最外侧真空吸盘与预浸料边缘的边距L3、L4为自变量，建立公式（1）所示的真空吸盘抓取点位排布的优化数学模型：
其中，E是预浸料的弹性模量，I是截面的惯性矩，q是预浸料在自重作用下受到的竖直向下的均布载荷，a是预浸料的长度，b是预浸料的宽度，m、n分别是预浸料在长度和宽度方向上的真空吸盘数量，L1、L2分别是相邻真空吸盘在长度和宽度方向上的间距，L3、L4分别是最外侧真空吸盘与预浸料长度和宽度边缘的边距；
步骤S3，通过Matlab软件对目标函数进行多目标线性有约束优化，以预浸料在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形量w最小为优化目标，得到真空吸盘在预浸料上的抓取点位排布。
2.如权利要求1所述的用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，其特征在于，步骤S2之前还包括以下步骤：
建立真空吸盘抓取预浸料的力学模型，
将相邻真空吸盘抓取带状预浸料和单真空吸盘抓取带状预浸料简化为固端梁和悬臂梁模型，
在被真空吸盘抓取过程中产生的最大悬垂变形即为最大挠度值，分别得到其最大挠度；将其推广至矩形预浸料，则在面内真空吸盘间的最大悬垂量h是预浸料在长度和宽度方向上分别产生的悬垂变形量的叠加，真空吸盘与预浸料边缘产生的最大悬垂变形位于预浸料的角落位置。
3.如权利要求1或2所述的用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，其特征在于，所述真空吸盘呈阵列设置于吸盘架上。
4.如权利要求3所述的用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法，其特征在于，所述吸盘架上设有竖向导轨、装设于竖向导轨的竖向滑块、装设于竖向滑块上的横向导轨及装设于横向导轨上的横向滑块，所述真空吸盘设置于所述横向滑块上。
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| CN202210886334.8A CN115203855A (zh) | 2022-07-26 | 2022-07-26 | 一种用于预浸料抓取的真空吸盘排布优化方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116872510A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 新创碳谷集团有限公司 | 一种模块化叶片分段处ud布的粘接定位工装及方法 |
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2022
- 2022-07-26 CN CN202210886334.8A patent/CN115203855A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116872510A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 新创碳谷集团有限公司 | 一种模块化叶片分段处ud布的粘接定位工装及方法 |
| CN116872510B (zh) * | 2023-09-08 | 2023-12-12 | 新创碳谷集团有限公司 | 一种模块化叶片分段处ud布的粘接定位工装及方法 |
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