CN116766631A - 一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手及铺带方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手及铺带方法，属于自动铺放的技术领域，包括机械臂和铺带头；铺带头包括铺带架、放卷机构、张力调节机构、切割机构、带换向机构、加热机构以及可换向双压辊机构；带换向机构包括带换向架、开槽换向辊和换向辊驱动部；开槽换向辊与料卷轴平行，开设贯通槽，转动安装在铺带架上，由换向辊驱动部驱动旋转；带换向架穿过开槽换向辊的贯通槽；可换向双压辊机构包括压辊架和压辊架驱动部；两组压辊架分别设置在开槽换向辊的两侧，由压辊架驱动部驱动旋转，压辊架包括与料卷轴平行的压辊。本发明可通过调节限宽挡环适应不同宽度的预浸带，通过带换向机构和可换向双压辊机构实现换向。

Description

一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手及铺带方法

技术领域

本发明属于自动铺放的技术领域，具体公开了一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手及铺带方法。

背景技术

碳纤维复合材料具有高强度、高模量、易于一体化成型大构件且轻质的特点，减少了拼接零件的数目，节约了制造和装配的成本，在航空航天、高端汽车制造等领域的应用愈发广泛。

自动铺放技术作为一种低成本的复合材料制造技术，不断提高其铺放效率以及铺放精度对于碳纤维复合材料的发展至关重要。

现有技术存在如下缺陷：

1、在对每条预先规划的轨迹进行铺放时，都要在铺放结束后调转铺带头以进行下一条轨迹的铺放，一般包括：铺带头抬起、铺带头被牵引至下条轨迹初始位置、铺带头回转、铺带头压下等步骤，增加了铺带装置的额外操作时间，导致铺放效率低；

2、对于不同复合材料构架的铺放成型，因构件结构不同，需要采用适宜宽度的预浸带，不同带宽下铺放精度的要求也是影响铺带装置在实际加工过程中适应性的重要因素。

发明内容

本发明提供一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手及铺带方法，以改善背景技术中所述技术问题。

上述一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，包括机械臂以及作为末端执行器的铺带头；铺带头包括铺带架、放卷机构、张力调节机构、切割机构、带换向机构、加热机构以及可换向双压辊机构；铺带架安装在机械臂上；放卷机构包括转动安装在铺带架上的料卷轴；张力调节机构包括张力架和张力架驱动部；张力架通过转动件Ⅰ与铺带架连接，转动件Ⅰ的中轴线与料卷轴的中轴线平行，张力架由张力架驱动部驱动旋转，张力架包括与料卷轴平行的张力辊；张力辊包括可转动的辊体、滑动套设在辊体上的两个限宽挡环以及用于固定限宽挡环轴向位置的定位件；带换向机构包括带换向架、开槽换向辊和换向辊驱动部；开槽换向辊与料卷轴平行，开设贯通槽，转动安装在铺带架上，由换向辊驱动部驱动旋转；带换向架穿过开槽换向辊的贯通槽，设置有带换向通道；可换向双压辊机构包括压辊架和压辊架驱动部；两组压辊架分别设置在开槽换向辊的两侧，均通过转动件Ⅱ与铺带架连接，转动件Ⅱ的中轴线与料卷轴的中轴线平行，由压辊架驱动部驱动旋转，压辊架包括与料卷轴平行的压辊；料卷轴上的料卷引出的预浸带绕过张力辊上两个限宽挡环之间的区域，穿过带换向通道，由加热机构加热后被压辊压实在预设位置，预浸带由切割机构切断。

进一步地，辊体的表面沿周向开设有多个周向定位槽，沿轴向设置有多组轴向定位槽，周向定位槽沿轴向贯穿辊体的两端，轴向定位槽与周向定位槽垂直相通，同一轴向位置的轴向定位槽数量为一个或多个；限宽挡环的两端分别设置有周向定位插条和周向旋槽；两个限宽挡环的周向定位插条错位插设在辊体的周向定位槽中，以限制限宽挡环周向旋转；周向旋槽包括轴向段以及与轴向段垂直相通的周向段，轴向段贯穿限宽挡环的端面；定位件为定位环，内壁设置有周向旋凸和轴向定位凸起，周向旋凸自周向旋槽的轴向段插入周向段实现定位环和限宽挡环的转动连接，轴向定位凸起根据预浸带的带宽旋入不同轴向位置的轴向定位槽中，以固定限宽挡环轴向位置。

进一步地，周向定位插条与限宽挡环连接的端部设置有垂直的插接块，插接块上设置有垂直于周向定位插条的孔，孔内安装有弹簧和定位珠，弹簧的两端分别与定位珠和孔壁相接；限宽挡环与周向定位插条连接的端面设置有插接槽，插接槽内设置有圆弧槽；周向定位插条的插接块插入插接槽中，定位珠通过弹簧顶入圆弧槽；两个限宽挡环的周向定位插条数量相等，等间距设置；辊体表面周向定位槽的数量为两个限宽挡环上周向定位插条数量之和。

进一步地，张力架还包括张力架摆杆；两根张力辊平行设置，由两侧的张力架摆杆连接；张力架摆杆通过转动件Ⅰ与铺带架连接；张力架驱动部为张力架伸缩缸，两端分别与铺带架和张力架摆杆转动连接。

进一步地，两组压辊架分别为驱动压辊架和从动压辊架；驱动压辊架和从动压辊架均包括与压辊两端转动连接的压辊摇杆，压辊摇杆均通过转动件Ⅱ与铺带架连接；驱动压辊架还包括与压辊平行的驱动杆；可换向双压辊机构还包括连接杆，两组压辊架位于压辊同一端的压辊摇杆分别与连接杆的两端转动连接；驱动杆的两端与两侧连接杆转动连接；压辊架驱动部为压辊架伸缩缸，两端分别与铺带架和驱动杆转动连接。

进一步地，铺带头还包括重送机构；重送机构包括压紧辊、压紧辊驱动部、重送辊和重送辊驱动部；压紧辊、重送辊与料卷轴平行，位于张力调节机构的出料位置；重送辊转动安装在铺带架上，由重送辊驱动部驱动旋转；压紧辊驱动部安装在铺带架上，用于驱动压紧辊靠近或远离重送辊。

进一步地，铺带头还包括带导向架Ⅰ和带导向架Ⅱ；带导向架Ⅰ安装在铺带架上，位于重送机构和带换向机构之间，设置有带导向通道以及垂直贯穿带导向通道的切割通道；两组带导向架Ⅱ安装在铺带架上，分别设置在开槽换向辊的两侧，且位于两组压辊架之间，均设置有带导向通道，带导向通道的进口用于引入由带换向架引出的预浸带，出口分别朝向两侧的压辊；两组加热机构均安装在铺带架上，分别位于两组带导向架Ⅱ的出口处。

进一步地，切割机构包括切割刀中间架、切割刀侧架、纵向丝杠、纵向丝杠驱动部、纵向导向轴、横向丝杠、横向丝杠驱动部、切割刀夹具和超声切割刀；切割刀中间架以及位于切割刀中间架两侧的切割刀侧架均安装在铺带架上；纵向丝杠穿过切割刀中间架的螺纹孔，两端与两侧的切割刀侧架转动连接，由纵向丝杠驱动部驱动旋转；两个纵向导向轴对称设置在纵向丝杠的两侧，穿过切割刀中间架，两端与两侧的切割刀侧架连接；横向丝杠穿过切割刀夹具的螺纹孔，两端分别与切割刀中间架转动连接，由横向丝杠驱动部驱动旋转；切割刀夹具固定超声切割刀，使超声切割刀对准带导向架Ⅰ上的切割通道。

进一步地，铺带架包括顶板、底板、连接顶板和底板的侧板Ⅰ以及固定在底板下侧的侧板Ⅱ；放卷机构还包括磁粉制动器；料卷轴采用气胀轴，转动穿过单侧侧板Ⅰ，位于铺带架外的端部与磁粉制动器连接，位于铺带架内的轴段上设置有用于限制料卷位置的限位凸台；张力架摆杆与两侧的侧板Ⅰ转动连接，张力架伸缩缸的两端分别与单侧侧板Ⅰ和张力架摆杆转动连接；压紧辊驱动部为压紧辊伸缩缸，缸体通过压紧辊伸缩缸架安装在底板上侧，活塞端安装有压紧辊架，压紧辊转动安装在压紧辊架上；重送辊通过重送辊架安装在底板上侧；重送辊驱动部为重送辊旋转电机，输出轴穿过单侧侧板Ⅰ，与重送辊连接；底板位于压紧辊和重送辊对应的位置设置有带导向孔；带导向架Ⅰ安装在侧板Ⅱ上，穿过带导向孔；切割刀中间架和切割刀侧架安装在底板下侧；换向辊驱动部为换向辊旋转电机，输出轴穿过侧板Ⅱ，与开槽换向辊连接；带导向架Ⅱ和加热机构安装在侧板Ⅱ上；压辊摇杆均通过转动件Ⅱ与底板转动连接；压辊架伸缩缸的缸体端与底板转动连接，活塞端与驱动杆上转动套设的回转接头连接。

本发明还提供一种基于上述适应多宽度预浸带的双向铺带机械手的铺带方法，包括下述步骤：

S1，安装料卷，根据带宽调整限宽挡环的轴向位置，将料卷引出的预浸带绕过张力辊上两个限宽挡环之间的区域，依次穿过压紧辊和重送辊之间的间隙、带导向架Ⅰ和带换向架；

S2，将带换向架的出口旋转至朝向A侧带导向架Ⅱ，将预浸带引入A侧带导向架Ⅱ，机械臂驱动铺带头至预设轨迹的起始位置，重送机构将预浸带运送至A侧压辊的下侧，A侧压辊下压接触预浸带并压至芯模表面，转动张力架，使预浸带绷直并达到预设张力；

S3，机械臂按步骤S2中的预设轨迹运动，重送辊旋转输送预浸带，预浸带经加热由A侧压辊压紧在芯模表面进行铺放，当芯模表面剩余铺放长度与待铺放预浸带长度相匹配时，切割机构对预浸带进行切割，待铺放预浸带长度为A侧压辊和切割通道之间的预浸带长度；

S4，待铺放预浸带完成后，A侧压辊抬起使两侧压辊均与芯模表面分离；

S5，将带换向架的出口旋转至朝向B侧带导向架Ⅱ，将预浸带引入B侧带导向架Ⅱ，机械臂驱动铺带头至下一预设轨迹的起始位置，重送机构将预浸带运送至B侧压辊的下侧，B侧压辊下压接触预浸带并压至芯模表面，转动张力架，使预浸带绷直并达到预设张力；

S6，机械臂按步骤S5中的预设轨迹运动，重送辊旋转输送预浸带，预浸带经加热由B侧压辊压紧在芯模表面进行铺放，当芯模表面剩余铺放长度与待铺放预浸带长度相匹配时，切割机构对预浸带进行切割，待铺放预浸带长度为B侧压辊和切割通道之间的预浸带长度；

S7，待铺放预浸带完成后，B侧压辊抬起使两侧压辊均与芯模表面分离；

S8，重复S2-S7，直至铺放结束。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明设计了一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，相较于传统的铺带装置，在完成当前轨迹的铺放后，不需要对铺带头进行回转，一定情况下甚至不需要机械臂末端对铺带头进行提升，通过快速对预浸带进行换向和压辊的切换，即可改变铺放的方向，减少了铺放过程中额外操作的时间，提高了铺放的效率，同时通过张力调节机构动作，可以使预浸带在铺放过程中保持一定的张力，有利于带的输送和切割；

2、对于不同宽度的预浸带，可调节限宽挡环的轴向位置，使预浸带可以与张力辊保持轴线方向上的对中，保证预浸带不会沿料卷轴线方向滑移，也即最终预浸带带宽中心线与压辊轴线方向中心线对中，有利于更好地控制铺放过程中相邻带之间的间隙，更好地保证构件的成型质量，也拓展了铺带装置的适用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为适应多宽度预浸带的双向铺带机械手的结构示意图；

图2为铺带头的结构示意图；

图3为放卷机构的结构示意图；

图4为张力调节机构的结构示意图；

图5为张力辊的结构示意图；

图6为定位环的结构示意图；

图7为限宽挡环和周向定位插条的配合图；

图8为重送机构的结构示意图；

图9为带导向架Ⅰ和切割机构的安装示意图；

图10为带导向架Ⅰ、带换向机构、带导向架Ⅱ和加热机构的安装示意图；

图11为可换向双压辊机构的安装示意图。

图中：1-机械臂；

2-铺带架；2.1-带导向孔；2.2-摇杆回转轴；

3-放卷机构；3.1-料卷轴；3.2-磁粉制动器；3.3-轴承Ⅲ；3.4-限位凸台；

4-张力调节机构；4.1-张力辊；4.1.1-限宽挡环；4.1.2-周向定位槽；4.1.3-轴向定位槽；4.1.4-周向定位插条；4.1.5-周向旋槽；4.1.6-定位环；4.1.7-周向旋凸；4.1.8-轴向定位凸起；4.1.9-中空圆管；4.1.10-回转支撑轴；4.1.11-弹簧；4.1.12-定位珠；4.2-张力架摆杆；4.3-张力架伸缩缸；4.4-缸体连杆；4.5-T形销；4.6-I形接头；4.7-活塞连杆；4.8-轴承Ⅰ；

5-重送机构；5.1-压紧辊；5.2-重送辊；5.3-压紧辊伸缩缸；5.4-重送辊旋转电机；

6-带导向架Ⅰ；6.1-切割通道；

7-切割机构；7.1-切割刀中间架；7.2-切割刀侧架；7.3-纵向丝杠；7.4-纵向导向轴；7.5-横向丝杠；7.6-切割刀夹具；7.7-超声切割刀；7.8-夹持半圆；7.9-切割刀回转驱动电机；

8-带换向机构；8.1-带换向架；8.2-开槽换向辊；8.3-换向辊旋转电机；

9-带导向架Ⅱ；

10-加热机构；

11-可换向双压辊机构；11.1-压辊；11.2-压辊摇杆；11.3-驱动杆；11.4-连接杆；11.5-压辊架伸缩缸；11.6-回转接头；

101-预浸带；102-料卷。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，包括机械臂1以及作为末端执行器的铺带头。

机械臂1优选为六自由度机械臂。

铺带头包括铺带架2、放卷机构3、张力调节机构4、重送机构5、带导向架Ⅰ6、切割机构7、带换向机构8、带导向架Ⅱ9、加热机构10以及可换向双压辊机构11。

铺带架2安装在机械臂1上。

放卷机构3包括转动安装在铺带架2上的料卷轴3.1以及与料卷轴3.1连接的磁粉制动器3.2，磁粉制动器3.2用于控制料卷轴3.1放卷时的阻力。

张力调节机构4包括张力架和张力架驱动部；张力架通过转动件Ⅰ与铺带架2连接，转动件Ⅰ的中轴线与料卷轴3.1的中轴线平行，张力架由张力架驱动部驱动旋转，张力架包括与料卷轴3.1平行的张力辊4.1；张力辊4.1包括可转动的辊体、滑动套设在辊体上的两个限宽挡环4.1.1以及用于固定限宽挡环4.1.1轴向位置的定位件。

辊体的表面沿周向开设有多个周向定位槽4.1.2，沿轴向设置有多组轴向定位槽4.1.3，周向定位槽4.1.2沿轴向贯穿辊体的两端，轴向定位槽4.1.3与周向定位槽4.1.2垂直相通，同一轴向位置的轴向定位槽4.1.3数量为一个或多个；限宽挡环4.1.1的两端分别设置有周向定位插条4.1.4和周向旋槽4.1.5；两个限宽挡环4.1.1的周向定位插条4.1.4错位插设在辊体的周向定位槽4.1.2中，以限制限宽挡环4.1.1周向旋转；周向旋槽4.1.5包括轴向段以及与轴向段垂直相通的周向段，轴向段贯穿限宽挡环4.1.1的端面（本实施例中周向旋槽4.1.5为L形槽）；定位件为定位环4.1.6，内壁设置有周向旋凸4.1.7和轴向定位凸起4.1.8，周向旋凸4.1.7自周向旋槽4.1.5的轴向段插入周向段实现定位环4.1.6和限宽挡环4.1.1的转动连接，轴向定位凸起4.1.8根据预浸带101的带宽旋入不同轴向位置的轴向定位槽4.1.3中，以固定限宽挡环4.1.1轴向位置。

限宽挡环4.1.1的轴向调节过程如下所述：

沿周向旋槽4.1.5的周向段旋转定位环4.1.6，使轴向定位凸起4.1.8对准周向定位槽4.1.2，周向定位插条4.1.4插入周向定位槽4.1.2，限宽挡环4.1.1和定位环4.1.6套设在辊体上，轴向定位凸起4.1.8位于周向定位槽4.1.2内，根据预浸带101的带宽将定位环4.1.6移动至合适的轴向定位槽4.1.3处，沿周向旋槽4.1.5的周向段旋转定位环4.1.6，使轴向定位凸起4.1.8旋入该轴向定位槽4.1.3中。

本实施例中，辊体包括中空圆管4.1.9以及穿过中空圆管4.1.9的回转支撑轴4.1.10，二者通过轴承连接。周向定位槽4.1.2和轴向定位槽4.1.3均设置在中空圆管4.1.9表面。

为了便于周向定位插条4.1.4与限宽挡环4.1.1拆卸更换，二者的连接方式如下所述：

周向定位插条4.1.4与限宽挡环4.1.1连接的端部设置有垂直的插接块，插接块上设置有垂直于周向定位插条4.1.4的孔，孔内安装有弹簧4.1.11和定位珠4.1.12，弹簧4.1.11的两端分别与定位珠4.1.12和孔壁相接；限宽挡环4.1.1与周向定位插条4.1.4连接的端面设置有插接槽，插接槽内设置有圆弧槽；周向定位插条4.1.4的插接块插入插接槽中，定位珠4.1.12通过弹簧4.1.11顶入圆弧槽实现定位并防止插接块脱落。

两个限宽挡环4.1.1的周向定位插条4.1.4数量相等，等间距设置；辊体表面周向定位槽4.1.2的数量为两个限宽挡环4.1.1上周向定位插条4.1.4数量之和。

张力架还包括张力架摆杆4.2；两根张力辊4.1平行设置，由两侧的张力架摆杆4.2连接；张力架摆杆4.2通过转动件Ⅰ与铺带架2连接；张力架驱动部为张力架伸缩缸4.3，两端分别与铺带架2和张力架摆杆4.2转动连接。

重送机构5包括压紧辊5.1、压紧辊驱动部、重送辊5.2和重送辊驱动部；压紧辊5.1、重送辊5.2与料卷轴3.1平行，位于张力调节机构4的出料位置；重送辊5.2转动安装在铺带架2上，由重送辊驱动部驱动旋转；压紧辊驱动部安装在铺带架2上，用于驱动压紧辊5.1靠近或远离重送辊5.2。压紧辊驱动部为压紧辊伸缩缸5.3，重送辊驱动部为重送辊旋转电机5.4。

带导向架Ⅰ6安装在铺带架2上，位于重送机构5和带换向机构8之间，设置有带导向通道以及垂直贯穿带导向通道的切割通道6.1。

切割机构7包括切割刀中间架7.1、切割刀侧架7.2、纵向丝杠7.3、纵向丝杠驱动部、纵向导向轴7.4、横向丝杠7.5、横向丝杠驱动部、切割刀夹具7.6和超声切割刀7.7；切割刀中间架7.1以及位于切割刀中间架7.1两侧的切割刀侧架7.2均安装在铺带架2上；纵向丝杠7.3穿过切割刀中间架7.1的螺纹孔，两端与两侧的切割刀侧架7.2转动连接，由纵向丝杠驱动部驱动旋转；两个纵向导向轴7.4对称设置在纵向丝杠7.3的两侧，穿过切割刀中间架7.1，两端与两侧的切割刀侧架7.2连接；横向丝杠7.5穿过切割刀夹具7.6的螺纹孔，两端分别与切割刀中间架7.1转动连接，由横向丝杠驱动部驱动旋转；切割刀夹具7.6固定超声切割刀7.7，使超声切割刀7.7对准带导向架Ⅰ6上的切割通道6.1。纵向丝杠驱动部和横向丝杠驱动部均采用电机。

超声切割刀7.7为旋转型刀具，分为切割刀前段与切割刀后段，两段同轴连接，相对回转，切割刀前段用于旋转切割，切割刀后段由两个夹持半圆7.8夹紧，两个夹持半圆7.8之间设置有接线空间。切割刀回转驱动电机7.9安装在切割刀夹具7.6上，线路穿过接线空间与切割刀后段连接。

带换向机构8包括带换向架8.1、开槽换向辊8.2和换向辊驱动部；开槽换向辊8.2与料卷轴3.1平行，开设贯通槽，转动安装在铺带架2上，由换向辊驱动部驱动旋转；带换向架8.1穿过开槽换向辊8.2的贯通槽，设置有带换向通道。换向辊驱动部为换向辊旋转电机8.3。

两组带导向架Ⅱ9安装在铺带架2上，分别设置在开槽换向辊8.2的两侧，且位于可换向双压辊机构11的两组压辊架之间，均设置有带导向通道，带导向通道的进口用于引入由带换向架8.1引出的预浸带，出口分别朝向可换向双压辊机构11两侧的压辊11.1。

两组加热机构10均安装在铺带架2上，分别位于两组带导向架Ⅱ9的出口处。加热机构10的加热方向垂直于带导向架Ⅱ9和压辊11.1之间的预浸带101，以更好地对预浸带101进行加热。

可换向双压辊机构11包括压辊架和压辊架驱动部；两组压辊架分别设置在开槽换向辊8.2的两侧，均通过转动件Ⅱ与铺带架2连接，转动件Ⅱ的中轴线与料卷轴3.1的中轴线平行，由压辊架驱动部驱动旋转，压辊架包括与料卷轴3.1平行的压辊11.1。通过压辊架驱动部驱动压辊架旋转实现两组压辊11.1换向。

两组压辊架分别为驱动压辊架和从动压辊架；驱动压辊架和从动压辊架均包括与压辊11.1两端转动连接的压辊摇杆11.2，压辊摇杆11.2均通过转动件Ⅱ与铺带架2连接；驱动压辊架还包括与压辊11.1平行的驱动杆11.3；可换向双压辊机构11还包括连接杆11.4，两组压辊架位于压辊11.1同一端的压辊摇杆11.2分别与连接杆11.4的两端转动连接；驱动杆11.3的两端与两侧连接杆11.4转动连接；压辊架驱动部为压辊架伸缩缸11.5，两端分别与铺带架2和驱动杆11.3转动连接。

压辊11.1为弹性压辊。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例对铺带头中各机构的具体位置进行了优化。

铺带架2包括顶板、底板、连接顶板和底板的侧板Ⅰ以及固定在底板下侧的侧板Ⅱ。

料卷轴3.1采用气胀轴，转动穿过单侧侧板Ⅰ，二者通过轴承Ⅲ3.3连接，位于铺带架2外的端部与磁粉制动器3.2连接，位于铺带架2内的轴段上设置有用于限制料卷102位置的限位凸台3.4。

张力架摆杆4.2通过转动件Ⅰ与两侧的侧板Ⅰ转动连接。张力架伸缩缸4.3的两端分别与单侧侧板Ⅰ和张力架摆杆4.2转动连接。张力架伸缩缸4.3采用摆尾式安装，张力架伸缩缸4.3的缸体端设置有通孔，缸体连杆4.4转动穿过缸体端的通孔固定在单侧侧板Ⅰ上，缸体连杆4.4位于缸体端外的端部穿设有T形销4.5以限制缸体沿缸体连杆4.4移动，张力架伸缩缸4.3的活塞端螺纹连接有I形接头4.6，活塞连杆4.7转动穿过I形接头4.6上的通孔固定在张力架摆杆4.2上。本实施例中转动件Ⅰ为两个轴承Ⅰ4.8，转动件Ⅰ的中轴线为两个轴承Ⅰ4.8中心的连线。

压紧辊伸缩缸5.3的缸体通过压紧辊伸缩缸架安装在底板上侧，活塞端安装有压紧辊架，压紧辊5.1转动安装在压紧辊架上；重送辊5.2通过重送辊架安装在底板上侧；重送辊旋转电机5.4的输出轴穿过单侧侧板Ⅰ，与重送辊5.2通过联轴器连接。

底板位于压紧辊5.1和重送辊5.2对应的位置设置有带导向孔2.1；带导向架Ⅰ6安装在侧板Ⅱ上，穿过带导向孔2.1。

切割刀中间架7.1和切割刀侧架7.2安装在底板下侧。

换向辊旋转电机8.3的输出轴穿过侧板Ⅱ，与开槽换向辊8.2连接。

带导向架Ⅱ9和加热机构10安装在侧板Ⅱ上。

底板上安装有摇杆回转轴2.2；压辊摇杆11.2均通过转动件Ⅱ与底板上的摇杆回转轴2.2转动连接，本实施例中转动件Ⅱ为轴承Ⅱ，转动件Ⅱ的中轴线为两个轴承Ⅱ中心的连线；压辊架伸缩缸11.5的缸体端与底板转动连接，活塞端与驱动杆11.3上转动套设的回转接头11.6连接。

实施例3

本实施例提供一种基于上述适应多宽度预浸带的双向铺带机械手的铺带方法，包括下述步骤：

S1，安装料卷102，根据带宽调整限宽挡环4.1.1的轴向位置，将料卷102引出的预浸带101绕过张力辊4.1上两个限宽挡环4.1.1之间的区域，依次穿过压紧辊5.1和重送辊5.2之间的间隙、带导向架Ⅰ6和带换向架8.1；

S2，将带换向架8.1的出口旋转至朝向A侧（图2所示）带导向架Ⅱ9，将预浸带101引入A侧带导向架Ⅱ9，机械臂1驱动铺带头至预设轨迹的起始位置，重送机构5将预浸带101运送至A侧压辊11.1的下侧，A侧压辊11.1下压接触预浸带101并压至芯模表面，转动张力架，使预浸带101绷直并达到预设张力；

S3，机械臂1按步骤S2中的预设轨迹运动，重送辊5.2旋转输送预浸带101，预浸带101经加热由A侧压辊11.1压紧在芯模表面进行铺放，当芯模表面剩余铺放长度与待铺放预浸带101长度相匹配时，切割机构7对预浸带101进行切割，待铺放预浸带101长度为A侧压辊11.1和切割通道6.1之间的预浸带101长度；

S4，待铺放预浸带101完成后，A侧压辊11.1抬起使两侧压辊11.1均与芯模表面分离；

S5，将带换向架8.1的出口旋转至朝向B侧（图2所示）带导向架Ⅱ9，将预浸带101引入B侧带导向架Ⅱ9，机械臂1驱动铺带头至下一预设轨迹的起始位置，重送机构5将预浸带101运送至B侧压辊11.1的下侧，B侧压辊11.1下压接触预浸带101并压至芯模表面，转动张力架，使预浸带101绷直并达到预设张力；

S6，机械臂1按步骤S5中的预设轨迹运动，重送辊5.2旋转输送预浸带101，预浸带101经加热由B侧压辊11.1压紧在芯模表面进行铺放，当芯模表面剩余铺放长度与待铺放预浸带11.1长度相匹配时，切割机构7对预浸带101进行切割，待铺放预浸带101长度为B侧压辊11.1和切割通道6.1之间的预浸带101长度；

S7，待铺放预浸带101完成后，B侧压辊11.1抬起使两侧压辊11.1均与芯模表面分离；

S8，重复S2-S7，直至铺放结束。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，包括机械臂，其特征在于，还包括作为末端执行器的铺带头；

所述铺带头包括铺带架、放卷机构、张力调节机构、切割机构、带换向机构、加热机构以及可换向双压辊机构；

所述铺带架安装在机械臂上；

所述放卷机构包括转动安装在铺带架上的料卷轴；

所述张力调节机构包括张力架和张力架驱动部；

所述张力架通过转动件Ⅰ与铺带架连接，转动件Ⅰ的中轴线与料卷轴的中轴线平行，张力架由张力架驱动部驱动旋转，张力架包括与料卷轴平行的张力辊；

所述张力辊包括可转动的辊体、滑动套设在辊体上的两个限宽挡环以及用于固定限宽挡环轴向位置的定位件；

所述带换向机构包括带换向架、开槽换向辊和换向辊驱动部；

所述开槽换向辊与料卷轴平行，开设贯通槽，转动安装在铺带架上，由换向辊驱动部驱动旋转；

所述带换向架穿过开槽换向辊的贯通槽，设置有带换向通道；

所述可换向双压辊机构包括压辊架和压辊架驱动部；

两组压辊架分别设置在开槽换向辊的两侧，均通过转动件Ⅱ与铺带架连接，转动件Ⅱ的中轴线与料卷轴的中轴线平行，由压辊架驱动部驱动旋转，压辊架包括与料卷轴平行的压辊；

所述料卷轴上的料卷引出的预浸带绕过张力辊上两个限宽挡环之间的区域，穿过带换向通道，由加热机构加热后被压辊压实在预设位置，预浸带由切割机构切断。

2.根据权利要求1所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，所述辊体的表面沿周向开设有多个周向定位槽，沿轴向设置有多组轴向定位槽，周向定位槽沿轴向贯穿辊体的两端，轴向定位槽与周向定位槽垂直相通，同一轴向位置的轴向定位槽数量为一个或多个；

所述限宽挡环的两端分别设置有周向定位插条和周向旋槽；

两个限宽挡环的周向定位插条错位插设在辊体的周向定位槽中；

所述周向旋槽包括轴向段以及与轴向段垂直相通的周向段，轴向段贯穿限宽挡环的端面；

所述定位件为定位环，内壁设置有周向旋凸和轴向定位凸起，周向旋凸自周向旋槽的轴向段插入周向段实现定位环和限宽挡环的转动连接，轴向定位凸起根据预浸带的带宽旋入不同轴向位置的轴向定位槽中。

3.根据权利要求2所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，所述周向定位插条与限宽挡环连接的端部设置有垂直的插接块，插接块上设置有垂直于周向定位插条的孔，孔内安装有弹簧和定位珠，弹簧的两端分别与定位珠和孔壁相接；

所述限宽挡环与周向定位插条连接的端面设置有插接槽，插接槽内设置有圆弧槽；

所述周向定位插条的插接块插入插接槽中，定位珠通过弹簧顶入圆弧槽；

两个限宽挡环的周向定位插条数量相等，等间距设置；

所述辊体表面周向定位槽的数量为两个限宽挡环上周向定位插条数量之和。

4.根据权利要求3所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，张力架还包括张力架摆杆；

两根张力辊平行设置，由两侧的张力架摆杆连接；

所述张力架摆杆通过转动件Ⅰ与铺带架连接；

所述张力架驱动部为张力架伸缩缸，两端分别与铺带架和张力架摆杆转动连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，两组压辊架分别为驱动压辊架和从动压辊架；

所述驱动压辊架和从动压辊架均包括与压辊两端转动连接的压辊摇杆，压辊摇杆均通过转动件Ⅱ与铺带架连接；

所述驱动压辊架还包括与压辊平行的驱动杆；

可换向双压辊机构还包括连接杆，两组压辊架位于压辊同一端的压辊摇杆分别与连接杆的两端转动连接；

所述驱动杆的两端与两侧连接杆转动连接；

压辊架驱动部为压辊架伸缩缸，两端分别与铺带架和驱动杆转动连接。

6.根据权利要求5所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，铺带头还包括重送机构；

所述重送机构包括压紧辊、压紧辊驱动部、重送辊和重送辊驱动部；

所述压紧辊、重送辊与料卷轴平行，位于张力调节机构的出料位置；

所述重送辊转动安装在铺带架上，由重送辊驱动部驱动旋转；

所述压紧辊驱动部安装在铺带架上，用于驱动压紧辊靠近或远离重送辊。

7.根据权利要求6所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，铺带头还包括带导向架Ⅰ和带导向架Ⅱ；

所述带导向架Ⅰ安装在铺带架上，位于重送机构和带换向机构之间，设置有带导向通道以及垂直贯穿带导向通道的切割通道；

两组带导向架Ⅱ安装在铺带架上，分别设置在开槽换向辊的两侧，且位于两组压辊架之间，均设置有带导向通道，带导向通道的进口用于引入由带换向架引出的预浸带，出口分别朝向两侧的压辊；

两组加热机构均安装在铺带架上，分别位于两组带导向架Ⅱ的出口处。

8.根据权利要求7所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，切割机构包括切割刀中间架、切割刀侧架、纵向丝杠、纵向丝杠驱动部、纵向导向轴、横向丝杠、横向丝杠驱动部、切割刀夹具和超声切割刀；

所述切割刀中间架以及位于切割刀中间架两侧的切割刀侧架均安装在铺带架上；

所述纵向丝杠穿过切割刀中间架的螺纹孔，两端与两侧的切割刀侧架转动连接，由纵向丝杠驱动部驱动旋转；

两个纵向导向轴对称设置在纵向丝杠的两侧，穿过切割刀中间架，两端与两侧的切割刀侧架连接；

所述横向丝杠穿过切割刀夹具的螺纹孔，两端分别与切割刀中间架转动连接，由横向丝杠驱动部驱动旋转；

所述切割刀夹具固定超声切割刀，使超声切割刀对准带导向架Ⅰ上的切割通道。

9.根据权利要求8所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手，其特征在于，铺带架包括顶板、底板、连接顶板和底板的侧板Ⅰ以及固定在底板下侧的侧板Ⅱ；

放卷机构还包括磁粉制动器；

料卷轴采用气胀轴，转动穿过单侧侧板Ⅰ，位于铺带架外的端部与磁粉制动器连接，位于铺带架内的轴段上设置有用于限制料卷位置的限位凸台；

张力架摆杆与两侧的侧板Ⅰ转动连接，张力架伸缩缸的两端分别与单侧侧板Ⅰ和张力架摆杆转动连接；

压紧辊驱动部为压紧辊伸缩缸，缸体通过压紧辊伸缩缸架安装在底板上侧，活塞端安装有压紧辊架，压紧辊转动安装在压紧辊架上；

重送辊通过重送辊架安装在底板上侧；

重送辊驱动部为重送辊旋转电机，输出轴穿过单侧侧板Ⅰ，与重送辊连接；

底板位于压紧辊和重送辊对应的位置设置有带导向孔；

带导向架Ⅰ安装在侧板Ⅱ上，穿过带导向孔；

切割刀中间架和切割刀侧架安装在底板下侧；

换向辊驱动部为换向辊旋转电机，输出轴穿过侧板Ⅱ，与开槽换向辊连接；

带导向架Ⅱ和加热机构安装在侧板Ⅱ上；

压辊摇杆均通过转动件Ⅱ与底板转动连接；

压辊架伸缩缸的缸体端与底板转动连接，活塞端与驱动杆上转动套设的回转接头连接。

10.一种基于权利要求7-9任一项所述的适应多宽度预浸带的双向铺带机械手的铺带方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1，安装料卷，根据带宽调整限宽挡环的轴向位置，将料卷引出的预浸带绕过张力辊上两个限宽挡环之间的区域，依次穿过压紧辊和重送辊之间的间隙、带导向架Ⅰ和带换向架；

S2，将带换向架的出口旋转至朝向A侧带导向架Ⅱ，将预浸带引入A侧带导向架Ⅱ，机械臂驱动铺带头至预设轨迹的起始位置，重送机构将预浸带运送至A侧压辊的下侧，A侧压辊下压接触预浸带并压至芯模表面，转动张力架，使预浸带绷直并达到预设张力；

S3，机械臂按步骤S2中的预设轨迹运动，重送辊旋转输送预浸带，预浸带经加热由A侧压辊压紧在芯模表面进行铺放，当芯模表面剩余铺放长度与待铺放预浸带长度相匹配时，切割机构对预浸带进行切割，待铺放预浸带长度为A侧压辊和切割通道之间的预浸带长度；

S4，待铺放预浸带完成后，A侧压辊抬起使两侧压辊均与芯模表面分离；

S5，将带换向架的出口旋转至朝向B侧带导向架Ⅱ，将预浸带引入B侧带导向架Ⅱ，机械臂驱动铺带头至下一预设轨迹的起始位置，重送机构将预浸带运送至B侧压辊的下侧，B侧压辊下压接触预浸带并压至芯模表面，转动张力架，使预浸带绷直并达到预设张力；

S6，机械臂按步骤S5中的预设轨迹运动，重送辊旋转输送预浸带，预浸带经加热由B侧压辊压紧在芯模表面进行铺放，当芯模表面剩余铺放长度与待铺放预浸带长度相匹配时，切割机构对预浸带进行切割，待铺放预浸带长度为B侧压辊和切割通道之间的预浸带长度；

S7，待铺放预浸带完成后，B侧压辊抬起使两侧压辊均与芯模表面分离；

S8，重复S2-S7，直至铺放结束。