CN215704269U - 一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于Z‑pin低损伤自动化植入的设备，设备包括：制孔装置，送丝装置和裁剪装置，其中，制孔装置或送丝装置用于连接至机械臂，用以通过所述机械臂的升降和转动来控制制孔针沿层合板表面的法向方向制孔，同时所述导管跟随所述制孔针同步下移、使裁剪后的Z‑pin丝材进入上一次由制孔针制得孔中；所述水平方向导轨滑块机构，用于调节所述制孔针水平方向与所述导管的间距，进而实现植入密度的调节。解决了预制孔制备操作和Z‑pin放置到预制孔内操作不能在一个工步内完成，进而植入效率低的问题。

Description

一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备

技术领域

本实用新型属于复合材料Z-pin层间增强设备技术领域，具体涉及一种用于 Z-pin低损伤自动化植入的设备。

背景技术

复合材料层合板是由性能不同或相同的单层板粘合而成的一种多层层合结构，在载荷作用下各单层板的变形情况不同，但通过粘结构成一整体协调变形，各层之间由于必须相互变形协调而存在层间应力分布，因此分层破坏是复合材料层合板主要的破坏形式之一。工程中使用的Z-pin层间增强技术是一种相对工艺简便、成本低廉的层间增强技术。Z-pin层间增强技术是在复合材料层合板厚度方向植入细短棒(Z-pin)，利用细短棒的“钉扎”桥联效应来显著提高层合板的层间强度，抗分层性能及抗冲击损伤容限等。现阶段Z-pin技术已获得一定的实际工程应用。美国洛克希德马丁公司将Z-pin技术应用到了机翼盒段试验；F-35战斗机和C17重型运输机上也使用了Z-pin技术。在国内，一些新型号的航空航天飞行器也在积极应用Z-pin技术。

目前，针对Z-pin植入有多种植入方式，第一种为采用人工植入Z-pin，特点是植入灵活，但植入效率低，自动化程度低，植入一致性差；第一种为超声辅助 Z-pin植入，特点是可实现批量植入，但植入损伤大，且须制备泡沫预植体，费时费力。现阶段，国内外关于Z-pin自动化设备的研制大多为实现Z-pin自动化裁剪，但用于在复合材料复杂曲面上实现Z-pin自动化植入的设备的研究未见报道或提及。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，以解决预制孔制备操作和Z-pin放置到预制孔内操作不能在一个工步内完成，进而植入效率低的问题。

本实用新型采用以下技术方案：一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，包括：

一制孔装置，包括制孔基座和安装在其下方的制孔针，所述制孔基座安装在一水平方向导轨滑块机构上，所述水平方向导轨滑块机构安装在固定板上；

一送丝装置，包括送丝基座和安装在其上的导管，所述送丝基座可拆卸连接至所述固定板上；所述导管用于供Z-pin丝材通过，所述导管平行、间隔位于所述制孔针旁，所述导管的出口与所述制孔针的尖端之间具有高度差，所述制孔针相较于所述导管更靠近待植入层合板；所述送丝基座上设有用于从上至下向所述导管输送丝材的丝材导入机构；导管在靠近其出口的一端，分为间断设置的上下两部分；

一裁剪装置，包括裁剪基座和设置在其下方的气动剪刀，所述裁剪基座可拆卸连接至所述送丝基座或所述固定板上，所述气动剪刀的裁剪位置位于所述导管的间断位置处，用于裁剪Z-pin丝材；

其中，制孔装置或送丝装置用于连接至机械臂，用以通过所述机械臂的升降和转动来控制制孔针沿层合板表面的法向方向制孔，同时所述导管跟随所述制孔针同步下移、使裁剪后的Z-pin丝材进入上一次由制孔针制得孔中；所述水平方向导轨滑块机构，用于调节所述制孔针水平方向与所述导管的间距，进而实现植入密度的调节。

进一步的，还包括竖直方向导轨滑块机构，所述竖直方向导轨滑块机构安装在所述制孔基座上；所述竖直方向导轨滑块机构，用于整体跟随所述水平方向导轨滑块机构进行水平方向移动，还用于调节所述制孔针竖直方向与所述导管出口的间距，进而实现制孔深度的调节。

进一步的，丝材导入机构包括设置在所述导管两侧的主动轮组和从动轮组，所述导管位于主动轮组和从动轮组之间的管体为断开的，使得主动轮组和从动轮组均与Z-pin丝材接触，以通过摩擦力带动Z-pin丝材在导管中行进。

进一步的，主动轮组包括沿导管轴向方向、间隔布置、至少三个主动滚压轮，所述从动轮组包括沿导管轴向方向、间隔布置、至少三个从动滚压轮，每个所述主动滚压轮均同轴连接有一主动齿轮，相邻主动齿轮之间还设置有从动齿轮，其中一个所述主动齿轮连接有伺服电机。

进一步的，每个所述从动滚压轮安装在滚压轮调整机构上，所述滚压轮调整机构包括从动滚压轮轴承架和从动滚压轮轴承架固定板，所述挡板和从动滚压轮轴承架固定板之间安装有弹簧，所述弹簧用于实现主动轮组和从动轮组间间隙的动态调整。

进一步的，制孔基座包括一制孔针固定架，所述制孔针固定架的底部安装所述制孔针，所述制孔针固定架上设置有制孔针压紧板，所述制孔针固定架顶部通过制孔针安装板连接至所述竖直方向导轨滑块机构上，在所述竖直方向导轨滑块机构的作用下，所述制孔针、制孔针固定架、制孔针压紧板和制孔针安装板整体可上下移动。

进一步的，包括一六自由度的机械臂，所述机械臂连接设置在所述制孔基座或所述送丝基座，所述机械臂用于通过其升降和转动来控制制孔针沿层合板表面的法向方向制孔。

本实用新型采用的第二种技术方案是，一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备的工作方法，包括以下内容：

调整所述制孔针与所述导管的高度差等于预设的植入深度，调整所述制孔针与所述导管的水平间距等于预设的植入密度，并固定所述制孔针的位置；

在所述层合板表面第一位置处法向制孔；

移动至层合板表面第二位置继续法向制孔，制孔的同时，所述气动剪刀在所述导管间断处裁剪Z-pin线材；

导管顶部的丝材向下行进，推动被裁剪的Z-pin线材植入第一位置所制孔中。

进一步的，通过所述伺服电机控制导管内Z-pin丝材向下移设定长度，完成设定下移长度后，控制所述气动剪刀进行裁剪即得到设定长度的Z-pin丝材。

进一步的，裁减并植入Z-pin丝材完成后，进行下一次植入作业前，所述伺服电机反转，带动Z-pin丝材前一次的裁剪断口回退至上段导管的出口处，之后伺服电机正转，Z-pin丝材向下移，进行下一次裁剪。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过自主设计Z-pin自动化植入装置，解决了人工制备预制孔时费时费力的问题，制孔效率有所提高。与此同时，预制孔制备操作与Z-pin放置到预制孔内操作在一个工步内完成，进一步提高了Z-pin 的植入效率。通过调节制孔机构装置中导轨滑块机构的锁紧螺栓可实现Z-pin不同间距要求，不同厚度要求的植入。此外，Z-pin的裁剪后再进行植入复杂曲面构件，有效避免了在复杂曲面构件表面进行裁剪Z-pin会存在干涉的问题，从而有效满足了不同曲率面的植入要求。

附图说明

图1-1是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备的一视角装配图；

图1-2是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备的另一视角装配图；

图2-1是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备制孔装置的结构图；

图2-2是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备制孔装置的结构图；

图3-1是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备送丝装置的结构图；

图3-2是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备送丝装置的结构图；

图4-1是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备裁剪装置的结构图；

图4-2是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备裁剪装置的结构图；

图5-1是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备复合材料复杂曲面构件示意图；

图5-2是本实用新型一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备复合材料复杂曲面构件不同植入分区示意图。

其中，1.制孔针，2.气动剪刀左固定板，3.从动滚压轮轴承架盖，4.挡板，5. 装配底板，6.料盘，7.电机轴承架，8.伺服电机，9.气动剪刀，10.导管，11.固定板，12.从动齿轮，13.主动滚压轮，14.主动齿轮，16.制孔针固定架，17.制孔针压紧板，18.制孔针安装板，19-1.竖直方向导轨滑块机构，19-2.水平方向导轨滑块机构，20.锁紧螺栓，21.导管固定板，22.料斗，23.从动滚压轮，24.从动滚压轮轴承架，25.从动滚压轮轴承架固定板，26.弹簧，27.导管压紧板，28.气动剪刀左固定板，29.气动剪刀右固定板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供了一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，如图1-1和图 1-2所示，其包括制孔装置、送丝装置和裁剪装置。

其中，如图2-1和图2-2所示，制孔装置，包括制孔基座和安装在其下方的制孔针1，制孔基座安装在一水平方向导轨滑块机构19-2上，水平方向导轨滑块机构19-2安装在固定板11上。

如图3-1和图3-2所示，送丝装置包括送丝基座和安装在其上的导管10，送丝基座可拆卸连接至固定板11上；导管10用于供Z-pin丝材通过，导管10 平行、间隔位于制孔针1旁，导管10的出口与制孔针1的尖端之间具有高度差，制孔针1相较于导管10更靠近待植入层合板；送丝基座上设有用于从上至下向导管10输送丝材的丝材导入机构；导管10在靠近其出口的一端，分为间断设置的上下两部分。

如图4-1和图4-2所示，裁剪装置包括裁剪基座和设置在其下方的气动剪刀 9，裁剪基座可拆卸连接至送丝基座或固定板11上，气动剪刀9的裁剪位置位于导管10的间断位置处，用于裁剪Z-pin丝材。

其中，制孔装置或送丝装置用于连接至机械臂，用以通过机械臂的升降和转动来控制制孔针1沿层合板表面的法向方向制孔，同时导管10跟随制孔针1 同步下移、使裁剪后的Z-pin丝材进入上一次由制孔针1制得孔中；水平方向导轨滑块机构19-2，用于调节制孔针1水平方向与导管10的间距，进而实现植入密度的调节。制孔深度可以小于等于制孔针1的尖端与导管10下部出口之间的高度差。

在一些实施例中，一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备还包括竖直方向导轨滑块机构19-1，竖直方向导轨滑块机构19-1安装在制孔基座上；竖直方向导轨滑块机构19-1，用于整体跟随水平方向导轨滑块机构19-2进行水平方向移动，还用于调节制孔针1竖直方向与导管10出口的间距，进而实现制孔深度的调节。

在一些实施例中，丝材导入机构包括设置在导管10两侧的主动轮组和从动轮组，导管10位于主动轮组和从动轮组之间的管体为断开的，使得主动轮组和从动轮组均与Z-pin丝材接触，以通过摩擦力带动Z-pin丝材在导管10中行进。

在一些实施例中，主动轮组包括沿导管10轴向方向、间隔布置、至少三个主动滚压轮13，从动轮组包括沿导管10轴向方向、间隔布置、至少三个从动滚压轮23，每个主动滚压轮13均同轴连接有一主动齿轮14，相邻主动齿轮14之间还设置有从动齿轮12，其中一个主动齿轮14连接有伺服电机8。

在一些实施例中，每个从动滚压轮23安装在滚压轮调整机构上，滚压轮调整机构包括从动滚压轮轴承架24和从动滚压轮轴承架固定板25，挡板4和从动滚压轮轴承架固定板25之间安装有弹簧26，弹簧26用于实现主动轮组和从动轮组间间隙的动态调整。

在一些实施例中，制孔基座包括一制孔针固定架16，制孔针固定架16的底部安装制孔针1，制孔针固定架16上设置有制孔针压紧板17，制孔针固定架16 顶部通过制孔针安装板18连接至竖直方向导轨滑块机构19-1上，在竖直方向导轨滑块机构19-1的作用下，制孔针1、制孔针固定架16、制孔针压紧板17和制孔针安装板18整体可上下移动。

在一些实施例中，一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备还包括一六自由度的机械臂，机械臂连接设置在制孔基座或送丝基座，机械臂用于通过其升降和转动来控制制孔针1沿层合板表面的法向方向制孔。

实施例1

本实用新型提供了一种用于Z-pin自动化植入装备，如图1-1，1-2所示，该设备主要有制孔装置，送丝装置，裁剪装置，料盘6，装配底板5组成。

如图2-1，2-2所示，制孔装置由两组导轨滑块机构19，固定板11，制孔针 1，制孔针安装板18，制孔针固定架16，制孔针压紧板17组成。

其中，两组导轨滑块机构19连接螺钉安装在固定板11上。制孔针1通过制孔针压紧板17和固定螺钉安装在制孔针固定架16上，制孔针固定架16通过连接螺钉安装在制孔针安装板18上，制孔针安装板18通过连接螺钉安装在第一组导轨滑块机构19上，第一组导轨滑块机构19通过连接螺钉安装在第二组导轨滑块机构19上，第二组导轨滑块机构19通过连接螺钉安装在装配底板5上。

制孔针1通过两组导轨滑块机构19可实现在水平和竖直两个方向上的平动，并通过调节锁紧螺栓20实现制孔针1工作位置的定位锁紧。

如图3-1，3-2所示，送丝装置由三组滚压轮，从动滚压轮轴承架盖3，滚压轮调整机构，主动、从动齿轮14、12，导管10，导管压紧板27，导管固定板21，一台伺服电机8，电机轴承架7，挡板4组成。其中，成组的滚压轮包括主动滚压轮13和从动滚压轮23。滚压轮调整机构由从动滚压轮轴承架24，从动滚压轮轴承架固定板25组成。

滚压轮调整机构，其中，从动滚压轮轴承架24上开有导向槽，从动滚压轮轴承架24安装在从动滚压轮轴承架固定板25上。

其中，伺服电机8通过连接螺钉安装在电机轴承架上7，伺服电机8主轴通过法兰联轴器和连接螺钉安装在主动滚压轮13上，其中，主动滚压轮13轮轴上开有键槽，主动齿轮14和主动滚压轮13轮轴通过平键和键槽连接在一起，实现主动齿轮14和主动滚压轮13同步转动。电机轴承架7通过连接螺钉安装在装配底板5上。

导管10通过导管压紧板27和固定螺钉安装在导管固定板21上，导管固定板21通过连接螺钉安装在装配底板5上。

从动滚压轮23安装在滚压轮调整机构上，滚压轮调整机构通过从动滚压轮轴承架24上的导向槽安装在装配底板5和从动滚压轮轴承架盖3之间，并能沿着从动滚压轮轴承架24上的导向槽实现平动。挡板4通过连接螺钉安装在装配底板5和从动滚压轮轴承盖3之间，挡板4和从动滚压轮轴承架固定板25之间安装有弹簧26，能实现三组主动滚压轮13与从动滚压轮23间间隙的动态调整。

如图4-1，4-2所示，裁剪装置是由气动剪刀9，气动剪刀左、右固定板28、 29组成。

其中，气动剪刀9通过连接螺钉固定在气动剪刀左、右固定板上28、29，气动剪刀右固定板29通过连接螺钉固定在电机轴承架7上，气动剪刀左固定板28 通过连接螺钉固定在上从动滚压轮轴承架盖3上。

料盘6固定在装配底板5上。

完成如图5-1所示的复合材料复杂曲面构件植入时，根据复杂曲面构件待植入Z-pin区域的厚度对其进行区域划分，将其划分为厚度不同的若干植入区域，并分别记为第一植入区，第二植入区，第三植入区，如图5-2所示。将该设备通过装配底板5上的螺栓孔与工业机器人完成装配连接。

完成上述装配工作后，将已经缠绕好Z-pin丝材的料盘6安装在该设备的装配底板5上，手动引导Z-pin丝材从料盘6经过导管13运动到料斗22上方的导管13端口，要求Z-pin丝材的首端与导管13端口平齐。根据Z-pin丝材直径，通过调整滚压轮调整机构来调整主动滚压轮13和从动滚压轮23之间的间距，使其夹紧Z-pin丝材，根据复杂曲面构件第一植入区的厚度为，调整竖直方向的导轨滑块机构19，保证制孔针1能实现合适深度的制孔，根据复杂曲面构件第一植入区的植入间距，调整水平方向的导轨滑块机构19，使制孔针1和导管13之间的水平距离满足植入要求，上述调整合适后通过锁紧螺栓20对制孔装置进行锁紧，至此调整完毕；

工作过程中，工业机器人根据预先设定好的程序和植入路径，沿复杂曲面构件第一植入区植入点的法向，带动制孔针1正交垂直刺入复杂曲面构件后再沿原路径退回，完成预制孔的制备。工业机器人沿植入路径前进一个步长，重复上述动作制备下一个预制孔。与此同时，伺服电机8根据预先编写的动作程序带动主动滚压轮13转动，三组滚压轮带动Z-pin丝材沿导管向下运动合适长度后，伺服电机8中断，气动剪刀9使能裁剪Z-pin丝材，得到要求长度的Z-pin，裁剪得到的Z-pin落在料斗22中。伺服电机8按预定程序被唤醒继续沿原方向缓慢转动适当圈数，带动Z-pin丝材继续向下运动的同时，将已经裁剪得到的Z-pin顶进已经制备好的预制孔中，要求植入预制孔内的Z-pin端口要与复杂曲面构件第一植入区的表面平齐，即Z-pin不露头。至此设备完成Z-pin的植入动作。伺服电机8 沿原方向的反向快速转动至合适圈数，带动Z-pin丝材向上快速运动至导管13 端口位置处，要求Z-pin丝材的首端与导管13端口平齐。重复上述动作实现下一预制孔Z-pin的植入。

本实用新型还提供了一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备的工作方法，包括以下内容：

调整所述制孔针1与所述导管10的高度差等于预设的植入深度，调整所述制孔针1与所述导管10的水平间距等于预设的植入密度，并固定所述制孔针1 的位置；

在所述层合板表面第一位置处法向制孔；

移动至层合板表面第二位置继续法向制孔，制孔的同时，所述气动剪刀9 在所述导管10间断处裁剪Z-pin线材；

导管10顶部的丝材向下行进，推动被裁剪的Z-pin线材植入第一位置所制孔中。

在一些实施例中，通过所述伺服电机8控制导管10内Z-pin丝材向下移设定长度，完成设定下移长度后，控制所述气动剪刀9进行裁剪即得到设定长度的 Z-pin丝材。

在一些实施例中，裁减并植入Z-pin丝材完成后，进行下一次植入作业前，所述伺服电机8反转，带动Z-pin丝材前一次的裁剪断口回退至上段导管10的出口处，之后伺服电机8正转，Z-pin丝材向下移，进行下一次裁剪。

实施例2

取由T800碳纤维/Epoxy预浸料铺叠而成如图5-1所示的复杂曲面构件，铺层顺序为[0/45/0/-45]6s，植入厚度分别为为6mm，10mm，15mm。取Z-pin为直径为0.5mm的聚酰亚胺纤维Z-pin，所有Z-pin的植入密度均为5mm×5mm。

根据复杂曲面构件待植入聚酰亚胺纤维Z-pin区域的厚度对其进行区域划分，并分别记为第一植入区，第二植入区，第三植入区，如图5-2所示。将该设备通过装配底板5上的螺栓孔与KR6R1820型工业机器人完成装配连接。

完成上述装配工作后，将已经缠绕好聚酰亚胺纤维Z-pin丝材的料盘6安装在该设备的装配底板5上，手动引导聚酰亚胺纤维Z-pin丝材从料盘6经过导管 13运动到料斗22上方的导管13端口，要求聚酰亚胺纤维Z-pin丝材的首端与导管13端口平齐。根据聚酰亚胺纤维Z-pin丝材直径为0.5mm，通过调整滚压轮调整机构来调整主动滚压轮13和从动滚压轮23之间的间距为0.5mm，使其夹紧聚酰亚胺纤维Z-pin丝材，根据复杂曲面构件第一植入区的厚度为6mm，调整竖直方向的导轨滑块机构19，保证制孔针1能实现深度为6mm的制孔，根据复杂曲面构件第一植入区的植入间距为5mm×5mm，调整水平方向的导轨滑块机构19，使制孔针1和导管13之间的水平距离为5mm，上述调整合适后通过锁紧螺栓20 对制孔装置进行锁紧，至此调整完毕；

工作过程中，KR6R1820型工业机器人根据预先设定好的程序和植入路径，沿复杂曲面构件第一植入区植入点的法向，带动制孔针1正交垂直刺入复杂曲面构件后再沿原路径退回，完成预制孔的制备。KR6R1820型工业机器人沿植入路径前进5mm，重复上述动作制备下一个预制孔。与此同时，伺服电机8根据预先编写的动作程序带动主动滚压轮13转动，三组滚压轮带动聚酰亚胺纤维Z-pin 丝材沿导管向下运动6mm后，伺服电机8中断，气动剪刀9使能裁剪聚酰亚胺纤维Z-pin丝材，得到长度为6mm的聚酰亚胺纤维Z-pin，裁剪得到的聚酰亚胺纤维Z-pin落在料斗22中。伺服电机8按预定程序被唤醒继续沿原方向缓慢转动适当圈数，带动聚酰亚胺纤维Z-pin丝材继续向下运动的同时，将已经裁剪得到的聚酰亚胺纤维Z-pin顶进已经制备好的预制孔中，要求植入预制孔内的聚酰亚胺纤维Z-pin端口要与复杂曲面构件第一植入区的表面平齐，即聚酰亚胺纤维 Z-pin不露头。至此设备完成聚酰亚胺纤维Z-pin的植入动作。伺服电机8沿原方向的反向快速转动至合适圈数，带动聚酰亚胺纤维Z-pin丝材向上快速运动至导管13端口位置处，要求聚酰亚胺纤维Z-pin丝材的首端与导管13端口平齐。重复上述动作实现下一预制孔聚酰亚胺纤维Z-pin的植入。

本实用新型的方法制孔，植Z-pin实现同步进行，一边制孔，一边对刚制完的孔进行植Z-pin；Z-pin丝材通过料盘输入到导管中；根据所需Z-pin丝材的直径，调节滚压轮调整机构，实现调整两滚压轮间的距离。利用电机带动滚压轮转动，通过摩擦力带动Z-pin丝材向下运动；根据复合材料复杂构件的植入厚度要求，调整制孔装置竖直方向上的导轨滑块机构实现不同深度的制孔；根据复合材料复杂构件的植入间距要求，调整制孔装置水平方向上的导轨滑块机构实现植入间距的制孔；根据复合材料复杂构件的植入厚度要求，植入间距要求，调整伺服电机的动作程序实现不同的送丝要求；制孔，送丝，裁剪是在一个工步里完成的，提高了植入效率。

本实用新型中设置裁剪的尺寸要和孔深度相等，可以保证Z-pin不露头；多组滚压轮保证了Z-pin丝材下移时保持准直，能更大的力将裁剪好的Z-pin压入预制孔内；采用多组滚压轮进行送丝，保证了送丝过程中Z-pin保持准直，送丝精度和效率高；植入深度，密度，不同直径Z-pin可调可控，满足不同植入参数设置的工况要求；可用于复合材料平板件，圆筒件的植入，也可适用于复合材料复杂曲面构件如风扇叶片的植入。

本实用新型通过自主设计Z-pin自动化植入装置，解决了人工制备预制孔时费时费力的问题，制孔效率有所提高。与此同时，预制孔制备操作与Z-pin放置到预制孔内操作在一个工步内完成，进一步提高了Z-pin的植入效率。通过调节制孔机构装置中导轨滑块机构的锁紧螺栓可实现Z-pin不同间距要求，不同厚度要求的植入。此外，Z-pin的裁剪后再进行植入复杂曲面构件，有效避免了在复杂曲面构件表面进行裁剪Z-pin会存在干涉的问题，从而有效满足了不同曲率面的植入要求。

Claims (7)

1.一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，包括：

一制孔装置，包括制孔基座和安装在其下方的制孔针(1)，所述制孔基座安装在一水平方向导轨滑块机构(19-2)上，所述水平方向导轨滑块机构(19-2)安装在固定板(11)上；

一送丝装置，包括送丝基座和安装在其上的导管(10)，所述送丝基座可拆卸连接至所述固定板(11)上；所述导管(10)用于供Z-pin丝材通过，所述导管(10)平行、间隔位于所述制孔针(1)旁，所述导管(10)的出口与所述制孔针(1)的尖端之间具有高度差，所述制孔针(1)相较于所述导管(10)更靠近待植入层合板；所述送丝基座上设有用于从上至下向所述导管(10)输送丝材的丝材导入机构；所述导管(10)在靠近其出口的一端，分为间断设置的上下两部分；

一裁剪装置，包括裁剪基座和设置在其下方的气动剪刀(9)，所述裁剪基座可拆卸连接至所述送丝基座或所述固定板(11)上，所述气动剪刀(9)的裁剪位置位于所述导管(10)的间断位置处，用于裁剪Z-pin丝材；

其中，所述制孔装置或送丝装置用于连接至机械臂，用以通过所述机械臂的升降和转动来控制制孔针(1)沿层合板表面的法向方向制孔，同时所述导管(10)跟随所述制孔针(1)同步下移、使裁剪后的Z-pin丝材进入上一次由制孔针(1)制得孔中；所述水平方向导轨滑块机构(19-2)，用于调节所述制孔针(1)水平方向与所述导管(10)的间距，进而实现植入密度的调节。

2.如权利要求1所述的一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，还包括竖直方向导轨滑块机构(19-1)，所述竖直方向导轨滑块机构(19-1)安装在所述制孔基座上；所述竖直方向导轨滑块机构(19-1)，用于整体跟随所述水平方向导轨滑块机构(19-2)进行水平方向移动，还用于调节所述制孔针(1)竖直方向与所述导管(10)出口的间距，进而实现制孔深度的调节。

3.如权利要求1或2所述的一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，所述丝材导入机构包括设置在所述导管(10)两侧的主动轮组和从动轮组，所述导管(10)位于主动轮组和从动轮组之间的管体为断开的，使得主动轮组和从动轮组均与Z-pin丝材接触，以通过摩擦力带动Z-pin丝材在导管(10)中行进。

4.如权利要求3所述的一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，所述主动轮组包括沿导管(10)轴向方向、间隔布置、至少三个主动滚压轮(13)，所述从动轮组包括沿导管(10)轴向方向、间隔布置、至少三个从动滚压轮(23)，每个所述主动滚压轮(13)均同轴连接有一主动齿轮(14)，相邻主动齿轮(14)之间还设置有从动齿轮(12)，其中一个所述主动齿轮(14)连接有伺服电机(8)。

5.如权利要求4所述的一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，每个所述从动滚压轮(23)安装在滚压轮调整机构上，所述滚压轮调整机构包括从动滚压轮轴承架(24)和从动滚压轮轴承架固定板(25)，挡板(4)和从动滚压轮轴承架固定板(25)之间安装有弹簧(26)，所述弹簧(26)用于实现主动轮组和从动轮组间间隙的动态调整。

6.如权利要求2所述的一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，所述制孔基座包括一制孔针固定架(16)，所述制孔针固定架(16)的底部安装所述制孔针(1)，所述制孔针固定架(16)上设置有制孔针压紧板(17)，所述制孔针固定架(16)顶部通过制孔针安装板(18)连接至所述竖直方向导轨滑块机构(19-1)上，在所述竖直方向导轨滑块机构(19-1)的作用下，所述制孔针(1)、制孔针固定架(16)、制孔针压紧板(17)和制孔针安装板(18)整体可上下移动。

7.如权利要求1或2所述的一种用于Z-pin低损伤自动化植入的设备，其特征在于，包括一六自由度的机械臂，所述机械臂连接设置在所述制孔基座或所述送丝基座，所述机械臂用于通过其升降和转动来控制制孔针(1)沿层合板表面的法向方向制孔。

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