如前文所说,目前纤维铺放装置作为一个较为精尖的技术,目前被主要发达国家所掌握,但是就目前来说,对该装置的主要设计都为两部分,一是纤维铺放头的设计,二是与之相连的机器人手臂(5—7自由度)的设计[9]。而目前国际上对(5—7)自由度机器人的设计技术已较达到成熟的技术手段,故本次设计主要针对前者,即纤维铺放头的设计。国际上的主流设计方案有:
(1)直立式纤维铺丝机
图1-1直立式纤维铺丝机
对该设计方案的分析:具备基本的主功能模块(丝束传送、张紧、重送、夹紧、切割、密排和压实)和辅助功能模块(铺丝头与进给机构的接口、丝束冷却等辅助系统设计),但是依然有缺点,如:上下路丝束的分离和截然不同的运行轨迹,这样很容易引起且导致丝束拉紧力等受力不一致,致使在接触终端也就是说在铺放曲面上造成铺放的不均匀,进而出现重叠、有间隙以及铺放平面粗糙的等[10]。设计专门的丝束通道很容易给丝束添加额外的摩擦力,摩擦力加大的话,最终结果造成丝束传送出现阻滞,进而影响整个传输路线。
(2)移动座式纤维铺丝机
该方案的设计中,主要采用的是齿轮,丝束的牵引是通过两个齿轮组的配合来完成的,同时通过快夹装置来确定铺放角度以及针对不同厚度要求的纤维丝束给予一定的调节作用。但是,齿轮组的装置是有大小限制的,再加上运动装置的运行范围不是很大,这样的话,由于整个装置的自由度过低,因此并不适用与复杂曲面的铺设。