(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210948147.8 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 中国科学院宁波材 料技术与工程研 究所 地址 315200 浙江省宁波市镇海区中官西 路1219号中国科学院宁波 材料技术与 工程研究所 申请人 宁波杭州湾新材 料研究院 (72)发明人 王君　徐剑　唐建波　严威　赵刚　 冯亚杰　 (74)专利代理 机构 宁波市鄞州盛飞专利代理事 务所(特殊普通 合伙) 33243 专利代理师 龙洋 (51)Int.Cl. B29C 53/60(2006.01)B29C 53/80(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设 计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于虚拟轴的多轴缠绕 机运行构型设计方法， 涉及自动化加工技术领 域， 包括步骤： 根据目标缠绕机各运动轴的空间 位置关系进行运动学建模并提取丝嘴处的位姿 信息； 以丝嘴处出纱滚轮为轴建立虚拟旋转运动 轴， 并在虚拟旋转运动轴的基础上在出纱滚轮半 径距离处获取出纱点； 以出纱点出纱方向为轴建 立虚拟平移运动轴， 并在虚拟平移运动轴的基础 上根据纱束的平移长度获取落纱点； 根据丝嘴的 位姿信息、 出纱点的偏转角度和落纱点的平移长 度建立落纱点的齐次矩阵； 基于芯模的目标缠绕 路径进行落纱点齐次矩阵的运动学逆解， 并获取 目标缠绕机的运行构型。 本发明有效增加了缠绕 机的冗余自由度， 能够更好的对传统缠绕机进行 升级改进。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 115447122 A 2022.12.09 CN 115447122 A 1.一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特 征在于， 包括 步骤： S 1： 根据目标缠绕机各运动轴的空间位置关系进行运动学建模； S2： 根据运动学建模获取目标缠绕机 丝嘴处的位姿信息； S3： 以丝嘴处出纱滚轮为轴建立虚拟旋转运动轴， 并在虚拟旋转运动轴的基础上在出 纱滚轮半径 距离处获取 出纱点； S4： 以出纱点出纱方向为轴建立虚拟平移运动轴， 并在虚拟平移运动轴的基础上根据 纱束的平 移长度获取落 纱点； S5： 根据丝嘴的位姿信息、 出纱点的偏转角度和落纱点的平移长度建立落纱点的齐次 矩阵； S6： 基于芯模的目标缠绕路径进行落纱点齐次矩阵的运动学逆解， 并获取目标缠绕机 的运行构型。 2.如权利要求1所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述目标 缠绕机的丝嘴在平移运动轴帮助下进行 空间平移， 并在旋转运动轴帮助下进 行空 间旋转。 3.如权利要求1所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述S5步骤中， 落 纱点的齐次矩阵如下： 式中， H矩阵为目标缠绕机落纱点处的齐次表达式， i为常数， 表示为目标缠绕路径中各 落纱点的排序， T为落纱点的切线方向， N为落纱点在芯模上的外法线方向， B为纱线带宽方 向， P为落纱点的空间位置 。 4.如权利要求1所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述S6步骤中， 目标缠绕机的运行轨 迹具体通过如下步骤获取： S61： 根据目标缠绕路径读取当前落纱点， 并根据当前落纱点齐次矩阵的运动学逆解获 取目标缠绕机当前落 纱点处的运行构型； S62： 根据目标缠绕路径读取下一落纱点， 并根据下一落纱点齐次矩阵的运动学逆解获 取目标缠绕机下一 落纱点处的运行构型； S63： 判断是否完成目标缠绕路径中所有落纱点的运行构型设计， 若是， 完成运行构型 设计， 若否， 返回S62步骤。 5.如权利要求4所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述S62步骤之中具体包括 步骤： S621： 根据目标缠绕路径获取纱线从当前落纱点缠绕至下一落纱点过程中芯模的旋转 角； S622： 根据芯模的旋转角进行与目标缠绕机的各运动轴之间的耦合 求解； S623： 通过对耦合 求解结果进行运动学逆解获取 下一落纱点处的运行构型。 6.如权利要求5所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述耦合 求解通过如下公式表示：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115447122 A 2式中， Δt为下一落纱点齐次矩阵与当前落纱点齐次矩阵的差分， Jr为目标缠绕机的雅 克比矩阵， ‑Js为芯模旋转贡献部分， Δqr为目标缠绕机各运动轴和虚拟运动轴的构型变 化， Δθs为纱线从当前落 纱点缠绕至下一 落纱点过程中芯模的旋转角。 7.如权利要求5所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述S62步骤之后还 包括步骤： S624： 判断下一落纱点处的运行构型是否符合预设运行要求， 若是， 进入S63步骤， 若 否， 调整运行构型并返回S62 2步骤。 8.如权利要求4所述的一种基于虚拟轴的多轴缠绕机运行构型设计方法， 其特征在于， 所述S61步骤中， 若当前落 纱点为初始落 纱点， 根据预设运行要求进行初始构型的选择。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115447122 A 3