移动增材制造系统的智能导航与障碍感知制造

Intelligent Navigation and Obstacle-Aware Fabrication for Mobile Additive Manufacturing Systems

随着大规模定制需求的增长，制造系统必须变得更加灵活和适应性强，以高效生产个性化产品。增材制造通过直接从数字模型按需制造定制化部件，提升了生产适应性，但其灵活性仍受限于固定的设备布局。集成移动机器人解决了这一局限，使制造资源能够移动并适应不断变化的生产需求。移动增材制造机器人将增材制造与移动机器人技术相结合，在动态制造环境中生产和运输部件。然而，动态制造环境为移动增材制造机器人带来了挑战。障碍物和不平坦地形等干扰可能破坏导航稳定性，进而影响打印精度和表面质量。本研究提出了一种通用的移动打印与配送平台，将导航与材料沉积过程耦合，解决了早期框架将这两个过程分开处理的局限性。开发了一个实时控制框架来规划和控制机器人的导航，确保安全运动、避障和路径稳定性，同时保持打印质量。传感、移动和制造的闭环集成为运动和过程控制提供了实时反馈，使移动增材制造机器人能够在动态环境中做出自主决策。该框架通过仿真和实际实验验证了其对轨迹变化和外部干扰的适应性。导航与打印的耦合使移动增材制造机器人能够规划安全、自适应的轨迹，从而提高了制造的灵活性和适应性。