国内外大型电脑绣花机已经有数十年的历史,且一直向着高端化不断发展。国内电脑绣花机行业繁荣,但在国际高端绣花机市场中缺少竞争力。根据调研,国内企业能够做到迅速跟进高速、多头、多功能的发展潮流,甚至实现一定超越。但能够减轻操作负担,切实提升客户使用体验的电脑绣花机附件开发方面就明显缺少成果,这是国产绣花机不具备高端市场竞争力的主要原因之一。本课题组利用过往课题研究中的变刚度肌肉材料制作了一种变刚度布夹子,能够用于解决大型电脑绣花机行业长期以来的绷布作业冗长低效问题。本文则针对变刚度布夹子的工程实际应用问题,开发了一款能够实现变刚度布夹子半自动连续安装的机器人,为新型电脑绣花机附件提供了开发思路,具有重要意义。本文首先详细研究了变刚度布夹子材料的热力特性,结合实验总结并提出了临界条件下的安装方案,结合弧形梁纯弯变形理论,推导出临界安装压力公式,并利用仿真与实验验证了理论的正确性。以该方案为指导,分解重组了变刚度布夹子的安装动作,为安装作业的流程化执行设计了必需的功能模块。然后结合功能模块设计了安装机器人的工作方案,并利用仿真得出的机器人负载特性进行了动力系统设计,将机器人负载轨迹与直流电机机械特性进行匹配,完成了主电机选型。在工作方案的基础上,对机器人功能模块进行了拓展与完善,设计了相关结构零件,并利用仿真与实验确定了关键尺寸参数。最后根据安装机器人工作方案进行了电气自动化方案与工作流程设计,选定了所需主控元件、传感器元件与辅助功能模块元件,设计了机器人的主板硬件,并在硬件与工作流程的基础上设计了机器人程序逻辑,完成了机器人控制系统的开发。本文设计的变刚度布夹子安装机器人样机主要采用3D打印机制作,经过实验测试,机器人可以在安装布夹子的同时自动前进,具备3秒一枚布夹子的连续安装作业速度,且安装的布夹子能够满足使用需求;同时,机器人还具备卡料检测响应、无线通信、到达型材末端检测等辅助功能,可以进一步提高安装作业效率。