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Mejorando la Suavidad a través de la Redundancia en la Fabricación por Corte Láser 3D: Un Enfoque de Optimización de Trayectorias con Jerk Minimizado y Libre de Colisiones

Autores: Ding, Zhipeng; Indri, Marina; Rizzo, Alessandro

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 9

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En la fabricación moderna, lograr un corte láser de alta velocidad requiere una planificación avanzada de trayectorias robóticas para suavidad y evitación de colisiones. Un movimiento mal optimizado puede causar cambios de velocidad frecuentes, lo que lleva a vibraciones mecánicas que acortan la vida útil de la máquina. Este estudio presenta un enfoque innovador de optimización de trayectorias para máquinas de corte láser equipadas con un eje de separación redundante. Un modelo analítico basado en B-splines formula las trayectorias de los ejes de rotación como problemas de programación cuadrática para minimizar el "jerk" (la tasa de cambio de aceleración) bajo restricciones de precisión de mecanizado y cinemáticas. Además, un camino M, representado por la trayectoria del centro de la muñeca, refina los ejes de traslación ajustando el eje de separación a través de un modelo de optimización similar, reduciendo así el estrés mecánico. La evitación de colisiones se asegura a través de un proceso de optimización iterativa concurrente, considerando los dominios factibles de orientaciones de herramientas geométricas 3D representativas. Experimentos de simulación en una pieza de trabajo compleja de pilar B demuestran la efectividad del marco, indicando claramente reducciones significativas en el "jerk" y una mejor suavidad de la trayectoria tanto para los ejes de rotación como para los de traslación en comparación con métodos convencionales y un enfoque anterior. Este trabajo avanza las capacidades de mecanizado de alta velocidad al ofrecer una solución novedosa y robusta que aprovecha estructuras redundantes para mejorar aún más la suavidad y la fiabilidad de las trayectorias en aplicaciones industriales exigentes.

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