Planificación de Movimiento Redundante Basada en Rigidez y Rendimiento de un Robot de Maquinado Híbrido
Autores: He, Yuhao; Xie, Fugui; Liu, Xin-Jun; Xie, Zenghui; Zhao, Huichan; Yue, Yi; Li, Mingwei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Los componentes a gran escala suelen tener estructuras complejas con alta rigidez local, y los agujeros en ellos deben ser mecanizados con alta precisión, lo que hace que sea importante y desafiante estudiar cómo perforar de manera eficiente y precisa en los componentes a gran escala. Este artículo presenta un equipo de mecanizado híbrido móvil que consiste en un módulo paralelo de cinco ejes, un brazo robótico de 2 grados de libertad (DoF) y un vehículo guiado automatizado (AGV) conectados en serie. Con la capacidad de posicionamiento de amplio rango y procesamiento local preciso, tiene ventajas potenciales en el procesamiento de perforación de componentes a gran escala. La rigidez es uno de los rendimientos más importantes para el equipo de mecanizado, y está altamente relacionada con su configuración. Para el equipo discutido, la rigidez está determinada por el robot de mecanizado híbrido de posicionamiento de dos etapas, que comprende un módulo paralelo de cinco ejes y un brazo robótico de dos grados de libertad. El movimiento redundante del robot de mecanizado híbrido hace posible optimizar su configuración mediante la planificación razonable del movimiento redundante. Por lo tanto, se propone un método de planificación de movimiento redundante basado en el rendimiento de rigidez. Se lleva a cabo un análisis cinemático del módulo paralelo de cinco ejes, el brazo robótico y el robot de mecanizado híbrido. Un robot híbrido generalmente consiste en varios subsistemas, y para tener en cuenta la conformidad de cada subsistema, se propone el método de modelado de rigidez para el robot híbrido con subsistemas conectados en serie. El modelo de rigidez del robot de mecanizado híbrido se establece utilizando este método, y la variación de la magnitud de la rigidez tiene la misma tendencia que la obtenida mediante software de análisis de elementos finitos (FEA). Se proponen magnitudes de rigidez e índices de isotropía para evaluar el rendimiento de rigidez del robot a lo largo del eje del husillo y en el plano perpendicular al eje del husillo. El movimiento redundante del robot de mecanizado híbrido se planifica maximizando la magnitud de la rigidez a lo largo del eje del husillo, dando prioridad al índice de isotropía de rigidez. Finalmente, se lleva a cabo el experimento de perforación, y los resultados muestran que el error relativo del diámetro del agujero obtenido bajo la configuración óptima del robot de mecanizado híbrido es del 1.63%, que es menor que los obtenidos bajo las otras dos configuraciones para comparación con errores relativos del 3.75% y 3.50%, respectivamente. Esto prueba la validez del método de planificación de movimiento redundante. El método de modelado de rigidez propuesto y los índices de rendimiento de rigidez también son aplicables a otros robots de mecanizado híbrido.
Descripción
Los componentes a gran escala suelen tener estructuras complejas con alta rigidez local, y los agujeros en ellos deben ser mecanizados con alta precisión, lo que hace que sea importante y desafiante estudiar cómo perforar de manera eficiente y precisa en los componentes a gran escala. Este artículo presenta un equipo de mecanizado híbrido móvil que consiste en un módulo paralelo de cinco ejes, un brazo robótico de 2 grados de libertad (DoF) y un vehículo guiado automatizado (AGV) conectados en serie. Con la capacidad de posicionamiento de amplio rango y procesamiento local preciso, tiene ventajas potenciales en el procesamiento de perforación de componentes a gran escala. La rigidez es uno de los rendimientos más importantes para el equipo de mecanizado, y está altamente relacionada con su configuración. Para el equipo discutido, la rigidez está determinada por el robot de mecanizado híbrido de posicionamiento de dos etapas, que comprende un módulo paralelo de cinco ejes y un brazo robótico de dos grados de libertad. El movimiento redundante del robot de mecanizado híbrido hace posible optimizar su configuración mediante la planificación razonable del movimiento redundante. Por lo tanto, se propone un método de planificación de movimiento redundante basado en el rendimiento de rigidez. Se lleva a cabo un análisis cinemático del módulo paralelo de cinco ejes, el brazo robótico y el robot de mecanizado híbrido. Un robot híbrido generalmente consiste en varios subsistemas, y para tener en cuenta la conformidad de cada subsistema, se propone el método de modelado de rigidez para el robot híbrido con subsistemas conectados en serie. El modelo de rigidez del robot de mecanizado híbrido se establece utilizando este método, y la variación de la magnitud de la rigidez tiene la misma tendencia que la obtenida mediante software de análisis de elementos finitos (FEA). Se proponen magnitudes de rigidez e índices de isotropía para evaluar el rendimiento de rigidez del robot a lo largo del eje del husillo y en el plano perpendicular al eje del husillo. El movimiento redundante del robot de mecanizado híbrido se planifica maximizando la magnitud de la rigidez a lo largo del eje del husillo, dando prioridad al índice de isotropía de rigidez. Finalmente, se lleva a cabo el experimento de perforación, y los resultados muestran que el error relativo del diámetro del agujero obtenido bajo la configuración óptima del robot de mecanizado híbrido es del 1.63%, que es menor que los obtenidos bajo las otras dos configuraciones para comparación con errores relativos del 3.75% y 3.50%, respectivamente. Esto prueba la validez del método de planificación de movimiento redundante. El método de modelado de rigidez propuesto y los índices de rendimiento de rigidez también son aplicables a otros robots de mecanizado híbrido.