Identification, modelling and compensation of errors due to machining robot static compliance

[Н. Р. Славковић]

X, 148 листova

Машинство - Производно машинство / Mechanical engineering - Production engineering

У раду се полази од развиjеног обрадног система на бази робота за вишеосну обраду делова од мекших материjала ниже и средње класе тачности. Развоj оваквог система jе обухватио две групе проблема. Први, развоj система управљања и програмирања робота у G-коду и други, побољшање тачности обраде кроз компензациjу грешака обраде услед статичке попустљивости робота, што представља и основни циљ истраживања у овоj дисертациjи. У циљу моделирања и идентификациjе ових грешака извршено jе моделирање статичке попустљивости експерименталног робота. Развиjени приступ моделирања статичке попустљивости робота даjе увид у утицаj попустљивости сваког поjединачног зглоба на попустљивост робота у Декартовом простору, што га чини вишеструко применљивим. Оваj приступ jе омогућио и развоj експерименталног метода идентификациjе попустљивости робота и експериментално аналитичког приступа идентификациjе резултуjућих попустљивости зглобова коjе представљаjу главне изворе попустљивости робота. За овако развиjен модел попустљивости робота, с обзиром на могућност да се робот програмира у G-коду, у овоj дисертациjи jе развиjен метод off-line компензациjе статичких грешака изазваних силама резања. Идеjа развиjеног метода jе модификациjа програмиране путање кориговањем G-кода према израчунатим статичким помераjима врха алата. Ови помераjи се израчунаваjу применом развиjеног модела попустљивости робота и механистичког модела сила резања познатог у литератури. Развиjени метод off-line компензациjе грешака ствара реалне претпоставке за практичну примену робота у обради. Метод jе директно применљив од стране програмера и оператера коjи имаjу искуства у CNC технологиjи и програмирању у G-коду. Експерименталним обрадама са и без компензациjе грешака показана jе ефикасност развиjеног off-line метода компензациjе. Добиjени резултати су показали да се применом развиjеног метода компензациjе грешака може остварити задата тачност обраде у очекиваним границама за роботе, jер на грешке обраде утичу и динамика робота, крутост моторног вретена, итд.

The work starts from the developed robotic machining system for multiaxis machining of lower- and medium-accuracy class lightweight materials. The development of such system comprised two groups of problems. First, the development of robot control and programming in G-code and, second, improvement of machining accuracy through machining errors compensation due to robot static compliance, which represents the main goal of investigations in this doctoral dissertation. For the purpose of modelling and identifying these errors, static compliance modelling of the experimental robot has been done. The developed approach to modelling robot static compliance provides an insight into the impact of each individual joint compliance on robot static compliance within a Cartesian space, making it multi-purpose applicable. The approach has also enabled the development of experimental method for identifying robot compliance and experimental analytical approach for identifying the resulting compliances of joints, representing the major sources of robot compliance. For such developed model of robot static compliances as well as the possibility of programming the machining robot in G-code, a method of off-line compensation of cutting force-induced static errors has been developed. The idea underlying the developed method is modification of programmed machining path by correcting G-code according to calculated tool tip static displacements. These displacements are calculated by applying the developed robot compliance model and cutting forces mechanistic model well-known in the literature. The developed method for off-line error compensation creates realistic assumptions for practical robot application in machining. The method is straightforward applicable by programmers and operators experienced in CNC technology and programming in G-code. Experimental machining with and without error compensation evidenced the efficiency of the developed off-line method for error compensation. The obtained results indicate that the application of the developed method for error compensation can achieve specified machining accuracy within the expected limits for robots since machining errors also influence robot dynamics, motor spindle stiffness, etc.

обрадни системи на бази робота, моделирање робота, систем управљања и програмирања, грешке обраде, моделирање попустљивости робота, идентификациjа попустљивости робота, компензациони алгоритми

robotic machining systems, robot modelling, control and programming system, machining errors, robot compliance modelling, robot compliance identification, compensation algorithms

621.9-52:004896(043.3)

Tekst