Математическая модель для определения отклонений инструмента от желаемой траектории в процессе роботизированной механической обработки с учетом жесткости робота

Abstract

В статье рассмотрены преимущества и недостатки использования промышленных роботов для управления инструментом в процессе механической обработки. Сделан вывод о том, что основным недостатком роботов является их низкая жесткость. Разработана математическая модель для расчета отклонения инструмента от желаемой траектории в процессе роботизированной механической обработки. Для прогнозирования отклонений в предложенной модели используется метод виртуальных пружин, обеспечивающий разумный компромисс между точностью моделирования и вычислительной сложностью. Модель реализована в Matlab с использованием пакета Robotics System Toolbox и URDF-описания промышленного робота. Она включает в себя учет внешних сил, моментов, а также динамических параметров, таких как скорость и ускорение, звеньев робота. Отклонения инструмента рассчитываются как в конфигурационном, так и в декартовом пространствах. Приведены результаты апробаций модели на тестовой траектории движения инструмента на примере промышленного робота ABB IRB 120. По результатам моделирования сделан вывод о существенном влиянии конфигурации робота на точность движения инструмента. Показано, что даже при отсутствии внешних нагрузок неудачный выбор конфигурации робота может вызывать значительные отклонения инструмента под действием силы тяжести. Разработанная модель может применяться как инструмент для повышения точности роботизированной обработки и оптимизации параметров производственного процесса.