二台のメカトロニクス結合ロボットを用いたミーリング

核心概念

二台のロボットを機械的に結合することで、高剛性な並列キネマティックミーリングシステムを実現できる。さらに、結合モジュールに張力を加えることで、システムの固有振動数をシフトさせ、チャタリングを抑制できる。

摘要

本論文では、二台の産業用ロボットを機械的に結合したミーリングシステムを提案している。従来の産業用ロボットはシリアルキネマティクスのため剛性が低いが、提案システムでは並列キネマティクスを採用することで高剛性化を実現している。さらに、結合モジュールに張力を加えることで、システムの固有振動数をシフトさせ、チャタリングの抑制が可能であることを示した。
モーダル解析の結果、張力の増加に伴い、システムの固有振動数が高周波側にシフトすることが確認された。特に、ロボット腕方向の固有振動数が大きくシフトしたことから、チャタリング抑制に有効であると考えられる。一方、ロボット腕に垂直な方向の固有振動数シフトは小さかった。これは、張力の伝達効率が方向によって異なるためと考えられる。
ミーリング実験では、1000Nの張力を加えた状態でも加工が可能であることを示した。ただし、張力によりシステムに最大2mmの変形が生じた。この変形は一定であり、補正することで加工精度を確保できることを確認した。
今後の課題としては、張力と変形の関係をより正確に予測するモデルの構築、および低次の固有振動数のシフトを実現する結合モジュールの設計が挙げられる。

統計資料

張力0Nの場合、固有振動数は159Hzであった。
張力500Nの場合、固有振動数は165Hzにシフトした。
張力1400Nの場合、固有振動数は190Hzにシフトした。
張力2000Nの場合、固有振動数は202Hzにシフトした。
1000Nの張力を加えた場合、結合モジュールの変形は最大2mmであった。

引述

"二台のロボットを機械的に結合することで、高剛性な並列キネマティックミーリングシステムを実現できる。"
"結合モジュールに張力を加えることで、システムの固有振動数をシフトさせ、チャタリングを抑制できる。"
"張力によりシステムに最大2mmの変形が生じたが、この変形は一定であり、補正することで加工精度を確保できる。"

從以下內容提煉的關鍵洞見

Milling using two mechatronically coupled robots

by Max ... 於 arxiv.org 04-18-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.11271.pdf

深入探究

ロボットの配置や結合モジュールの設計を変更することで、低次の固有振動数のシフトを実現できる可能性はあるか。

提案されたシステムでは、ロボットをフランジで結合することで、固有振動数をシフトさせることが可能です。モーダル解析実験により、ロボットのテンションを変化させることで自然振動数を変化させることが示されました。この結果から、システムの低次の固有振動数をシフトさせる可能性があることが示唆されます。しかし、より正確なテンション力の予測モデルが必要であり、今後の研究でさらなる検証が必要です。

提案システムの生産性や経済性は、従来のミーリング装置と比べてどのように評価できるか

提案システムの生産性や経済性は、従来のミーリング装置と比べてどのように評価できるか。
提案されたロボットミーリングシステムは、従来のミーリング装置と比較していくつかの利点があります。まず、システムの静的剛性が向上し、ツールのたわみが減少するため、表面仕上げが向上します。また、モーダル解析により、テンションを加えることで自然振動数をシフトさせることが可能であり、これはチャッターを抑制するための効果的な戦略となります。さらに、システム全体の剛性分布が均一化されるため、ワークスペース全体での予測が容易になります。これにより、生産性が向上し、経済性も高まると考えられます。

本研究で得られた知見は、他の産業用ロボットアプリケーションにも応用できる可能性はあるか

本研究で得られた知見は、他の産業用ロボットアプリケーションにも応用できる可能性はあるか。
本研究で得られた知見は、他の産業用ロボットアプリケーションにも応用可能です。特に、ロボットの結合や配置を最適化することで、システム全体の剛性や振動特性を改善する方法は、様々な産業分野で有用となり得ます。例えば、自動車産業や航空宇宙産業などの分野で、ロボットを効果的に活用するための新たなアプローチとして応用することが考えられます。さらに、チャッターの抑制や生産性向上といった成果は、他のロボットアプリケーションにも適用可能であり、産業用ロボットの性能向上に貢献する可能性があります。