Методика оптимизации положения робота-манипулятора в технологическом процессе лазерной резки

Перспективным  направлением  модернизации  производственных  технологических процессов,  использующих  лазерную  резку  металлических  заготовок, является  создание роботизированных линий, выполняющих операции резки с высокой производительностью и точностью. Современные  роботы-манипуляторы  с  вращательными  осями  позволяют достаточно  эффективно ориентировать  инструмент  при  выполнении  операций  лазерной  резки,  однако  их  широкое  внедрение сдерживается  низкой  эффективностью  известных  подходов  к  компоновке  роботизированных  линий. Такие  подходы  основаны  на  применении  типовых  конструктивных  решений  с  дальнейшим  поиском движений  звеньев  робота  методом  проб  и  ошибок  и  зачастую  не  позволяют  обеспечить  необходимое качество траектории режущего инструмента. В данной работе предложена новая методика оптимизации положения  робота-манипулятора  относительно  контура  резки,  учитывающая,  по  сравнению с известными  подходами,  ограничения  на  возможности  движений  режущего  инструмента,  а  также кинематические  и  геометрические ограничения  на  движения  самого робота.  Предложенная  методика основана на кинематической модели робота-манипулятора и режущего инструмента и позволяет найти координаты  положения  базы  робота-манипулятора,  при  которых  он  сможет  перемещать  режущий инструмент вдоль контура резки с минимальным объемом движений всочленениях. Поиск оптимальных координат  положения  базы  робота-манипулятора  производится  в  два этапа.  На  первом  этапе  область допустимых значений координат базы дискретизируется с некоторымшагом, и для каждого дискретного значения  ищется  траектория,  на  которой  минимизируется  объем  движений  в  сочленениях  робота. При  этом  учитываются  технологические  ограничения  на  ориентацию режущего  инструмента относительно  контура  резки,  а  также  кинематические  и  геометрические  ограничения  на  движения робота-манипулятора.  На  втором этапе  выбирается  такая  позиция  базы,  которой  соответствует наименьшей  объем  движения  при  перемещении  технологического  инструмента  вдоль  контура  резки. Эффективность  использования  предложенной  методики  продемонстрирована  на  модельных  примерах. Методика  может  быть  применена  при  проектировании  новых  компоновок  роботизированных комплексов лазерной резки металлических заготовок для предприятий машиностроения.

1. Groover M. P. Automation, Production Systems and Computer-Integrated Manufacturing. 4th edition. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall; 2015.

2. Moslemipour G., Lee T., Rilling D. A review of intelligent approaches for designing dynamic and robust layouts in flexible manufacturing systems. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.2012;60(1):11-27. DOI: 10.1007/s00170-011-3614-x

3. Dolgui А., Pashkevich A. Manipulator motion planning for high speed robotic laser cutting. International Journal of Production Research. 2009;47(20):5691-5715. DOI:. 10.1080/00207540802070967.

4. Moharana B., Gupta R., Kushawaha B. Optimization and Design of a Laser-Cutting Machine using Delta Robot. International Journal of Engineering Trends and Technology. 2014;10(4):176-179. DOI:. 10.14445/22315381/IJETT-V10P233.

5. Geiger M., Kach A. Integration ofLaser Material Processing into the Computer-Aided Product and Process Development. Proceedings of the 3rd International Conference on Integrated Design and Manufacturing in Mechanical Engineering.2000:69. DOI: 10.1007/978-94-015-9966-5_31.

6. Dolgui А., Pashkevich A. Manufacturing process planning for laser cutting robotic systems. Proceedings of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control. 2008:14822-14827. DOI: 10.3182/20080706-5-KR-1001.02509.

7. Qiao S., Liao Q., Wei S., Su H.J. Inverse kinematic analysis ofthe general 6R serial manipulators based on double quaternions. Mechanism and Machine Theory.2010;45(2):19-199. DOI: 10.1016/j.mechmachtheory.2009.05.013.

8. Pashkevich A.P., Dolgui A.B., Chumakov O.A. Multiobjective optimization of robot motion for laser cutting applications. International Journal of Computer Integrated Manufacturing. 2004;17:171-183. DOI: 10.1080/0951192031000078202.

9. Кожевников М.М., Чумаков О.А., Шеменков В.М., Илюшин И.Э. Методы и алгоритмы планирования траекторий роботов-манипуляторов для лазерной резки. Вестник БРУ. 2019;2:4-13.

10. Кожевников М.М., Чумаков О.А., Шеменков В.М., Илюшин И.Э., Юркина А.А. Оптимизация траекторий промышленных роботов-манипуляторов для лазерной резки. Вестник БРУ. 2020;2(67):21-30.