다축 산업용 로봇 가공 시스템의 진동 저감 을 위한 Active Spindle Holder 개발
Active Spindle Holder Development For Vibration Reduction Of Multi-Axis Industrial Robot Processing System
- 주제(키워드) Piezo Actuator , Compliant Mechanism , Industrial Robot , Vibration Reduction , Milling Process
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 최영만
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032693
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
자동화 시스템이 발전함에 따라 세계적으로 로봇의 수요는 증가하고 있다. 다축 산업용 로봇의 가장 큰 장점으로는 로봇의 유연성과 반복성을 통해 생산성 및 효율성을 극대화할 수 있다는 장점이 있으며 산업용 로봇을 활용한 가공 시스템은 일반 공작기계에 비해 가공물 크기에 대한 영향이 적고 가공물 고정을 위한 지그제작을 최소화할 수 있어 대형 제품을 다루는 항공 및 자동차 산업 분야에서 적극적으로 도입하고 있다. 이러한 뛰어난 장점에도 불구하고 산업용 로봇은 낮은 강성을 가지고 있기에 강성이 큰 재료를 가공할 시 가공 부하로 인해 진동이 발생하게 되며 이로 인해 산업용 로봇의 정밀도 및 품질 저하를 불러온다. 이를 보완하기 위하여 가공 분야에서의 산업용 로봇 산업은 가공 시 가장 큰 강성을 가지는 자세를 찾기 위해 시뮬레이션 또는 자세 최적화를 위한 장비를 개발하여 위치 제어에 집중된 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 로봇의 강성은 한정적이 기에 자세 제어를 위한 강성 보강은 한계점이 있다. 따라서 본 연구에서는 외부 환경과 자세에 대해 구애받지 않으며 별도의 로봇 자세 제어 없이 동강성을 높여 진동 저감 효과를 얻을 수 있는 능동형 스핀들 홀 더 개발을 제안하고자 한다. 능동형 스핀들 홀더는 3자유도를 가지며 고강성으로 설계한 홀더에 기본적으로 높은 강성을 가지면서 빠른 오차 보상이 가능한 piezo actuator를 장착하였다. 능동형 스핀들 홀더를 통해 로봇의 동적 강성을 높임으로써 진동 저감 효과를 얻을 수 있었으며, 이를 기반으로 기본형 스핀들 홀더와 능동형 스핀들 홀더 적용 시의 가공 성능 및 진동 측정 결과 진동 저감과 품질 향상이 크게 향상되는 것을 확인하였다.
more초록/요약
the demand of robots is increasing worldwide With the developmentof automation systems. The biggest advantage of multi-axis industrial r obots is the productivity and efficiency through flexibility and repeatabil ity of robots and industrial robots processing systems have less impact on the size of workpiece and minimize manufacturing jig for workpiece fixing. Despite these outstanding advantages, industrial robots have low stiffness so when processing materials with high stiffness, vibration is g enerated due to the processing load which leads to a decrease in preci sion and quality of industrial robots. To overcome these disadvantages, the industrial robot industry in the processing field has developed real time equipment for pose optimization or find optimised pose of robot wi th the greatest stiffness befor processing, and research focusing on pos ition control is actively researches. However, since the stiffness of the robot is limited, there is a limit to reinforcing the stiffness for the pose control. Therefore, this study proposes the development of an active sp indle holder that is independent of the external environment and postu re can achieve vibration reduction effects by increasing dynamic stiffne ss without robot posture control.The active spindle holder has 3 degree s of freedom and is equipped with a piezo actuator that has high stiffn ess and can compensate for fast errors. By increasing the dynamic stiff ness of the robot through the active spindle holder, vibration reduction and quality improvement were verified about measurement results of pe rformance on the processing and vibration when applying the basic spi ndle holder and the active spindle holder.
more목차
1. 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 7
1.3 논문 구성 7
２. 스핀들 홀더 설계 8
2.1 서론 8
2.2 기본형 스핀들 홀더 설계 9
2.3 능동형 스핀들 홀더 설계 9
2.3.1 개념 설계 9
2.3.2 모델링 검증 12
2.3.3 최적 설계 16
３. 산업용 로봇 가공 시스템 구성 18
3.1 시스템 구성 18
3.2 기본형 스핀들 홀더 특성 19
3.3 능동형 스핀들 홀더 특성 21
4. 가공 실험 29
4.1 실험 조건 29
4.2 기본형 스핀들 홀더 실험 29
4.3 능동형 스핀들 홀더 실험 34
4.4 성능 비교 39
4.4.1 Time Domain 39
4.4.2 Frequency Domain 43
4.4.3 표면 거칠기(Ra) 45
5. 결론 및 향후 과제 48
5.1 결론 48
5.2 향후 과제 49
References 50
