Development of high performance grinding process using hybrid redundant manipulator
Hibrit artık robot kolu kullanarak yüksek performanslı taşlama işlemi geliştirmesi
- Tez No: 489584
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Robot manipülatörler kullanılarak yapılan otomatik taşlama işlemi, robot uç noktasının ve robot ile yüzey arasında oluşan kuvvetin kontrolünü gerektirir. Robotik taşlama işleminde takım ve iş parçası eğilmeleri önemli ölçüde oluştuğundan, oluşan kuvvetlerin doğru tahmin edilmesi, ortaya çıkan yüzey kalitesini artırmakta önem taşımaktadır. Robotik taşlama işleminde takımda oluşan sapmalar iş parçasının kesitinde geometrik hatalara neden olmaktadır. Ayrıca bu durum taşlama derinliğinin kontrolünü de zorlaştırmaktadır. Ek olarak, robotik taşlama işleminde kullanılan küçük boyutlu takımlar üniversal taşlama makinalarında kullanılan takımlara kıyasla taşlama işlemin süresince farklı davranışlara sebebiyet verir. Bu çalışmada; robotik yüzey taşlama kuvvet modeli, teğet ve dik yöndeki kuvvetlerin tahmin edilebilmesi için geliştirilmiştir. Talaş oluşturma ve kayma enerjisine dayanan fiziksel bir model kullanılmıştır. Bu modeli robotik taşlama işleminde kullanabilmek için modele iyileştirici bir terim eklenmiştir. İyileştirici terimin bulunmasında penetrasyon test sonuçları kullanılarak, takımın ve deney düzeneğinin rijitliği modele dâhil edilmiştir. Modelin katsayıları doğrusal regresyon metodu ile bulunmuştur. Sunulan modelin çıktıları ile deneysel olarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak doğruluğu gösterilmiştir. Test sonuçlarının karşılaştırılması sunulan modelin yüzey taşlama işlemi kuvvetlerinin tahminindeki başarımını göstermektedir. Bu tezde, dik ve teğet yönde takımda oluşan sapmaların hesaplanması için bir model öne sürülmüştür. Bu model aynı yönlerdeki taşlama işlemi kuvvetleri geri bildirimini temel almaktadır. Hesaplanan değerlere göre gerçek zamanlı takım esneme telafisi algoritması oluşturulmuş ve uygulanmıştır. Yüzey kalitesinin artırmak için dik yönde sabit kuvvet kontrollü yüzey taşlama işlemi uygulaması bilinen bir yöntemdir. Robotik taşlama işleminde oluşan takım sapması, kuvvet sensörü referans sistemi ile takım referans sistemi arasında bir oryantasyon farkı oluşturur. Bu fark, sensörden okunan takım ile iş parçası arasındaki dik ve teğet yöndeki kuvvet değerlerinin, gerçekte oluşan kuvvetler değerlerine eşit olmadığını ifade eder. Bu problemi ortadan kaldırabilmek için, bileşke kuvvet modeli kontrol metodu yüzey taşlama işlemi için tasarlanıp uygulanmıştır. Taşlama işleminin doğrusal olmayan yapısından dolayı, referans girdisi taşlama kuvvet modelinden tanımlanan bir denetimli bulanık kontrolcü tasarlanmıştır. Sunulan bileşke kuvveti kontrolü metodu ve gerçek zamanlı takım sapması telafisi algoritması kullanılarak yapılan deney sonuçları taşlama işleminin doğruluğunun önemli ölçüde iyileştirildiği görülmektedir. Bu tezin son amacı, 12 serbestlik dereceli hibrit manipülatör kullanılarak robotik taşlama işlemi için bir duruş eniyilemesi stratejisi geliştirmektir. Sunulan çalışmada kullanılan, 12 serbestlik dereceli manipülatör 6 serbestlik dereceli seri ABB IRB2000 robotun ucuna yine 6 serbestlik dereceli paralel PI H-824 hekzapod robotun takılmasıyla oluşturulmuştur. ABB seri manipülatörün beşinci eklemi (bilek eklemi) en zayıf eklem olduğundan, eklem üzerine etkiyen tork değeri maliyet fonksiyonu olarak seçilmiştir. Buradaki hedef, genetik algoritma kullanılarak hibrit manipülatörün en iyi konfigürasyonunu bularak maliyet fonksiyonunu en küçüklemedir. Bu amaç için 12 serbestlik dereceli manipülatörün tüm kinematik ve dinamik modelleri oluşturulmuştur. Oluşturulan taşlama kuvvet modelinin çıktısı dinamik modele harici reaksiyon kuvveti olarak beslenmiştir. Bilek eklemi üzerine etkiyen tork eniyileme modeline beslenip, manipülatörün yeni konfigürasyonu elde edilmiş ve dinamik modele verilmiştir. Bu sürece, en küçük tork değeri elde edilene kadar devam ediliyor. Daha sonra taşlama işlemi için hesaplanan optimum konfigürasyon kullanılıyor. Bu duruş eniyilemesi yaklaşımı, fazlalık manipülatör eklemlerine etkiyen gerekli torkların azaltılmasında etkisini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Automatic grinding using robot manipulators, requires simultaneous control of the robot endpoint and force interaction between the robot and the constraint surface. In robotic grinding, surface quality can be increased by accurate estimation of grinding forces where significant tool and workpiece deflection occurs. Tool deflection during robotic grinding operation causes geometrical errors in the workpiece cross-section. Also, it makes controlling the grinding cutting depth difficult. Moreover small diameter of the tool in robotic grinding causes different behavior in the grinding process in comparison with the tools that are used by universal grinding machines. In this study, a robotic surface grinding force model is developed in order to predict the normal and tangential grinding forces. A physical model is used based on chip formation energy and sliding energy. To improve the model for robotic grinding operations, a refining term is added. In order to include the stiffness of the tool and setup in the force model, penetration tests are implemented and their results are used in refining term of the force model. The model coefficients are estimated using a linear regression technique. The proposed model is validated by comparing model outputs with experimentally obtained data. Evaluation of the test results demonstrates the effectiveness of the proposed model in predicting surface grinding forces. In this thesis, a method is proposed for calculation of the tool deflection in normal and tangential directions based on grinding force feedback in these directions. Based on calculated values, a real-time tool deflection compensation algorithm is developed and implemented. Implementing surface grinding with constant normal force is a well-known approach for improving surface quality. Tool deflection in the robotic grinding causes orientation between the force sensor reference frame and tool reference frame. This means that the measured normal and tangential forces by the sensor are not actual normal and tangential interaction forces between the tool and workpiece. In order to eliminate this problem, a resultant grinding force control strategy is designed and implemented for a parallel hexapod-robotic light abrasive surface grinding operation. Due to the nonlinear nature of the grinding operation, a supervised fuzzy controller is designed where the reference input is identified by the proposed grinding force model. Evaluation of the experimental results demonstrates significant improvement in grinding operation accuracy using the proposed resultant force control strategy in parallel with a real-time tool deflection compensation algorithm. The final aim of this thesis is to develop a posture optimization strategy for robotic grinding operation using 12 DOF hybrid redundant manipulator. The 12 DOF redundant hybrid manipulator of present study is composed of a 6 DOF serial ABB IRB2000 robot and a 6 DOF PI H-824 hexapod where the parallel hexapod is connected to the end of the serial ABB manipulator. Here the fifth joint (wrist) of the ABB serial manipulator is the weakest joint in the robot, so the computed torque of this joint is selected as the cost function. The aim is to minimize this factor by finding the best configuration of the hybrid manipulator using genetic algorithm approach. For such a purpose, a complete kinematic and dynamic model of the 12 DOF manipulator is developed where the output of the grinding force model is fed into the dynamic model as external reaction forces. The computed torque of the wrist joint is given to the optimization module and new configuration is generated by the module and is given to the dynamic model. This process continues until converge to the minimum computed torque value. Then the optimal configuration is chosen for the grinding operation. The evaluation of this posture optimization approach shows its great ability to decrease the necessary actuating torques of the redundant manipulator joints.
Benzer Tezler
- Environmentally friendly components for energy storage devices
Enerji depolama cihazlarında çevre dostu bileşenlerin kullanımı
ELENA STOJANOVSKA
Doktora
İngilizce
2019
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ
- Niyobyum borür katkılı Al5Si hibrit tozların ve kompozitlerin mekanik alaşımlama ve basınçsız sinterleme yöntemleriyle geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Developing and characterization of niobium boride reinforced Al5Si hybride powders and composites with mechanical alloying and pressureless sintering methods
EZGİ BURCU ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Genleşme katsayısı düşük camların işleme parametrelerinin ve yüzeyaltı hasarlarının incelenmesi
Investigation of grinding process and subsurface damages of low expansion glasses
CEYDA ÖZDEMİR ÖZEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mühendislik BilimleriGazi ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZÇATALBAŞ
- Nikel ve kobalt katkılı seydişehir alümina tozlarından sinter seramik esaslı malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyon çalışmaları
Development of sintered ceramic based materials from seydi̇şehi̇r alumina powders with nickel and cobalt additives and pertinent characterization investigations
CEREN ERGÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA LÜTFİ ÖVEÇOĞLU
- Development of improved and low-cost drillingfluids and cement slurries in oil wells
Başlık çevirisi yok
EMİNE YALMAN
Doktora
İngilizce
2022
Petrol ve Doğal Gaz MühendisliğiMiskolci Egyetem [ME] University of MiskolcPetrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GABRİELLA PETRA FEDERER KOVáCSNé