적층-절삭 통합 공정용 여유자유도 3P3R 절삭 스테이지의 관절공간 최적경로 생성 :Optimal path generation in joint space of a redundant 3P3R finishing stage for the additive-finishing integrated process

유지원

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자료유형: 학위논문

저자정보: 유지원 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 이동훈

발행연도: 2023

저작권: 숭실대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2023

적층-절삭 통합 공정용 여유자유도 3P3R 절삭 스테이지의 관절공간 최적경로 생성

유지원 기계공학과 2023.01 학위논문

2022

여유자유도를 갖는 적층-절삭 듀얼 스테이지의 최적제어 방법

유지원 , 정형진 , 이동훈 대한기계학회 춘추학술대회 2022.05 학술대회자료

여유자유도를 갖는 적층-절삭 듀얼 스테이지의 최적제어 방법

유지원 , 정형진 , 이동훈 대한기계학회 춘추학술대회 2022.04 학술대회자료

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본 연구에서는 이전 연구를 통하여 개발된 2-자유도 적층부, 2-자유도 베드부 및 4자유도 절삭부가 통합된 적층-절삭 듀얼 스테이지의 주어진 공구경로에 대한 최적제어 방법에 대하여 다룬다. 이전 연구에서는 적층 및 절삭 스테이지를 통합하기 위하여 베드부를 중심으로 절삭부가 편향된 구성을 갖도록 설계하였고, 베드부에 대하여 제한적인 절삭부의 작업영역을 적층물 전방향에 접근할 수 있도록 확장하기 위하여 베드부의 회전 자유도를 부가하였다. 따라서 적층 공정이 종료된 후에는 베드부와 절삭부가 통합되어 6자유도의 관절 공간을 갖는 절삭스테이지로서 작동하게 된다. 이 때, 적층물의 표면조도 개선을 위한 공구경로는 5자유도로 정의됨에 따라, 절삭스테이지는 1자유도의 여유자유도를 갖게 되고, 이는 베드부의 z축에 대한 회전자유도와 관련된다. 6분할 알고리즘과 같은 분할제어방법을 사용하는 경우, 전체 공구경로가 각 구간별로 계획되어야 하며, 구간과 구간 사이에 경로 분할에 따른 절삭흔이 발생될 수 있어 정삭 품질 측면에서 바람직하지 않다.
따라서, 본 연구에서는 FDM 3D 프린터 출력물의 표면조도 향상 및 조형 시간 단축을 위한 적층-절삭 공정이 통합된 구조의 적층-정삭 통합 플랫폼에 대하여, 분할제어방법의 한계를 극복하고자 여유자유도를 통한 최적제어 기법을 제안한다. 여유자유도가 존재함에 따라 기구학 모델이 비선형성을 가지게 되고, 이에 일반적인 역기구학 방정식을 통해 그 해를 구할 수 없다. 따라서, 비선형성 기구학 모델의 선형화를 위해 미분 기구학을 사용하게 된다. 공작물의 CAD data를 통해 정삭 경로 생성을 완료한 후 최적 관절값의 경로를 계획한다. 최적값을 통해 stage가 제어되지만, 적분항으로 인한 오차가 누적됨에 따라 기구 말단의 위치정밀도가 저하되므로 이를 보완하기 위해 비례 피드백제어를 수행한다.

In this study, the optimal control method for a given tool path of the additive-finishing dual stage integrated with the 2-DOF additive part, 2-DOF bed part, and 4-DOF finishing part developed through previous research is dealt with. In a previous study, in order to integrate the additive and cutting stages, the finishing part was designed to have a biased configuration around the bed part, and the bed part was rotated to expand the workspace of the finishing part, which was limited with respect to the bed part, so that it could be approached in all directions of the laminate. Added degrees of freedom. Therefore, after the additive process is completed, the bed part and the finishing part are integrated to operate as a finishing stage having a joint space of 6 degrees of freedom. At this time, as the tool path for improving the surface roughness of the additive is defined as 5 degrees of freedom, the finishing stage has an extra degree of freedom of 1 degree of freedom, which is related to the degree of freedom of rotation about the z-axis of the bed part. When a division control method such as the 6 division algorithm is used, the entire tool path must be planned for each section, and cutting marks may occur due to path division between sections and sections, which is undesirable in terms of finishing quality.
Therefore, in this study, in order to overcome the additive of the division control method, the optimal control through the degree of freedom is to overcome the limitations of the division control method for the integrated additive-finishing platform with an integrated layering-cutting process for improving the surface roughness of FDM 3D printer sculpture and shortening the molding time. suggest a technique Due to the existence of extra degrees of freedom, the kinematic model has non-linearity, and therefore the solution cannot be obtained through the general inverse kinematic equation. Therefore, differential kinematics is used to linearize the nonlinear kinematics model. After completing the generation of the finishing path through the CAD data of the workpiece, the path of the optimal joint value is planned. Although the stage is controlled through the optimal value, the positional precision of the end of the instrument decreases as the error due to the integral term accumulates. Therefore, proportional feedback control is performed to compensate for this.

#여유자유도 #최적경로 #3D프린터

제 1 장 서론 1
1.1 연구동기 1
1.2 이전연구 분석 3
1.2.1 적층-절삭 듀얼 스테이지의 기구 구조 4
1.2.2 정삭기구의 제어방법 7
1.3 연구 목적 9
제 2 장 여유자유도 정삭 스테이지의 기구학 10
2.1 정기구학 해석 10
2.2 문제 정의 15
2.2.1 미분 기구학 16
2.2.2 Optimization 18
제 3 장 적층-절삭 통합 공정 프레임워크 20
3.1 적층 공정 20
3.2 정삭 공정 22
3.2.1 정삭 경로 생성 25
3.2.2 최적 관절 경로 계획 28
제 4 장 실험 30
4.1 계층구조 30
4.2 시뮬레이션 검증 결과 31
4.2.1 3-DOF에 대한 simultion 32
4.2.2 3P3R 여유자유도 기구에 대한 simulation 34
4.3 실험 결과 40
제 5 장 결론 42
참고문헌 43

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