Calibração do erro de medição do ângulo causado pela deformação torcional do instrumento de teste de desempenho do redutor industrial

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 21742 (2022) Citar este artigo

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A medição da rigidez de um redutor de precisão é essencial para estimar o redutor. Como os resultados da medição do sensor angular incluem o erro de medição do ângulo causado pela deformação torcional do instrumento, ele não pode ser usado como a deformação torcional real do redutor. Este artigo analisa as características de deformação torcional do instrumento para reduzir o erro de medição do ângulo. Com base na análise, é proposto um novo método de calibrar o erro de medição de ângulo com base no método aprimorado de ajuste de curva B-spline - descida de gradiente e otimização de enxame de partículas - rede neural de função de base radial (IBSCF-GDPSO-RBF). O método pode eliminar o erro de medição de ângulo causado pela deformação de torção do instrumento. São apresentadas as etapas do método IBSCF-GDPSO-RBF, e a compensação do erro de medição angular é executada sob condições de carga. O experimento mostra que a deformação do instrumento causou erro de medição de ângulo após a compensação estar dentro de ± dois segundos angulares. A inovação deste artigo propõe o método de calibração de erro baseado no método IBSCF-GDPSO-RBF. Ele fornece uma referência para medir e avaliar a rigidez torcional real do redutor Rotary Vector (RV) sob qualquer carga.

Recentemente, os redutores robóticos têm sido amplamente aplicados na indústria de automação1. Significativamente, as características de um redutor de robô afetam diretamente a precisão e a eficiência do movimento de um robô industrial2. Assim, a detecção de recursos do robô redutor beneficia significativamente o desenvolvimento do setor de automação de equipamentos3. Os parâmetros característicos do redutor geralmente incluem o torque de partida, o torque de funcionamento e a rigidez torcional4,5,6. Muitos estudiosos estudaram extensivamente a rigidez torcional do redutor e analisaram as características estáticas do redutor7,8,9,10. No entanto, esses estudos são limitados por métodos e dispositivos de medição, que não podem promover a melhoria das características do redutor industrial.

O detector de desempenho do redutor é montado a partir de peças de metal em vez de um corpo rígido ideal. Em termos de layout da estrutura mecânica de toda a máquina, a maioria dos detectores adota uma estrutura em série horizontal11,12,13,14. Quando o sistema de eixo de medição transmite amplo torque, a fraca rigidez de um eixo no eixo do instrumento será seriamente distorcida. Assim, há uma deflexão entre a deformação torcional precisa do redutor Rotary Vector (RV) e os resultados da medição angular. Assim, pode-se ver que a precisão da medição será seriamente afetada pela distorção na cadeia de medição no teste de rigidez torcional do redutor. Os resultados da medição angular do instrumento não podem ser usados ​​como a rigidez torcional adequada do redutor de RV15,16,17. Um método prático deve ser adotado para eliminar o efeito causado pela deformação torcional do detector redutor do robô18,19,20.

Muitos especialistas e estudiosos estudaram esse tipo de problema. De acordo com o efeito rápido da grande deformação torcional, Wang Zhiqiao et al. analisou teoricamente o ângulo de deformação de uma haste circular sólida e estabeleceu a curva de relação entre deformação e efeito rápido21. Jia HK et al. analisou o erro dos métodos de medição de deformação de torção existentes e forneceu a fórmula de cálculo para erro de ângulo22. Saygun A. e outros. propuseram um método de cálculo da rigidez torcional das peças com base na análise de elementos finitos23. Sigmund O. et al. estudaram a situação tensão-deformação de materiais metálicos dúcteis representados por aço estrutural após torque, e descobriram que a relação entre tensão e deformação é linear em uma determinada faixa, e o erro de deslocamento de deformação produzido no processo de teste repetido é repetitivo24. Esse recurso garante que o erro de ângulo causado pela deformação do material metálico seja um erro sistemático, o que possibilita melhorar a precisão da medição do ângulo por meio de um método de compensação de erro confiável e eficaz. No entanto, toda a pesquisa acima se concentra principalmente na deformação simples de uma única peça e não é adequada para a deformação complexa da corrente de transmissão no instrumento sob alto torque.