Application of acoustic analysis in control systems of robotic machine tools

Abstract

EN: . The problem of controlling complex technological machines such as machines with mechanisms based on kinematics with parallel structure is given consideration in the article in order to improve accuracy of positioning of actuators, to ensure their dynamic adjustment and optimization of trajectories of displacement of operating elements of the equipment (cutting tools, assembling or controlling instruments). The object of the study is the model of the operating area of a mobile robotic machine tool. Objective. The goal of the work is to create a concept for controlling a mobile robotic machine tool applying acoustic control on the basis of a reference model based on deep neural networks. Method. A method of identification and control of a mobile robotic machine tool using spectral description of absorption of acoustic wave with further processing of obtained information is offered. This method allows determining accuracy of positioning of actuators, as well as conducting dynamic adjustment and optimization of trajectories of displacement of operating elements of the equipment. A method of acoustic analysis for precision machining on machine tools with parallel kinematics has been developed. Results. A neural network reference model has been constructed, which allows to diagnose current characteristics of the state of objects in different conditions, namely mechanism’s configuration, mechanism’s geometric parameters while running motor-spindle, dynamics of displacement of mechanism’s nodes of the experimental stand with variable velocities and load on the drive, as well as temperature changes of the object. The developed neural network models also were tested for adequacy. Conclusions. The experiments on the study of the dependency between the parameters of the spectrum of the acoustic signal with a given discreteness disturbed by excitatory effect in the form of “white noise” confirmed efficiency of this approach. Prospects for further research may consist in creation of methods for optimal control of complex technological machines to improve accuracy of positioning of actuators and to improve their dynamic settings. UK: Актуальність. Розглянуто задачу управління складними технологічними машинами, такими, як верстати з механізмами на основі кінематики з паралельною структурою для підвищення точності позиціонування виконавчих механізмів, забезпечення їх динамічної настройки і оптимізації траєкторій переміщень робочих органів обладнання (ріжучого інструменту, складального або контролюючого інструменту). Об’єктом дослідження є модель робочої зони мобільного верстата-робота. Мета роботи – створення концепції управління мобільним верстатом-роботом із застосуванням акустичного контролю на основі еталонної моделі на глибоких нейронних мережах. Метод. Запропоновано метод ідентифікації та управління мобільним верстатом - роботом з використанням спектрального опису поглинання акустичної хвилі з подальшою обробкою отриманій інформації. Метод дозволяє визначати точність позиціонування виконавчих механізмів, проводити їх динамічну настройку і оптимізацію траєкторій переміщень робочих органів обладнання. Розроблено методику акустичної діагностики забезпечення точності механічної обробки на верстатах з паралельною кінематикою. Результати. Побудована нейромережева еталонна модель, що дозволяє діагностувати поточну характеристики стану об’єктів в різних умовах, а саме, конфігурацію механізму, геометричні параметри механізму при працюючому мотор-шпинделі, динаміку переміщення вузлів механізму експериментального стенду зі змінною швидкістю і навантаженням на привід, зміни температури об’єкта. Розроблені нейромережні моделі були перевірені на адекватність. Висновки. Проведені експерименти по дослідженню залежності між параметрами спектра акустичного сигналу із заданою дискретністю, порушеної збудливим впливом у вигляді «білого шуму», підтвердили працездатність даного підходу. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в створенні методів оптимального управління складними технологічними машинами для підвищення точності позиціонування виконавчих механізмів, удосконалення їх динамічної настройки.