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モデリングarXiv:2609.29112

産業用ロボットのサイクロイド減速機における負荷・速度・温度依存の伝達誤差のフーリエ級数モデリング

Modeling Load-, Velocity-, and Temperature-Dependent Transmission Errors of Cycloidal Drives for Industrial Robots Using Fourier Series

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産業用ロボットのサイクロイド減速機に生じる周期的な伝達誤差を、負荷トルク・速度・温度の多項式関数で振幅と位相を表すフーリエ級数でモデル化し、平均二乗誤差0.026 mradで予測できることを示した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 産業用ロボットのcycloidal drivesにおける伝達誤差をモデル化する研究。 - 主に周期的な伝達誤差をFourier seriesで表現し、振幅と位相をload-torque、velocity、temperatureの多項式関数として定義。 - 単一関節を模した実験装置で測定し、モデルを検証。 - 平均root mean square errorは0.026 mrad。 - フィードフォワード制御への応用を提案。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来、strain wave gearsの伝達誤差は広く研究されているが、cycloidal drivesの研究は少ない。 - 本研究はcycloidal drivesに焦点を当て、load、velocity、temperature依存性を同時にモデル化。 - 産業用ロボットの中~重可搬向けに一般的なcycloidal drivesの精度向上に貢献。

3. 技術・手法の肝は?

- 伝達誤差をFourier seriesでモデル化。 - 振幅と位相をload-torque、velocity、temperatureの多項式関数として定義。 - 測定データから調和周波数をcycloidal driveの機械的特性に関連付け、モデルパラメータを同定。 - 実験装置は単一ロボット関節を再現。

4. どうやって有効だと検証した?

- 実験装置で伝達誤差を測定。 - 測定データから調和周波数を機械的特性に関連付け、モデルパラメータを同定。 - 検証測定と比較し、平均root mean square error 0.026 mradを達成。

5. 議論はある?

- 得られたモデルをフィードフォワード制御に用いて伝達誤差を補償し、産業用ロボットの経路精度を向上させる提案。 - 他の要因や限界については要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究はstrain wave gearsの伝達誤差研究。 - 関連手法としてFourier seriesモデル、フィードフォワード制御。 - 同分野の定番として、産業用ロボットの経路精度向上に関する研究やcycloidal driveのモデリング研究が挙げられる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Christian J. E. Bauer, Valentin Kamm, Marcel Dzubba, Lukas Steinle, Armin Lechler, Alexander Verl

分類: cs.RO, eess.SP, eess.SY

原文アブストラクト

Industrial robots are rarely used for machining tasks due to their limited path accuracy. This accuracy is mainly limited by inaccuracies in the drive trains. Compliance and transmission errors occur in the joint gearboxes. While transmission errors have been extensively studied for strain wave gears, there is little research on these errors in cycloidal drives. This gearbox type is commonly used in industrial robots for medium to heavy payloads. It is proposed to model the mainly periodic transmission errors using a Fourier series where amplitude and phase are defined as a polynomial function of the main influence factors load-torque, velocity, and temperature. Measurements of the transmission errors were conducted using an experimental setup representing a single robot joint. In the evaluation of the measurement data, harmonic frequencies were related to mechanical properties of the cycloidal drive. These frequencies were used to identify the parameters of the polynomial Fourier series model. Compared to validation measurements, the derived model shows an average root mean square error of 0.026 mrad. It is proposed to use the output of the resulting model in a feedforward control approach to compensate the transmission errors and to increase the path accuracy of industrial robots.

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