|
DOI: 10.14489/hb.2026.08.pp.030-038
Волков Д. И., Воробьев П. С.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ РОБОТИЗИРОВАННОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
(с. 23-29)
Аннотация. Показана важность оптимизации положения заготовки для роботизированной механической обработки. Проведен анализ алгоритмов оптимизации, предлагаемых в современных научных исследованиях. Выявлен их основной недостаток – необходимость заранее знать силы резания. Предложен алгоритм оптимизации положения заготовки, основанный на минимизации числа обусловленности по норме Фробениуса для трансляционной матрицы податливости робота. Алгоритм определяет смещение и поворот исходной траектории инструмента, которые позволяют уменьшить отклонения инструмента в процессе обработки, а также избежать приближения к сингулярным конфигурациям робота. Корректность алгоритма проверена на математической модели с использованием промышленного робота ABB IRB 120. Проведено сравнение пяти вариантов положения заготовки: выбранного вручную, оптимизированного и трех случайных. В результате максимальные отклонения после оптимизации снизились на 21 %, а средние – на 23 %.
Ключевые слова: промышленный робот; траектория инструмента; положение заготовки; генетический алгоритм; число обусловленности; Matlab.
Volkov D. I., Vorobyev P. S.
WORKPIECE PLACEMENT OPTIMIZATION FOR ROBOTIC MACHINING
(pp. 30-38)
Abstract. This paper analyses optimization algorithms proposed in recent research and highlights their main drawback: the cutting forces must be known in advance. An algorithm for optimizing the workpiece position is proposed, based on minimizing the Frobenius norm condition number of the robot’s translational compliance matrix. The algorithm determines the shift and rotation of the original toolpath, which reduces tool deviations during machining and helps avoid singular configurations. The algorithm was validated using a mathematical model of an ABB IRB 120 industrial robot. Five workpiece placement variants were compared: a manually selected one, the optimized one, and three random configurations. The results show that the maximum deviations decreased by 21 % after optimization, while the average deviations decreased by 23 %.
Keywords: Industrial robot; Toolpath; Workpiece placement; Genetic algorithm; Condition number; Matlab.
Д. И. Волков, П. С. Воробьев (ФГБОУ ВО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева», Рыбинск, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
D. I. Volkov, P. S. Vorobyev (FSBEI HE «P. A. Solovyov Rybinsk State Aviation Technical University», Rybinsk, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Barsan A. A Brief Review of Robotic Machining // Acta Universitatis Cibiniensis. Technical Series. 2019. Vol. 71. P. 9 – 13. DOI: 10.2478/aucts-2019-0003
2. Wu K., Li J., Zhao H., Zhong Y. Review of Industrial Robot Stiffness Identification and Modelling // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, No. 17, 8719. P. 1 – 24. DOI: 10.3390/app12178719
3. Wei J., Lihui W. Industrial Robotic Machining: A Review // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 103. P. 1239 – 1255. DOI: 10.1007/s00170-019-03403-z
4. Souflas T., Gerontas C., Bikas H., Stavropoulos P. On the Optimization of Robot Machining: A Simulation-Based Process Planning Approach // Machines. 2024. Vol. 12, No. 8, 521. P. 1 – 25. DOI: 10.3390/machines12080521
5. Workpiece Placement Optimization for Machining Operations with Industrial Robots / S. Caro, S. Garnier, B. Furet, et al. // IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics, AIM. 2014. P. 1716 – 1721. DOI: 10.1109/AIM.2014.6878331
6. Stiffness-Oriented Placement Optimization of Machining Robots for Large Component Flexible Manufacturing System / Y. Xue, Z. Sun, S. Liu, et al. // Machines. 2022. Vol. 10, No. 5. Р. 389. DOI: 10.3390/machines10050389
7. Kratena T., Vavruska P., Švéda J., Zeman P. Workpiece Position Optimisation in Robotic Multi-Axis Machining // Results in Engineering. 2025. Vol. 27, No. 106421. DOI: 10.1016/j.rineng.2025.106421
8. Optimization of Robot Posture and Workpiece Setup in Robotic Milling with Stiffness Threshold / Z. Liao, Q. H. Wang, H. L. Xie, et al. // IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2021. Vol. 27, No. 1. P. 582 – 593. DOI: 10.1109/TMECH.2021.3068599
9. Stradovnik S., Hace A. Workpiece Placement Optimization for Robot Machining Based on the Evaluation of Feasible Kinematic Directional Capabilities // Applied Sciences. 2024. Vol. 14, No. 4:1531. DOI: 10.3390/app14041531
10. Pušnik T., Hace A. Robotic Surface Finishing with a Region-Based Approach Incorporating Dynamic Motion Constraints // Mathematics. 2025. Vol. 13, No. 20:3273. DOI: 10.3390/math13203273
11. Li G., Zhu W., Dong H., Ke Y. Stiffness-Oriented Performance Indices Defined on Two-Dimensional Manifold for 6-DOF Industrial Robot // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 2021. Vol. 68. No. 102076. DOI: 10.1016/j.rcim.2020.102076
12. Gao K. Optimization of Robot Milling Accuracy Based on a New Stiffness Performance Index // IEEE Access. 2024. No. 12. P. 105211 – 105218. DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3435911.
13. Featherstone R. Rigid Body Dynamics Algorithms. United States: Springer, 2008. 272 p.
14. Ni H., Ji S., Ye Y. Redundant Posture Optimization for 6R Robotic Milling Based on Piecewise-Global-Optimization-Strategy Considering Stiffness, Singularity and Joint-Limit // Symmetry. 2022. Vol. 14, No. 10, 2066. P. 1 – 14. DOI: 10.3390/sym14102066
15. ROS-Industrial. URL: https://rosindustrial.org/ (дата обращения: 09.11.2025).
16. He Z., Song M., Zhang X., Huang G. A New Prediction Method of Displacement Errors Caused by Low Stiffness for Industrial // Robot. Sensors. 2022. Vol. 22, No. 16, 5963. P. 1 – 13. DOI: 10.3390/s22165963
1. Barsan, A. (2019). A brief review of robotic machining. Acta Universitatis Cibiniensis. Technical Series, 71, 9–13. https://doi.org/10.2478/aucts-2019-0003
2. Wu, K., Li, J., Zhao, H., & Zhong, Y. (2022). Review of industrial robot stiffness identification and modelling. Applied Sciences, 12(17), Article 8719, 1–24. https://doi.org/10.3390/app12178719
3. Wei, J., & Lihui, W. (2019). Industrial robotic machining: A review. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 103, 1239–1255. https://doi.org/10.1007/s00170-019-03403-z
4. Souflas, T., Gerontas, C., Bikas, H., & Stavropoulos, P. (2024). On the optimization of robot machining: A simulation-based process planning approach. Machines, 12(8), Article 521, 1–25. https://doi.org/10.3390/machines12080521
5. Caro, S., Garnier, S., Furet, B., et al. (2014). Workpiece placement optimization for machining operations with industrial robots. In IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM) (pp. 1716–1721). https://doi.org/10.1109/AIM.2014.6878331
6. Xue, Y., Sun, Z., Liu, S., et al. (2022). Stiffness oriented placement optimization of machining robots for large component flexible manufacturing system. Machines, 10(5), Article 389. https://doi.org/10.3390/machines10050389
7. Kratena, T., Vavruska, P., Švéda, J., & Zeman, P. (2025). Workpiece position optimisation in robotic multi axis machining. Results in Engineering, 27, Article 106421. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.106421
8. Liao, Z., Wang, Q. H., Xie, H. L., et al. (2021). Optimization of robot posture and workpiece setup in robotic milling with stiffness threshold. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 27(1), 582–593. https://doi.org/10.1109/TMECH.2021.3068599
9. Stradovnik, S., & Hace, A. (2024). Workpiece placement optimization for robot machining based on the evaluation of feasible kinematic directional capabilities. Applied Sciences, 14(4), Article 1531. https://doi.org/10.3390/app14041531
10. Pušnik, T., & Hace, A. (2025). Robotic surface finishing with a region-based approach incorporating dynamic motion constraints. Mathematics, 13(20), Article 3273. https://doi.org/10.3390/math13203273
11. Li, G., Zhu, W., Dong, H., & Ke, Y. (2021). Stiffness-oriented performance indices defined on two-dimensional manifold for 6-DOF industrial robot. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 68, Article 102076. https://doi.org/10.1016/j.rcim.2020.102076
12. Gao, K. (2024). Optimization of robot milling accuracy based on a new stiffness performance index. IEEE Access, 12, 105211–105218. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3435911
13. Featherstone, R. (2008). Rigid body dynamics algorithms. Springer.
14. Ni, H., Ji, S., & Ye, Y. (2022). Redundant posture optimization for 6R robotic milling based on piecewise-global-optimization-strategy considering stiffness, singularity and joint limit. Symmetry, 14(10), Article 2066, 1–14. https://doi.org/10.3390/sym14102066
15. ROS Industrial. (n.d.). ROS Industrial. Retrieved November 9, 2025, from https://rosindustrial.org/
16. He, Z., Song, M., Zhang, X., & Huang, G. (2022). A new prediction method of displacement errors caused by low stiffness for industrial robot. Sensors, 22(16), Article 5963, 1–13. https://doi.org/10.3390/s22165963
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/hb.2026.08.pp.030-038
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/hb.2026.08.pp.030-038
and fill out the form
.
|
Current Issue
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»