Dynamics of Robot-Assisted Machining  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
132477
Type K
Principal investigator Miklós, Ákos
Title in Hungarian Robotokkal támogatott forgácsolás dinamikája
Title in English Dynamics of Robot-Assisted Machining
Keywords in Hungarian forgácsolás, környezetszimuláció, erőszabályozás
Keywords in English cutting, hardware-in-the-loop, force control
Discipline
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Műszaki Mechanikai Tanszék (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Béri, Bence
Hajdu, Dávid
Kádár, Fanni
Kiss, Ádám
Miklós, Ákos
Stépán, Gábor
Stépán, Gábor
Szaksz, Bence Máté
Vizi, Máté Benjámin
Zelei, Ambrus
Starting date 2019-12-01
Closing date 2023-11-30
Funding (in million HUF) 46.605
FTE (full time equivalent) 11.00
state running project





 

Final report

  
Results in Hungarian
A vékony vagy karcsú elemeket tartalmazó termékek megmunkálása nehézséget jelent. A kihívást az anyag káros rezgésektől mentes megmunkálása jelenti, melynek akadálya a vékony munkadarab nagyfokú rugalmassága. Az esztergálás vagy marás során esetlegesen fellépő rezgések rámásolódnak a megmunkált felületre, ami selejthez vezet. A projekt során a rezgések csökkentésére alkalmazott megoldás a munkadarab robotkarral történő megérintése volt. A megoldás megvalósítása során két problémát kellett leküzdeni. Egyrészt a szerszámgéprezgés egy instabil folyamat, meg kell találni azt a csillapítást, ami elegendő a rezgés megszüntetéséhez. Másrészt viszont a robotkar önmagában is képes rezgésbe jönni egy előírt erő biztosítása közben. A kutatás során a két rendszer együttes viselkedését sikerült feltérképezni, ezáltal a vékony falú és karcsú munkadarabok megmunkálása során hatékonyan tudtuk csökkenteni a rezgések veszélyét. Az elméleti kutatás során feltérképeztük a problémához kapcsolódó időkésleltetett rendszerek stabilitási határait, ezek paraméterfüggését, és ezeket az eredményeket más rendszerekre is érvényesítettük. Beszereztünk egy UR10e kollaboratív robotot, és megvalósítottuk a megmunkált munkadarab megtámasztásához szükséges szabályozást. Felállítottuk a szerszámgép-robot rendszer mechanikai modelljét, és először egy környezetszimulációs rendszerrel, majd valós szerszámgép-robot megmunkálásban is validáltuk.
Results in English
The manufacturing of thin/slender worpieces can be challenging due to the fact that harmful vibrations arise because of the softness of the workpiece. The vibrations that may arise during turning or milling are copied on the surface of the workpiece, which leads to scrap. The solution investigated in this project was to support the workpiece by a robotic arm to suppress unwanted vibrations. Two problems had to be tackled during the research. First, machine tool vibration is an unstable process, sufficient damping should be provided in order to suppress it. Second, a robot can produce oscillations individually as well, when it tries to hold a programmed force touching a surface. In this project we explored the combined behaviour of the two systems, thus, it was possible to suppress unwanted vibrations during the manufacturing of thin-walled and slender workpieces. We mapped the stability boundaries of time delayed systems in connection with the investigated combined system, and we showed that our results are valid for systems other than robots with discrete control and milling or turning machines. We acquired a UR10e collaborative robot and realized a control algorithm for supporting thin walled workpieces. We built a mechanical model of the combined system and we first validated it by a hardware-in-the-loop environment, than we built the real milling machine-robot system and validated the concept as well.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=132477
Decision
Yes





 

List of publications

  
Bence Szaksz, Gabor Stepan, Giuseppe Habib: Dynamical integrity estimation in time delayed systems: A rapid iterative algorithm, Journal of Sound and Vibration 571 (2024) 118045, 2024
Thomas Heitz, Daniel Bachrathy, Ning He, Ni Chen, and Gabor Stepan: Optimization of cutting force fitting model by Fast Fourier Transformation in milling and micro-milling, Journal of Manufacturing Processes - submitted, 2022
Mengyu Li, Wei Zhao, Liang Li, Ning He, and Gabor Stepan: Investigating a relationship between process stability, surface integrity and fatigue life in the milling Ti-6Al-4V alloy, Chinese Journal of Aeronautics - submitted, 2022
Szaksz, B., Stepan, G: Delay effects in the dynamics of human controlled towing of vehicles, Journal of Computational and Nonlinear Dynamics - accepted, 2022
Szaksz, B., Stepan, G.: Emberi reakcióidő hatása a járművontatás stabilitására: The effect of human reaction time on the stability of vehicle towing., Nemzetközi Gépészeti Konferencia–OGÉT, 256-260., 2022
Szaksz, B., Stepan, G.: Nonlinear Oscillations in Delayed Collocated Control of Pendulum on Trolley, International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (Vol. 86304, p. V009T09A032). American Society of Mechanica, 2022
Szaksz, B., Stepan, G.: Transient chaotic behavior of fuzzy controlled polishing processes, Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science, 32(9), 093112., 2022
Kádár Fanni, Hős Csaba, Stépán Gábor: Delayed oscillator model of pressure relief valves with outlet piping, Journal of Sound and Vibration Volume 534, 15 September 2022, 117016, 2022
Kádár Fanni, Stépán Gábor: Nonlinear dynamics and safety aspects of pressure relief valves, Nonlinear dynamics - submitted, 2022
Kádár Fanni, Stépán Gábor: Avoiding vibrations of pressure relief valves with downstream pipe, ESMC: Galway, 2022.07.04-08, 2022
Kádár Fanni, Hős Csaba, Stépán Gábor: Subcritical Hopf bifurcation in the dynamics of a pressure relief valve, ENOC: Lyon, 2022.07.17-22, 2022
Kádár Fanni, Stépán Gábor: Optimal downstream pipe length with delayed model of pressure relief valve, IFAC TDS: Montreal, 2022.09.27-30, 2022
Mate B. Vizi, Gabor Stepan: Digital stability of Furuta pendulum based on angle detection, Journal of Sound and Vibration - submitted 2022, 2022
Thomas Heitz, Daniel Bachrathy, Ning He, Ni Chen, and Gabor Stepan: Optimization of cutting force fitting model by Fast Fourier Transformation in milling and micro-milling, Journal of Manufacturing Processes Volume 99, 4 August 2023, Pages 121-137, 2023
Mate B. Vizi, Gabor Stepan: Digital stability of Furuta pendulum based on angle detection, Journal of Vibration and Control. 2023;0(0), 2023
Fanni Kádár, Gábor Stépán: An implicit system of delay differential algebraic equations from hydrodynamics, Electronic Journal of Qualitative Theory of Differential Equations, No. 28, 1–8;, 2023
Fanni Kadar, Gabor Stepan: Nonlinear dynamics and safety aspects of pressure relief valves, Nonlinear Dyn (2023) 111:12017–12032, 2023
Bence Szaksz, Gabor Orosz, Gabor Stepan: Guided control of a human driver via an automated vehicle, IFAC-PapersOnLine Volume 56, Issue 2, 2023, Pages 899-904, 2023
Bence Szaksz, Gabor Stepan: Delay Effects in the Dynamics of Human Controlled Towing of Vehicles, J. Comput. Nonlinear Dynam. Jun 2023, 18(6): 061003 (9 pages), 2023
Mate B. Vizi, Gabor Orosz, Denes Takacs and Gabor Stepan: Steering Control of an Autonomous Unicycle, Systems and Control - közlésre beküldött, 2024
Daniel Bachrathy, Henrik Sykora, David Hajdu, Bence Beri, Gabor Stepan: Why is it hard to identify the onset of chatter? A stochastic resonance perspective, CIRP Annals, 70, 2021, 329-332, 2021
Bence Beri, Gabor Stepan: Effect of axial force on the stability of milling: Local bifurcations around stable islands, Journal of Vibration and Control, online available, 2021, 2021
Bence Beri, Daniel Bachrathy, Gabor Stepan: Multi-Dimensional Bisection method in HIL environment: stability and chatter prediction in turning, Periodica Polytechnica, submitted, 2021. november 22., 2021
Henrik T Sykora, David Hajdu, Zoltan Dombovari, Daniel Bachrathy: Chatter formation during milling due to stochastic noise-induced resonance, Mechanical Systems and Signal Processing Volume 161, December 2021, 107987, 2021
Béri, B; Mészáros, G; Stépán, G: Machining of slender workpieces subjected to time-periodic axial force: stability and chatter suppression, Journal of Sound and Vibration Volume 504, 21 July 2021, 116114, 2021
Bence Beri, Gabor Stepan: Effect of axial force on the stability of milling: Local bifurcations around stable islands, Journal of Vibration and Control. 2023;29(1-2):440-452, 2021
Béri Bence, Stépán Gábor: Local Bifurcations Around a Stable Island in the Parameter Plane of Milling Processes, 10th European Nonlinear Dynamics Conference, 2022.07.17. - 2022.07.22., Lyon, France, 2022
Bence Beri, Gergely Meszaros, Gabor Stepan: Machining of slender workpieces subjected to time-periodic axial force: stability and chatter suppression, Journal of Sound and Vibration, 504, 2021, 116114, 2021
Magyar Bálint, Wohlfart Richárd, Zana Roland, Hénap Gábor, Csernák Gábor, Stépán Gábor: Evaluation of contact force distribution along a curve, based on measured electric potentials, Acta Mechanica, 2020
Béri, B; Mészáros, G; Stépán, G: Machining of slender workpieces subjected to time-periodic axial force: stability and chatter suppression, Journal of Sound and Vibration - Submitted, 2020
Stepan Gabor, Beri Bence, Miklos Akos, Wohlfart Richard, Bachrathy Daniel, Porempovics Gabor, Toth Andras, Takacs Denes: On stability of emulated turning processes in HIL environment, CIRP ANNALS-MANUFACTURING TECHNOLOGY 1: CIRP-1929, 2019
Mate B. Vizi, Gabor Stepan: Control of cyclic systems, International Conference on Engineering Vibrations, 2020
Bence Szaksz, Gábor Stépán: Collocated position control of oscillatory system in presence of delay, Proceedings of the ASME 2020 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference, 2020
Bence Szaksz, Gabor Stepan: Bifurcations in delayed collocated position control, Nonlinear Dynamics - Submitted, 2020
Szaksz, Bence, Gabor Stepan: Delay-induced bifurcations in collocated position control of an elastic arm, Nonlinear Dynamics (2021): 1-12., 2021
Szaksz, Bence, Gabor Stepan: Bifurcations in delayed collocated position control, Nodycon 2021.02.16-2021.02.19, 2021




 

Events of the project

  
2021-09-15 15:33:42
Résztvevők változása
2020-11-16 14:54:57
Vezető kutató váltás
Régi vezető kutató: Stépán Gábor
Új vezető kutató: Miklós Ákos

A vezető kutató váltás indoka: A K 132477 projekt vezető kutatójának a KKP_20 kiírásra benyújtott pályázata támogatást nyert.
A KKP_20 pályázati felhívás B.1.2. pontja alapján KKP_20 pályázat vezető kutatója egyidejűleg nem lehet támogatott K_19 vezető kutatója is.



Back »