Vibration reduction of flexible rope-driven mobile robot for safe facade operation

Abstract

최근 몇 년 동안 건물 외벽 작업을 위해 케이블 구동 병렬 로봇 (CDPR)이 활발하게 연구되고 있습니다. 다양한 유형의 CDPR이 있지만, 엑츄에이터의 개수가 자유도보다 적은 CDPR은 엑츄에이터의 개수가 자유도보다 많은 CDPR보다 건물 외벽 작업에서 작업공간이 더 광범위하게 작동할 수 있습니다. 따라서 이 연구에서는 DAR (dual ascender robot)을 건물 외벽 작업에 적용하고자 하였습니다. 이 논문에서는 안전한 건물 외벽 작업을 위한 두 가지를 제안하고자 합니다. 먼저, 플렉서블한 로프 진동의 매핑 방법을 제안합니다. DAR의 진동 방향, 고유 진동수 및 감쇠비는 플렉서블한 나일론 섬유 로프 동적 특성을 Jacobian 매트릭스 및 모달 분해를 통해 변환을 통해 구할 수 있도록 모델링 되었습니다. 결과적으로 두 개의 로프를 사용하는 DAR의 진동을 제안한 모델을 통해 매핑 할 수 있습니다. 둘째, 로프 모델을 사용하는 DAR의 진동 모델을 기반으로 진동을 줄이기 위해 인풋 쉐이핑의 프리필터를 통해오픈 루프 제어를 적용했습니다. 맵핑 모델에 사용되는 모달 분해는 검증 실험을 사용하여 검증되었으며, 인풋 쉐이핑이 없는 경우와 인풋 쉐이핑이 있는 경우의 실험을 비교하여 입력 쉐이핑의 효과를 통해 앞서 제시된 로프의 동적 특성을 통해 DAR의 진동을 맵핑하는 모델이 진동 저감에 사용될 수 있음을 입증하였습니다.; In recent years, cable-driven-parallel robots (CDPRs) have been studied for façade operations. There are various types of CDPRs; however, under-constrained CDPRs are capable of wider operating in façade workspaces than over-constrained CDPRs. Therefore, in this study, a dual ascender robot (DAR) was used for façade operations. Herein, two suggestions for safe façade operations are presented. First, a mapping method of flexible rope vibration is proposed. A flexible nylon fiber rope was modeled such that the vibration direction, natural frequency, and damping ratio of the DAR could be converted through a Jacobian matrix and modal decomposition from the rope model. As a result, the vibration of DAR using two ropes can be mapped from the model. Second, input shaping control was applied to reduce vibrations, based on the vibration model of a DAR using the rope model. Modal decomposition was verified using a verification experiment, and the effect of input shaping was evaluated by comparing the w/ input shaping and w/o input shaping experiments.