使用滤波B样条软件补偿H-frame 3D打印机的不良rack motion

H-frame（也称为H-Bot）架构是一种简单而优雅的两轴平行定位系统，用于构建3D打印机的XY平台。由于使用框架安装的电机，减少了打印机的移动质量，同时允许使用（较重的）高扭矩电机，因此具有高速和出色动态性能的潜力。然而，H-frame的动态精度在高加速度和高速运动期间受到rack motion（即由于力偶导致的打印机龙门架的寄生扭转运动）的限制。解决rack motion问题的机械解决方案要么成本高昂，要么损害H-frame的简单性。在本文中，我们介绍了一种基于滤波B样条（FBS）方法的前馈软件补偿算法，用于纠正由rack motion引起的误差。FBS方法将机器的运动命令表示为B样条的线性组合。B样条通过机器动力学的辨识模型进行滤波，并优化基于B样条的运动命令的控制点，以使跟踪误差最小化。为了使用FBS算法补偿rack motion，获得了rack motion的准确频率响应函数，并通过运动学模型将其与H-frame的x轴和y轴动力学耦合。结果是H-frame的耦合线性参数变化模型，该模型在FBS框架中用于补偿rack motion。我们开发了一种近似解耦x轴和y轴补偿的rack motion补偿算法，以显著提高计算效率，同时几乎不损失补偿精度。在H-frame 3D打印机上的实验表明，与没有rack motion补偿的标准FBS方法相比，使用所提出的算法打印零件的形状精度提高了43%。