Арайлым Кенжебай – докторант ОП 8D06110-«Информатика»
070100, город Семей, улица Мәңгілік Ел, 11
Arailym Kenzhebay – doctoral student
070100, Abai region, Semey city, Mangilik El str. 11
Асемгуль Тыныкулова – PhD, и.о. ассоциированный профессор
010000, город Астана, проспект Кабанбай батыра, 8
Assemgul Tynykulova – PhD, acting Associate Professor
010000, Astana, Kabanbay batyr avenue, 8
Гульшат Енсебаева – кандидат педагогических наук, доцент
070100, город Семей, улица Мәңгілік Ел, 11
Gilshat Yensebayeva – Candidate of Pedagogical Sciences senior teacher department «Information and technical sciences»
070100, Abai region, Semey city, Mangilik El str. 11
Сырым Жакипбеков – магистр
050016, город Алматы, улица Манаса, 34/1
Syrym Zhakypbekov – Master of Computer Science
050016, Almaty, Manas str. 34/1
Камила Бакенова – PhD студент
010000, город Астана, улица Сатпаева, 2
Kamila Bakenova – PhD student
010000, Astana city, 2 Satbaev st.
В статье представлен метод программной компенсации скручивающих колебаний в системах позиционирования 3D-принтеров с H-образной кинематикой, основанный на применении фильтрованных B-сплайнов на этапе планирования траектории движения. Актуальность исследования обусловлена ограниченной эффективностью традиционных механических и управляющих решений при подавлении крутильных колебаний, возникающих вследствие конструктивных особенностей H-образных рам. Предложенный метод заключается в аналитическом преобразовании управляющих траекторий с использованием B-сплайновых аппроксимирующих функций, параметры которых определяются на основе спектрального анализа скручивающих колебаний. В отличие от существующих подходов, основанных на жёсткой цифровой фильтрации или адаптивном управлении в реальном времени, разработанный метод обеспечивает селективное подавление резонансных частот без искажения геометрической точности траектории. В рамках исследования разработана математическая модель скручивающих колебаний H-образной кинематической системы, выполнен анализ её частотных характеристик и обоснована применимость B-сплайновой фильтрации для компенсации динамических искажений движения. Результаты численного моделирования подтверждают существенное снижение амплитуды колебаний и уменьшение ошибки позиционирования печатающей головки. Полученные результаты демонстрируют, что предложенный метод представляет собой универсальный алгоритмический подход, ориентированный на интеграцию в стандартные планировщики траекторий, и может быть применён для широкого класса аддитивных систем с H-образной кинематикой без модификации аппаратной части.
The rapid development of additive manufacturing technologies imposes increasingly stringent requirements on the positioning accuracy and dynamic stability of motion systems, particularly in printers employing H-bot kinematic architectures, which are prone to torsional vibrations. Such vibrations significantly degrade print quality by inducing trajectory deviations of the print head and cannot be effectively mitigated solely through mechanical reinforcement or conventional control strategies. This study proposes a software-based torsional vibration compensation method founded on the use of filtered B-splines for motion trajectory correction at the planning stage. Unlike existing approaches that rely on rigid digital filtering or realtime adaptive control, the proposed method combines the high approximation capability of B-splines with selective attenuation of spectral components responsible for resonant torsional oscillations. A mathematical model of torsional vibrations in H-bot frame structures is developed, followed by a spectral analysis of their dynamic characteristics to justify the applicability of B-spline-based filtering for identifying and compensating critical frequency components. Numerical simulation results demonstrate a substantial reduction in vibration amplitude and a corresponding decrease in trajectory tracking error of the print head. The practical relevance of the proposed approach lies in its ability to be integrated into standard trajectory planning algorithms without hardware modification, making it applicable to a wide class of H-botbased additive manufacturing systems.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.