YUQORI ANIQLIKKA EGA SANOAT ROBOTLARIDA HARAKATLANUVCHI QISMLARNING OPTIMALLASHUVI

THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 306 YUQORI ANIQLIKKA EGA SANOAT ROBOTLARIDA HARAKATLANUVCHI QISMLARNING OPTIMALLASHUVI 1Polvonov Alimirzo Qutbiddin o’g’li, 2Djurayev Sherzod Sobirjonovich 1Namangan davlat texnika universiteti doktoranti 2Namangan davlat texnika universiteti https://doi.org/10.5281/zenodo.17768083 Annotatsiya. Ushbu ilmiy ishda yuqori aniqlikka ega sanoat robotlarining harakatlanuvchi qismlarini mexanik va boshqaruv nuqtayi nazaridan optimallashtirish masalalari o‘rganilgan. Tadqiqotda mexanik inersiya, deformatsiya va tebranish omillari modellashtirilib, ular asosida energiya samaradorligini oshirish imkoniyatlari tahlil qilingan. Optimizatsiya jarayonida material tanlovi, aktuator turlari va adaptiv boshqaruv usullarining o‘zaro ta’siri o‘rganildi. Natijalar shuni ko‘rsatdiki, kompozit materiallar va raqamli boshqaruv tizimlarini integratsiyalash robotlarning aniqligi va barqarorligini sezilarli oshiradi. Kalit so‘zlar: sanoat robotlari, aktuator tizimi, optimallashtirish, tebranish, energiya samaradorligi, material tanlovi. Kirish. Sanoat robototexnikasi sohasining jadal rivojlanishi avtomatlashtirilgan ishlab chiqarish jarayonlariga yangi imkoniyatlar yaratdi: yuqori aniqlik, takroriylik va ishlab chiqarish unumdorligini oshirish kabi talablar hozirgi raqobat muhitida muhim ahamiyat kasb etadi. Ayniqsa elektronika, mikroservislar, avtomobilsozlik va aeroqurilish kabi sohalarda ishlatiladigan robot manipulyatorlaridan talab qilinadigan pozitsiyalash aniqligi oftobdan past mikron darajasigacha bo‘lishi mumkin. Shu munosabat bilan robotlarning ishlash xususiyatlarini shunchaki nazariy nazorat algoritmlari bilan emas, balki mexanik konstruktsiya, material tanlovi va aktuator tizimlarining komplekt optimallashtirilishi orqali yaxshilash zaruriyati tug‘ildi. Harakatlanuvchi qismlar — bo‘g‘inlar, uzatmalar, tirkash elementlari va ishchi organlarni joylashtiruvchi strukturaviy elementlar — robotning dinamik xususiyatlariga bevosita ta’sir ko‘rsatadi. Ular massa va inersiya momenti oshishi bilan tizimning tebranishiga, suyuqlik va sezgir o‘tkazuvchanlikning pasayishiga sabab bo‘lib, natijada pozitsiyalash aniqligi yomonlashadi. Shuningdek, noto‘g‘ri material tanlovi yoki geometriya optimallashtirilmagan bo‘lsa, deformatsiyalar va termal o‘zgarishlar ham aniqlikka salbiy ta’sir qiladi. Shu boisdan harakatlanuvchi qismlarni optimallashtirish — massani kamaytirish, qattiqlikni saqlash, rezonans chastotalarini boshqarish va energiya sarfini minimallashtirish muammolarini integratsiyalashgan tarzda hal etishni talab etadi. Amaliyotda mavjud yondashuvlarning ayrim cheklovlari ham ko‘zga tashlanadi. An’anaviy metall konstruktsiyalar (masalan, alyuminiy yoki po‘latdan ishlangan elementlar) kuch va qattiqlik jihatidan afzalliklarga ega bo‘lsa-da, ular massa jihatidan og‘irroq bo‘lib, yuqori tezlikli operatsiyalarda tebranish amplitudasini oshiradi. Boshqa tomondan, zamonaviy kompozit materiallar (CFRP va boshqalar) engil va yuqori qattiqlik xususiyatlarini taklif etsa-da, ularning ishlash sharoitidagi charchash (fatigue), bog‘lanish (bonding) va ishlab chiqish xarajatlari kabi muammolari mavjud. Bundan tashqari, faqat mexanik optimallashtirish yetarli emas: boshqaruv algoritmlari ham real vaqt sharoitida yuk o‘zgarishlari, ish sharoitining noaniqligi va o‘lchov xatoliklariga moslasha olishi kerak. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 307 Ushbu tadqiqotning maqsadi — yuqori aniqlikka ega sanoat robotlarida harakatlanuvchi qismlarning konstruktiv va boshqaruv jihatidan optimallashtirilishi orqali pozitsiyalash aniqligi, tebranish darajasi va energiya samaradorligini yaxshilash mumkinligini ko‘rsatishdir. Tadqiqot bir qator maqsadlarni o‘z ichiga oladi: (1) turli material va geometrik variantlarning dinamik xulqatvoriga ta’sirini tahlil qilish, (2) ko‘p-kriteriyli optimallashtirish metodlarini qo‘llash orqali massani kamaytirish va qattiqlikni saqlash bo‘yicha kompromisslarni aniqlash, (3) aktuator va boshqaruv tizimlarini adaptiv yechimlar bilan integratsiyalash orqali real vaqtli pozitsiyalash aniqligini yaxshilash. Mazkur ish nafaqat amaliy ishlab chiqarish jarayonlarida robotlarning ish sifati va energiya samaradorligini oshirishga hissa qo‘shadi, balki zamonaviy materiallar va raqamli boshqaruv texnologiyalarini birlashtirish orqali yangi loyihalash printsiplarini taklif etadi. Qolaversa, tadqiqot natijalari sanoat avtomatlashtirish tizimlarida ekologik va iqtisodiy jihatdan samarali yechimlarni joriy etish imkoniyatlarini ham ko‘rib chiqadi. Keyingi bo‘limlar metodologiya, eksperimental natijalar va muhokama hamda xulosalar orqali bu yondashuvlarni batafsil ochib beradi. USLUBIY QISM (Materials and Methods). Ushbu tadqiqotda yuqori aniqlikka ega sanoat robotlarining harakatlanuvchi qismlarini optimallashtirish jarayoni mexanik, materialshunoslik va boshqaruv tizimi yondashuvlarini birlashtirgan kompleks metod asosida amalga oshirildi. Uslubiy qismda model yaratish, tahlil qilish va sinovdan o‘tkazish bosqichlari izchil tarzda bayon etiladi. Tadqiqot modeli va maqsadi. Metodologiyaning markazida robot manipulyatorining mexanik strukturasi va dinamik modeli joylashgan. Model quyidagi asosiy elementlarni o‘z ichiga oladi: • Bo‘g‘inlar (links) – harakatlanuvchi mexanik qismlar; • Aktuatorlar – elektr yoki gidravlik yuritmalar; • Tirkash mexanizmlari – harakat uzatish bo‘g‘inlari; • Nazorat qiluvchi boshqaruv tizimi – pozitsiya, tezlik va momentni o‘lchovchi sensorlar bilan integratsiyalangan. Maqsad — harakatlanuvchi qismlarning massasi, qattiqligi, energiya sarfi va tebranish chastotalari orasidagi optimal nisbatni topishdir. Matematik va fizik modellash. Mexanik tizim ko‘p erkinlik darajali dinamik model sifatida ifodalandi. Har bir bo‘g‘in uchun Nyuton–Eyler tenglamalari asosida quyidagi tizim hosil qilindi: 𝜏 = 𝑀(𝑞)𝑞¨ + 𝐶(𝑞, 𝑞˙)𝑞˙ + 𝐺(𝑞)+ 𝐹 𝑟 bu yerda: • 𝜏 – aktuator momenti, • 𝑀𝑞󰇘{𝑞}– mass-inersiya matritsasi, • 𝐶(𝑞, 𝑞󰇗) 󰇗𝑞󰇗 – korrelyatsiya va markazdan qochma kuchlar matritsasi, • 𝐺(𝑞)– tortishish kuchi vektori, • 𝐹 𝑟 –ishqalanish va tashqi qarshiliklar. Model MATLAB/Simulink muhitida yaratilgan bo‘lib, harakat trayektoriyasi, moment sarfi va aniqlik parametrlari dinamik o‘zgarishlarga qarab tahlil qilindi. Material tanlash va strukturaviy optimallashtirish. Harakatlanuvchi qismlar uchun uch xil material – alyuminiy qotishmasi (Al), uglerod tolali kompozit (CFRP) va titan qotishmasi (Ti6Al4V) tanlandi. Har bir material uchun quyidagi fizik parametrlar o‘lchandi: • massa (kg), THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 308 • elastiklik moduli (GPa), • deformatsiya koeffitsienti, • rezonans chastotasi (Hz). FEA (Finite Element Analysis) usuli yordamida ANSYS dasturida deformatsiya va stress taqsimoti hisoblandi. Shundan so‘ng har bir variant uchun mexanik optimallik indeksi (𝑂𝑚 ) quyidagi formula bilan aniqlanib, taqqoslandi: 𝑂𝑚=𝐸 𝜌 ⋅ 𝛿 bu yerda 𝐸 – elastiklik moduli, 𝜌 – zichlik, 𝛿 – nisbiy deformatsiya. Eng yuqori 𝑂𝑚 qiymat CFRP materialida kuzatildi, bu esa uning engil va qattiq bo‘lishini tasdiqlaydi. Boshqaruv tizimi optimallashtirish. Mexanik model bilan bir qatorda, boshqaruv tizimi uchun PID va adaptiv PID (Self-tuning PID) algoritmlari taqqoslandi. Adaptiv PID algoritmi yuklanish o‘zgarishiga avtomatik javob qaytaradi va aktuator signalini real vaqt rejimida sozlaydi. Sinov natijalari MATLAB muhitida quyidagi parametrlar asosida baholandi: • javob berish vaqti (s), • o‘tish jarayoni ortiqchasi (% overshoot), • barqarorlashish vaqti (s), • energiya sarfi (J). Optimallashtirish algoritmi. Tizimning optimal parametrlarini aniqlash uchun ko‘p kriteriyli optimallashtirish (Multi-objective Genetic Algorithm) usuli qo‘llanildi. Maqsad funksiyasi quyidagicha ifodalandi: min𝑓(𝑥)= 𝑤1⋅ 𝑀 + 𝑤2⋅ 𝐸loss + 𝑤3⋅ 𝑉amp bu yerda: • 𝑀 — mexanik massa, • 𝐸loss — energiya yo‘qotish, • 𝑉amp — tebranish amplitudasi, • 𝑤1, 𝑤2 ,𝑤3 — muhimlik koeffitsientlari (eksperimental yo‘l bilan tanlangan). Algoritm 100 iteratsiyada konvergentsiyaga erishgan va optimal dizayn parametrlari aniqlangan. Eksperimental sinovlar. Tadqiqot natijalari virtual muhitda modellashtirilgach, laboratoriya sharoitida 3D printer yordamida yaratilgan manipulyator prototipi orqali amaliy sinovdan o‘tkazildi. Har bir bo‘g‘in uchun 0,1 mm aniqlikda joylashuv o‘lchovlari lazerli sensorlar yordamida qayd etildi. Quyidagi jadvalda boshqaruv algoritmlari taqqoslangan: Algoritm turi Javob vaqti (s) Barqarorlashish vaqti (s) Energiya sarfi (J) Aniqlik (%) An’anaviy PID 0.12 0.36 2.8 91.4 Adaptiv PID 0.07 0.22 2.3 97.6 Natijalar adaptiv PID boshqaruvi mexanik tizimning tebranishga qarshiligini yaxshilab, THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 309 energiya sarfini kamaytirishini ko‘rsatdi. Metodologiyaning afzalligi. Ushbu metodologiya integratsiyalashgan yondashuvga asoslanadi: mexanik, material va boshqaruv tizimi parametrlarini birgalikda optimallashtirish natijasida yakuniy robot tizimi yuqori aniqlik, silliq harakat va energiya tejamkorlikni ta’minlaydi. Shuningdek, bu metod sun’iy intellekt yordamida keyingi bosqichda o‘zini-o‘zi moslashtiruvchi optimallashtirish tizimini yaratish uchun poydevor bo‘lib xizmat qiladi. Muhokama (Discussion). Yuqori aniqlikka ega sanoat robotlarining samaradorligini oshirishda harakatlanuvchi qismlarning massasi, inertsiya momenti va mexanik barqarorligi o‘rtasidagi muvozanat hal qiluvchi omil hisoblanadi. Tadqiqot davomida ishlab chiqilgan optimallashtirish modeli robot manipulyatorlarining harakatlanuvchi bo‘g‘inlarida energiya sarfini kamaytirish, aniqlikni oshirish va tizimning dinamik barqarorligini ta’minlash imkonini berdi. Tahlillar shuni ko‘rsatadiki, deformatsiya koeffitsienti kichik bo‘lgan, ammo yuqori elastiklik moduliga ega materiallardan foydalanish robotning tezkorlik va aniqlik parametrlarini yaxshilaydi. Ayniqsa, engil kompozit materiallar asosida ishlab chiqilgan bo‘g‘inlar metall konstruksiyalarga nisbatan 15–25% gacha energiya tejamkorlikni ta’minlagan. Bu esa ishlab chiqarish jarayonida robotlarning ish unumdorligini oshiradi va uzoq muddatli ishlashda ishonchliligini mustahkamlaydi. Dinamik tenglamalar asosida (τ = M(q)q  + C(q, q )q  + G(q) + Fᵣ) olingan modellashtirish natijalari shuni ko‘rsatadiki, harakatlanuvchi qismlarning massasi kamaygan sari boshqaruv momentlari (τ) ham kamayadi, bu esa servo-privodlarning yuklanishini pasaytiradi. Shu bilan birga, strukturaning elastik deformatsiyalarini hisobga olgan modellar yuqori tezlikda ishlashda aniqlik yo‘qolishini 8–12% gacha kamaytirgan. Tajriba natijalari Oₘ = E / (ρ · δ) ko‘rsatkichi orqali material tanlashda muhim ahamiyatga ega ekanligini ko‘rsatdi. Ushbu koeffitsient materialning qattiqlik va zichlik nisbatini aks ettirib, optimal konstruktiv echimni topishga yordam beradi. Natijada, material tanlash jarayoni faqat mexanik xususiyatlarga emas, balki energiya samaradorligi va aniqlik talablariga ham asoslanishi kerakligi aniqlangan. Umuman olganda, olib borilgan tahlillar shuni ko‘rsatadiki, yuqori aniqlikka ega robotlarda harakatlanuvchi qismlarni optimallashtirish nafaqat mexanik barqarorlikni, balki butun boshqaruv tizimining energetik va dinamik samaradorligini ta’minlaydi. Bu natijalar keyingi bosqichda robot manipulyatorlarining raqamli egizaklari (digital twin) asosida optimallashtirilgan modellarini yaratishga asos bo‘lib xizmat qiladi. Foydalanilgan adabiyotlar: 1. Siciliano, B., & Khatib, O. (Eds.). (2016). Springer Handbook of Robotics. Springer, Cham. 2. Craig, J. J. (2018). Introduction to Robotics: Mechanics and Control. 4th ed. Pearson Education. 3. Spong, M. W., Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2020). Robot Modeling and Control. 3rd ed. Wiley. 4. Paul, R. P. (1981). Robot Manipulators: Mathematics, Programming, and Control. MIT Press. 5. Niku, S. B. (2020). Introduction to Robotics: Analysis, Control, Applications. Wiley. 6. Popov, V. L. (2019). Engineering Mechanics of Solids: Modeling, Analysis, and Optimization. Springer. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 310 7. Кульдашев, Г‘. О., & Полвонов, А. (2025). “Оптимизация подвижных звеньев роботманипуляторов на основе энергоэффективных моделей.” Журнал Инженерных Исследований Узбекистана, №2, 45–53. 8. Fattah, A., & Ahmadabadi, M. N. (2019). “Dynamic Optimization of Lightweight Manipulator Arms.” IEEE Transactions on Robotics, 35(4), 987–995. 9. Пономарёв, И. А., & Иванов, В. С. (2021). Современные материалы в робототехнике. Москва: Наука. 10. ISO 9283:1998. Manipulating Industrial Robots — Performance Criteria and Related Test Methods. International Organization for Standardization.