Erweiterung der kinematischen Modellierung für parallele Seilroboter mit endloser Rotationsachse
Thomas Reichenbach, Philipp Tempel und Andreas Pott
Inhalt wurde maschinell aus dem Englischen übersetzt.
Endlose Rotation um eine Achse ist bei Manipulatoren für den industriellen Einsatz weit verbreitet. Manipulatoren wie Knickarmroboter, Delta- oder SCARA-Roboter bieten endlose Rotation um mindestens eine Achse, um die Orientierung des gehandhabten Werkstücks beliebig zu verändern. Bei Parallelmanipulatoren ist eine solche Fähigkeit hingegen recht ungewöhnlich, und bei seilgetriebenen Parallelrobotern ist sie bislang kaum erforscht. Aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften bieten diese Systeme wesentliche Vorteile gegenüber anderen kinematischen Manipulatoren; verbindet man sie mit einer endlosen Rotation um eine beliebige Achse, eröffnen sich neue Anwendungen für seilgetriebene Parallelroboter in der Produktion.
Der erste Nachweis eines konkreten Entwurfs eines seilgetriebenen Parallelroboters mit endloser Rotation um eine Achse stammt aus den Vorarbeiten des Antragstellers zu diesem Vorhaben. Die Verallgemeinerung dieses Ansatzes auf ein breiteres Anwendungsspektrum steht jedoch noch aus, da Methoden zur Beschreibung und Spezifikation solcher Roboter fehlen.
Endlose Rotation um eine beliebige Achse lässt sich mechanisch durch eine passive kinematische Kette beschreiben, was die Zahl der inneren Freiheitsgrade in den ohnehin redundanten seilgetriebenen Parallelrobotern erhöht. Dieses physikalisch erweiterte Modell erfordert eine deutlich erweiterte kinematische Spezifikation, um das Zusammenspiel aller kinematischen Ketten und der Seilantriebsstränge zu erfassen. Eine solche Spezifikationsmethode ist bislang nicht untersucht, für die Erforschung verallgemeinerter Entwürfe seilgetriebener Parallelroboter mit endloser Rotation um eine beliebige Achse jedoch unerlässlich. In den Vorarbeiten des Antragstellers beruht die Beschreibung auf einer anwendungsspezifischen Erweiterung der Strukturgleichung, die für das gegebene Beispiel eine Lösung liefert. Dieser Ansatz lässt sich jedoch nicht so verallgemeinern, dass er auch andere mechanische Mittel zur Erzeugung von Rotationen abdeckt.
Im Rahmen dieses Projekts soll die Erweiterung der Modellierungs- und Syntheseverfahren für seilgetriebene Parallelroboter untersucht werden, mit denen sich endlose Rotation um eine beliebige Achse konsistent in bestehende Verfahren einfügen lässt. Ziel der Arbeit ist es, auf Grundlage der erweiterten Beschreibung der kinematischen und geometrischen Eigenschaften verallgemeinerte Entwürfe für solche Typen seilgetriebener Parallelroboter zu finden. Neben der theoretischen Beschreibung soll eine experimentelle Validierung zeigen, dass es umsetzbare Entwürfe mit endloser Rotation um eine beliebige Achse gibt.
Meine Beiträge
- Entwicklung eines mathematischen Modells für Seilroboter mit Endlosrotation;
- Ableitung von Algorithmen zur effizienten Berechnung von Arbeitsraumgrenzen und Robotersteifigkeit;