Realisierung, Steuerung und Regelung kinematisch zweifach redundanter paralleler Seilroboter

Seilbasierte Parallelkinematiken weisen große Vorteile in den Bereichen Dynamik
und Energieeffizienz auf. Dessen ungeachtet ist diese Art Manipulator im
industriellen Bereich noch weitestgehend unbekannt. Mit der vorliegenden Arbeit
wird die Realisierung und der Betrieb von zwei Applikationsbeispielen für
kinematisch zweifach redundante parallele Seilroboter unter Verwendung von
standardisierter Industrietechnik präsentiert sowie diskutiert. Beide Systeme
sind auf Endeffektorlasten bis zu 100 kg ausgelegt und heben sich dadurch im
Bereich der Nutzlast von vorangegangenen Arbeiten ab.
Der Bewegungssimulator im Windkanal der Technischen Universität Hamburg-
Harburg setzt mit der Aktuierung von Schiffsmodellen eine Aufgabe um, die auf
die spezifischen Anforderungen des Lehrstuhls für Fluiddynamik und Schiffstheorie
hin ausgelegt und mit standardisierter serieller Manipulatortechnik
nicht realisierbar ist.
Die Umsetzung als Regalbediengerät für Hochregallager im Rahmen des Effizienzclusters
Logistik Ruhr stellt ein System dar, welches als Produkt für das
breite Spektrum der Logistikbranche angeboten werden kann. Das Verbundprojekt
„Regalbediengerät auf Basis der Stewart-Gough-Plattform“ verfolgt
das Ziel, durch die Vorteile seilbasierter parallelkinematischer Roboter (leichte
Struktur, hohe Geschwindigkeit, hohe Beschleunigung) ein effektiveres und
effizienteres Regalbediengerät zu entwickeln.
Mit der methodischen Herangehensweise nach dem V-Modell gemäß VDIRichtlinie
2206 werden für beide Systeme kinematische und dynamische Modelle
sowie Regelungskonzepte entwickelt und simulativ in Bezug auf die gewünschten
Eigenschaften bewertet. Mehrere Verfahren zur Lösung der minimalen
Seilkraftverteilung von parallelen Seilrobotern werden auf ihre Einsetzbarkeit
in Echtzeitregelsystemen hin untersucht. Im weiteren Verlauf erfolgt
eine Validierung der Ergebnisse anhand von Messdaten aus Versuchsfahrten
der Prototypen.
Im Kontext des Bewegungssimulators werden dabei speziell die Themenfelder
Regelung und Arbeitsraum untersucht. In Bezug auf das System CABLAR erfolgt
ein Vergleich der Effektivität (Geschwindigkeit und Beschleunigung) und
der energetischen Effizienz zu einem konventionellen Regalbediengerät.

Wire based parallel kinematic robots show great advantages in terms of dynamics
and energy efficiency. Nevertheless, this kind of manipulator is relatively
unknown to the industrial sector. This thesis presents and discusses the realization
and the operation of two application examples of kinematic twofold
redundant parallel wire robots using standardized industrial technology. Both
systems are designed for end effector loads of up to 100 kg and therefore differ
from previous works in terms of the payload.
The motion simulator in the wind tunnel of the Technical University of Hamburg-
Harburg is designed for the actuation of ship models and thus to meet specific
requirements of the Department of Fluid Dynamics and Ship Theory which
are not achievable by the use of standardized serial manipulator technology.
The realization as a storage and retrieval machine for high bay warehouses
within the framework of the Efficiency Cluster Logistics Ruhr represents a
system, that can be offered as a product for the wide range of applications of
the logistics industry. The collaborative project „Storage and retrieval machine
on the basis of a Steward-Gough-Platform“ aims to develop a more effective
and efficient stacker crane using the advantages (light structure, high velocity,
high acceleration) of wire based parallel kinematic robots.
With the methodical approach pursuant to the V-model according to the VDI
guideline 2206, kinematic and dynamic models as well as control concepts are
developed for both systems and evaluated simulatively with regard to predifined
properties. Several methods for solving the minimum wire force distribution
of parallel cable robots are being analyzed with respect to their applicability
in real-time control systems. Finally, the results are validated on the basis of
measured data from prototype test runs.
In the context of the motion simulator, the topics of control and workspace
are examined in particular. With respect to the CABLAR system, the effectiveness
(velocity and acceleration) and the energy efficiency are compared to
a conventional storage and retrieval system.

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Sturm, C., 2020. Realisierung, Steuerung und Regelung kinematisch zweifach redundanter paralleler Seilroboter. https://doi.org/10.17185/duepublico/73291
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