Automatische Konstruktion von Schienengeometrien für die gelenkfreie, kurvenförmige Bewegung robotischer Systeme
Die Erweiterung des Arbeitsraums von Roboterarmen gestaltet sich in unstrukturierten Umgebungen aufgrund der geometrischen Starrheit linearer Achssysteme sowie der hohen mechanischen Komplexität mobiler Plattformen bislang als schwierig. Diese Arbeit stellt einen neuartigen Ansatz für ein modulares, kurvengängiges Schienensystem vor, das sich einfach an individuelle Anwendungsbedingungen anpassen lässt: Anstelle eines mechanisch komplexen Laufwagens wird die Schienengeometrie algorithmisch so ausgelegt, dass ein starrer, gelenkfreier Laufwagen auch durch gekrümmte Strecken verklemmungsfrei geführt werden kann. Das System basiert auf einem modularen Fertigungskonzept, bei dem additiv gefertigte Kurvensegmente mit Standard-Aluminiumprofilen kombiniert werden. Ein entwickelter Algorithmus generiert vollautomatisch die erforderliche Spurweitenanpassung sowie die Verzahnungsgeometrie des Antriebs und zerlegt die Kurvensegmente in additiv herstellbare Einzelelemente. Die experimentelle Validierung bestätigt eine gleichmäßige, blockadenfreie Fahrt über verschiedene Kurvenradien und demonstriert das Potenzial des Systems für kosteneffiziente Anwendungen in der Servicerobotik.
The extension of robotic workspaces in unstructured environments is often limited by the geometric rigidity of linear axes or the mechanical complexity of mobile platforms. This paper presents a modular curved rail system that inverts the conventional design approach by algorithmically generating the rail geometry to guide a rigid, joint-free carriage through curved segments without jamming. Additively manufactured curved modules are combined with standard aluminum profiles. An algorithm automatically computes the required track width variation and drive gear geometry and partitions the curved rail into manufacturable segments. Experimental results demonstrate smooth, blockage-free motion across different curvatures, indicating the suitability of the approach for cost-efficient service robotics applications.
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