Methodical development of a parallel kinematic positioning system based on monolithic structures with flexure hinges

• Methodische Entwicklung eines parallelkinematischen Positioniersystems basierend auf monolithischen Strukturen mit stoffschlüssigen Gelenken

Ivanov, Ivan; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Zentner, Lena (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Verlagshaus Mainz GmbH (2016, 2017)
Buch, Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Kurzfassung

Diese Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung von stoffschlüssigen Gelenken zwecks Implementierung in hochgenauen Mikromanipulatoren, die eine Wiederholgenauigkeit der Größenordnung von 0,1 µm innerhalb eines Bewegungsraums der Größenordnung von 1 mm aufweisen. Im Vergleich zu anderen Gelenkarten, deren Einsatz auch auf inhärente Nachgiebigkeit beruht, sind monolithische stoffschlüssige Gelenke infolge ihrer Einfachheit und Kompaktheit für miniaturisierte Anwendungen in der Feinwerktechnik sehr gut geeignet. Aufgrund komplexer Belastung und Verformung, unter komplizierten Randbedingungen, lässt sich das Verhalten von stoffschlüssigen Gelenken mit Hilfe von herkömmlichen analytischen Werkzeugen der Festigkeitslehre kaum beschreiben. Stattdessen werden zuverlässige mathematische Modelle anhand von Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode erstellt und unbedingt auf Prüfständen verifiziert. Darüber hinaus erweist sich die Betrachtung der Gelenkproben mittels Rasterelektronenmikroskopie als ausschlaggebend für die Beobachtung des Einflusses der Fertigung auf die Werkstoffeigenschaften und die geometrischen Parameter von stoffschlüssigen Gelenken und umgekehrt. Dazu ist dies entscheidend für das Verstehen des Ermüdungsprozesses in stoffschlüssigen Gelenken. Ausgehend von den durch die grundlegende Untersuchung von stoffschlüssigen Gelenken gewonnenen Erkenntnissen wird ein methodischer Entwicklungsprozess zum Aufbau eines räumlichen Positioniersystems basierend auf monolithischen Strukturen mit stoffschlüssigen Gelenken eingeführt. Diese Arbeit bietet ein Strukturkonzept, das sich durch eine sehr kompakte Konstruktion innerhalb eines würfelförmigen Bauraums ausgezeichnet. Sie bringt ein optimales Dimensionierungsverfahren mit dem Ziel der Steifigkeitsmaximierung. Schließlich wird das Positioniersystem in der Form eines Funktionsmodells realisiert, das vorläufig getestet wird und dabei hervorragende Betriebseigenschaften erreicht.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]